王彪

1 概述

目前市場(chǎng)上仍存在大量的第三代篦冷機(jī)，有的篦冷機(jī)生產(chǎn)年代甚至更早，運(yùn)行效果不佳。為了提高篦冷機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性及自動(dòng)化程度，進(jìn)一步節(jié)能降耗，很多水泥生產(chǎn)企業(yè)都在考慮對(duì)篦冷機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造。篦冷機(jī)改造所涉及到的系統(tǒng)和部件較多，如何合理發(fā)揮它們的協(xié)同作用，進(jìn)行自動(dòng)化控制技術(shù)改造至關(guān)重要。2018年，我公司對(duì)淮北眾城5 000t/d水泥生產(chǎn)線中使用的篦冷機(jī)進(jìn)行了升級(jí)改造，取得了良好的效果。

2 篦冷機(jī)改造前存在的主要問(wèn)題

（1）抗故障能力差，運(yùn)行不穩(wěn)定

擬改造項(xiàng)目原設(shè)備控制系統(tǒng)對(duì)篦冷機(jī)每列篦床的移動(dòng)精度控制較粗放，各列篦床之間的前進(jìn)速率存在差異，運(yùn)行邏輯的穩(wěn)定性和控制的魯棒性較差，造成篦冷機(jī)停機(jī)概率高。該項(xiàng)目篦冷機(jī)篦床較寬，但列數(shù)較少，任意一列篦床出現(xiàn)故障，都會(huì)造成篦冷機(jī)停機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致停窯。

（2）現(xiàn)場(chǎng)巡檢不便，故障查找較慢

現(xiàn)場(chǎng)配備的人機(jī)界面觸屏機(jī)無(wú)法全面顯示各類(lèi)電氣控制系統(tǒng)聯(lián)鎖狀態(tài)，只能依靠中控與現(xiàn)場(chǎng)電話聯(lián)系確認(rèn)，但現(xiàn)場(chǎng)噪音較大，溝通不便。此外，現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度及風(fēng)量只有中控顯示，沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)顯示，造成現(xiàn)場(chǎng)巡檢不便，各類(lèi)電氣聯(lián)鎖故障查找較慢。

（3）料層厚度采用壓力控制，穩(wěn)定性較差

通過(guò)風(fēng)室壓力判斷料層厚度，由于風(fēng)室密封不良，同時(shí)大塊熟料較多，壓力檢測(cè)不穩(wěn)，造成料層控制不到位。

（4）漏料嚴(yán)重，熱回收效果差

采用快篦速運(yùn)行模式，造成輥輪、滑塊及篦床密封磨損較快，運(yùn)行不穩(wěn)定，漏料嚴(yán)重，熱回收效果差，且備件更換成本高。

3 自動(dòng)化控制改造方案

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用一段9列式篦冷機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)替換篦冷機(jī)原6列篦床控制運(yùn)行系統(tǒng)。改造后，任一列篦床或不相鄰的兩列篦床出現(xiàn)故障時(shí)，篦冷機(jī)均無(wú)需進(jìn)行停機(jī)檢修，現(xiàn)場(chǎng)觸屏機(jī)及中控室均會(huì)報(bào)警并顯示故障所屬篦床列數(shù)及故障原因。中控操作人員通過(guò)采取減小喂料量、降低風(fēng)室通風(fēng)量等措施后，即可進(jìn)入篦床下部檢測(cè)各電控器件、檢查液壓系統(tǒng)元器件，及時(shí)排除故障，恢復(fù)正常運(yùn)行。

（2）現(xiàn)場(chǎng)篦冷機(jī)共有四種運(yùn)行模式：現(xiàn)場(chǎng)單動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)、中控自動(dòng)，將各種模式的啟動(dòng)、聯(lián)鎖采用現(xiàn)場(chǎng)觸屏顯示，并傳至中控，以便于現(xiàn)場(chǎng)巡檢維修及調(diào)試。篦床控制模式見(jiàn)圖1。

另將現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)門(mén)開(kāi)度及風(fēng)量，采用現(xiàn)場(chǎng)觸屏及中控雙顯示，可便于工藝巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢監(jiān)控，及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判斷故障隱患，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，降低設(shè)備故障率。

