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湿法窑无回浆自动喂料系统的成功实现

湿法窑无回浆自动喂料系统的成功实现

2005/8/16 15:16:00
一、引言   在湿法水泥窑煅烧过程中,窑尾料浆的喂料控制是至关重要的一环,它直接关系到水泥熟料的产量和质量。四川金顶(集团)股份有限公司峨眉水泥厂现有二条在亚洲最大的湿法旋转窑(由丹麦生产的1500t/d Φ4.4/4.15/4.4×180M哑铃型窑体)。原始窑尾喂料系统原采用传统的勺式喂料方式,其喂料量通过由窑主传动带动的发电机发出的变频、变压电源向勺式喂料机传动电机提供电源,以此得到勺式喂料机和窑速度相对同步,计量方式采用容积测量法(即装满单位容积泥浆所需要的时间),该方式喂料稳定,但是计量不准确、回浆量大,回浆长期循环往复,造成电力浪费和管路磨损。后来我们又采用阀门调节,用电磁流量计进行计量的方式,根据电磁流量计的计量信号控制阀门的开度,该方式控制较简便,但阀门执行器频繁动作,故障率高,维修量大、经常断浆,对回转窑的热工造成影响,且同样有“回浆”现象。以上两种方式泥浆泵都是以工频恒速运行的,其电机功率输出基本上100%,“回浆”量得到30%。如图(1)和②所示——
⑴传统勺式喂料方式⑴传统勺式喂料方式
⑵电磁流量计计量电动阀控制方式⑵电磁流量计计量电动阀控制方式
  从引言内容可知,图⑵计量、控制方式虽比图⑴优化,但电动阀门的故障率特别高,经常影响熟料的产量和质量,造成生产的被动。由于泥浆泵的送料量是个恒定值,而窑尾喂料量是个变化值,其结果是有一部分生料浆从泥浆池送到高差达24米的窑尾喂料点后又从回浆槽回到泥浆池,由此造成较大的电能浪费和泵体设备及管路的磨损。 二、自动喂料系统的实现   众所周知,泥浆泵具有以下特性:其(流量)Q∝N(转速),(扬程)H∝N2,(轴功率)W∝N3。当流量减小时,如果泵的转速也随之下降,则轴功率可以降低很多,如果采用改变泥浆泵的转速来调节泥浆的流量,就能节约大量电能。而变频器具有良好的驱动性能,包括PID控制等先进控制算法、丰富的控制功能以及节能节电等显著特点,因此可以采用变频器来对原喂料方式进行改造,通过电磁流量计的反馈信号和窑速信号对泥浆泵实现变频调速,泥浆泵的转速与窑速同步,取消了原有的回浆槽,从而实现旋转窑给料的自动控制,达到节能、降耗、提高窑运转率及熟料质量的目的。在具体技术方案上,我们采用了目前工业自动化领域中技术较为成熟、应用面相当广泛的方案——PLC控制变频调速技术。该技术方案考虑了自动/手动操作功能,在手动/自动切换时,能够实现无扰动切换,调试和检修较为便捷。 窑系统的转速信号经窑速比例给定器调节后送至PLC的A/D模块,经A/D模块处理转换后送至PLC;流量计将流量信号变为4-20mA的标准信号后送到PLC的A/D模块,处理后送到PLC; PLC将窑速比例给定器输出信号作为给定值,以流量输入信号作为测量值,进行PID运算,运算结果再送到D/A模块进行处理,输出4-20mA的标准信号,送至变频器F540L,控制变频器的输出,以达到控制电机转速,控制给料量的目的,实现闭环控制。   同时,本方案中,加入了手动和自动切换的功能。当操作人员将控制方式转入手动控制时,控制信号将直接控制变频器的输出,同样达到了控制给料量的目的,实现了手动操作。   系统由一台工业控制计算机与PLC主机相连,采集PLC的相关数据,实时控制、监测各种数据,显示工艺流程图,生成设备运行的实时曲线,并输出相关报表,其数据可以送入峨眉水泥厂原有的数据采集网,送到生产调度中心进行实时的显示监测。同时生产数据还可以上传集团公司局域网。   流量计选型上,为满足生产的安全、稳定、可靠需求,特别选用了光华LDY-S系列电磁流量计。该流量计性能稳定,测量准确,精确度高,并可提供多种信号传输方式,在流量测量领域具有较高的信誉和知名度,得到了广泛的应用。   泥浆泵上,为了减少投资,对泵体密封部件进行改造,防止泵体在低速下的漏浆现象发生。   系统输入、输出信号全部采用4-20mA标准信号,以此防止信号被干扰和衰减。
系系 统 方 框 图:
  喂料分手动和自动两种调节方式,手动调节由窑头操作工拫据窑工况来设定喂料量,即直接在操作器上调整变频器的给定量,达到调整泥浆泵的转速。当窑工况平稳正常时,喂料量跟踪窑速,由窑速快慢自动调节喂料量的多少。 三、调试   1、首先使系统开环运行,检测流量信号是否正确,并标定流量,使流 量与流量计输出信号4~20mA对应,流量计最大流量100立方/h 。   2、根据运行的实际情况设置好变频器相关参数。   3、在自动调节方式下,我们发现变频器输出频率变化太快,喂料反而不稳定,而此时的窑速(秒/转)却是相对稳定,经过观察和分析,我们发现窑体线速度不稳定(窑体有变形),窑传动电流变化较大,窑测速发电机的输出电压波动较大(在40-50V之间变化),但是窑传动电机电枢电压却相当稳定,依据在正常情况下直流电机电枢电压与电机转速成正比例关系的原理,我们把电机电枢电压作为窑速反馈信号来使用,结果得到了自动喂料的相当稳定。   4、最后根据正常工艺条件下的要求,精确调整流量和窑速的比例系数,以此作为自动控制的基本比例系数,在这一基本系数下,可以由窑操作工更精细地调整喂料量。 四、效果分析   本系统经改造投入运行后,工作稳定可靠,操作方便,取得了显著的经济效益。采用变频控制,料浆泵启/停时无冲击电流,正常运行时相对运行转速较低,使机械损耗减小,浆泵叶轮磨损明显减小,检修周期加长,可以不备用料浆泵,机械效率得到提高。本系统另一重要特点是能够节约大量电能:改造前是“单泵供双窑”,料浆泵恒速运行,电流平均为160A(电机额定功率90KW),改造后是“双泵供双窑”,喂相同的料浆,电流降为2×30A,节约功率50KW。如果以0.4元/度电来计算,则1个月可节约电费:50×24×30×0.4=14400元, 1年至少可节约电费17万元,这还不包括提高窑运转率、提高产品质量、减少设备的维修费用等情况。而这次全部技术改造费用在20万元左右,年收益率达到了80%。不到二年就可收回成本。 五、结束语   在湿法水泥煅烧窑喂料系统中应用变频调速技术,实现了泥浆泵的速度由实际喂料量的大小来进行自动调节,比泥浆泵在额定转速下运行节约了大量电能,并且可实现喂料自动控制,是提高机械效率和减少能耗的有效方法。我厂在风机、水泵上的应用均收到了良好的节能效果,每年可以为企业节约电费开支300余万元。
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