中控啟動(dòng)聯(lián)鎖調(diào)節(jié)時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)及風(fēng)量開(kāi)度顯示情況見(jiàn)圖2、圖3。

圖1 篦床控制模式

圖2 運(yùn)行狀態(tài)雙顯示

（3）自主研發(fā)篦床溫度檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)判斷篦床物料厚度，并通過(guò)PID系統(tǒng)調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、高效、低能耗的目的。具體的方案是，通過(guò)檢測(cè)固定篦板溫度，判斷物料厚度，通過(guò)控制程序計(jì)算建議，給出相匹配的篦床運(yùn)行速率。當(dāng)固定端篦床溫度報(bào)警時(shí)，信號(hào)采集系統(tǒng)將及時(shí)反饋至現(xiàn)場(chǎng)觸屏與中控室，提醒中控操作人員降低篦速或提高喂料量，自動(dòng)調(diào)整各個(gè)風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，防止物料被吹穿，保持篦床合理的料層厚度，確保篦冷機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。料層厚度與風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)整見(jiàn)圖4。

改造后，根據(jù)固定端篦床溫度控制篦床速率，反應(yīng)靈敏，且采用厚料層低速運(yùn)行，篦冷機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性大幅提升。自篦床溫度檢測(cè)系統(tǒng)投用至今，未發(fā)生過(guò)因篦冷機(jī)造成的熟料燒成系統(tǒng)停機(jī)的現(xiàn)象，且備件維修成本大幅度降低，每年可節(jié)約維修費(fèi)用300萬(wàn)元左右。

（4）在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上，增加了液壓油流量壓力自修正和前饋控制。根據(jù)比例閥前后壓差，結(jié)合閥流量曲線，對(duì)流量控制增加了壓力動(dòng)態(tài)自修正功能；結(jié)合設(shè)備出廠前空載條件下以及現(xiàn)場(chǎng)裝配后的測(cè)試結(jié)果，針對(duì)不同的流量控制值，對(duì)比例閥的開(kāi)度進(jìn)行了預(yù)設(shè)。通過(guò)上述方式，調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間可控制在10ms，調(diào)節(jié)精度優(yōu)于2mm。

（5）通過(guò)檢測(cè)具有代表性的3、4列比例閥的進(jìn)出壓力，結(jié)合篦床前一個(gè)沖程的負(fù)載和速率控制情況，優(yōu)化算法，自動(dòng)調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力設(shè)定值，從而調(diào)整液壓系統(tǒng)輸出，有效降低了系統(tǒng)的無(wú)效輸出，降低了液壓油泵的能耗。

圖3 風(fēng)量、開(kāi)度雙顯示

4 改造后燒成系統(tǒng)的運(yùn)行效果

技改后，經(jīng)一年多的穩(wěn)定運(yùn)行，并由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)篦冷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行熱工標(biāo)定，各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到目前市場(chǎng)先進(jìn)水平。

（1）系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率對(duì)比

技改后篦冷機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性顯著提高，熟料系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率由原來(lái)的70%提高到92%。

圖4 料層厚度與風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)整

（2）熟料產(chǎn)量對(duì)比

改造前，燒成系統(tǒng)平均熟料產(chǎn)量約5 300t/d。改造后，燒成系統(tǒng)平均熟料產(chǎn)量約5 800t/d。

（3）二次風(fēng)溫對(duì)比

改造前，篦冷機(jī)二次風(fēng)溫偏低，平均溫度大約1 050℃。改造后，提高了熱交換的效果，二次風(fēng)溫平均溫度大約1 152℃。

（4）出篦冷機(jī)熟料溫度對(duì)比

改造前，出篦冷機(jī)熟料溫度平均約190℃。改造后，出篦冷機(jī)熟料溫度平均約85℃，冷卻效果明顯改善。

（5）余熱發(fā)電量對(duì)比

改造前，余熱發(fā)電平均29kWh/t熟料。改造后，余熱發(fā)電平均38kWh/t熟料。

（6）電耗對(duì)比

通過(guò)本次技術(shù)改造，熟料系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性大幅提升，熟料平均電耗由原來(lái)的70kWh/t降低到60kWh/t，節(jié)約了生產(chǎn)成本。