入窑生料粉计量控制浅析

  新型干法预分解窑是当前水泥工业中最主要的窑型。水泥熟料煅烧的关键是稳定水泥窑煅烧过程中料、煤、风这三个主要参量匹配的热工制度。窑系统的用煤量取决于窑系统生料的喂料量，窑系统的用风量取决于系统的用煤量，而窑系统的生料喂料量又取决于窑内实际的煅烧状况。因此稳定烧成系统的热工制度，是增加窑的产量、提高熟料质量、降低系统能耗关键环节。

  如果把窑的煅烧过程看作一个控制系统，系统的核心就是窑操人员，而喂料系统、喂煤系统和风量调节系统仅仅是整个窑系统的子系统。对于整个窑煅烧过程这样一个复杂系统来说，即使非常熟练的窑操人员，要稳定这样一个非线性、多变量、强耦合、时变和滞后的复杂系统——尤其是子系统自身的稳定性较差时，也是非常吃力的。我们再来看一看影响窑煅烧系统稳定性的三个主要参量：入窑生料量、窑（含炉）系统的喂煤量以及窑（炉）系统的用风量。入窑生料量的大小决定了这个窑的产量，它受制于窑的设计和窑内实际煅烧情况，其参考输入是由窑操人员根据操作过程的实际情况来决定的。

  窑（炉）的喂煤量是由入窑生料量的多少决定的，它提供了窑煅烧的能源。窑系统的风量取决于窑（炉）的喂煤量，它提供煤粉燃烧所必须的氧气。从控制的角度大致可以这样认为，窑（炉）喂煤系统是入窑生料系统的随动系统，其参考输入（喂煤的设定量）是入窑生料量的时间函数；而用风系统是喂煤系统的随动系统，其参考输入是喂煤量的时间函数。

  由此我们可以看出，即使不考虑窑系统各参量的非线性、耦合、时变等复杂因素，入窑生料系统的高准确性和稳定性是窑系统稳定的极为关键的环节和至关重要的节点，同时也是稳定熟料质量和成本进一步优化的关键。

  入窑生料粉计量控制系统常用方案

  1.流量调节阀＋固体流量计系统

  采用流量调节阀和固体流量计组成的入窑生料计（量）控（制）调节系统在我国的水泥工业中占有很大比例。固体流量计采用弧形检测溜槽，通过电阻应变传感器检测物料负荷的铅垂力，只有物料均匀稳定的流过溜槽，才能达到其理想的工作状态，实际工作过程中物料流动是比较复杂的，所以其检测到的信号并不完全与流量是线性关系，造成其准确度无法保证。其控制原理是通过固体流量计，检测出入窑生料的瞬时（或平均）流量，并将测量出的流量值与设定值比较，其偏差通过PID或其变种算法来调节流量阀门的开度，力求使入窑生料的实际流量与设定值保持一致。由于受上游流化气体正压影响、下游受空气斜槽负压影响直接造成固体流量计的零点不确定，固体流量计计量误差很大（5%以上），计量误差大直接造成检测准确度下降，根据一个误差较大的检测结果反馈控制流量调节阀，即使流量控制阀的控制能力再好，也只能得到一个不准确的控制准确度，直接造成对窑的热工稳定性的冲击，造成熟料品质控制难度增加，间接造成生产成本增加。

  2.流量调节阀＋转子秤系统（见图）

  采用流量调节阀和转子秤组成的入窑生料计（量）控（制）调节系统在我国的水泥工业中有一定的应用。其计量控制原理是根据转子一侧的称重传感器的检测到的负荷，对流量阀进行调节，来维持转子的填充率，通过称重传感器测量出有效称量部分的总重，然后再平均分配到转子的每一格内，根据设定的流量调节转子的转速，使其有效称量部分的平均流量达到设定值。大约8秒钟的平均流量，实时性较差，所以反应既不准也不灵敏。

  该系统还有两个显著的缺点：首先是零点易发生变化。转子秤设备本身外壳为称重本体，所以极易受外界粉尘或外力而引起转子秤的零点发生变化；其次是维修成本高。生料粉转子秤的转子直径达2米左右，高度近1米，维修时更换转子和上下盖板需要较大的空间及人力，且转子备件成本很高。

  由于上游受流化气体正压影响、下游受空气斜槽负压影响、转子的上下表面很难做到完全锁料的间隙，并且此间隙在系统长时间的运行后会变得越来越大，在空气斜槽输送空气的影响下，且与下游设备的气压共同作用下，生料粉很容易穿过转子与壳体之间的缝隙，此时误差很大（3%以上），并且此误差还不能够被转子秤计量，造成一个直接现象就是控制系统流量显示稳定，实际的物料流则是不稳定的，计量误差大直接造成检测准确度下降。同理根据一个误差较大的检测结果反馈控制流量调节阀，也只能得到一个不准确的控制准确度，直接造成对窑的热工稳定性的冲击，造成熟料品质控制难度增加。

  3.流量调节阀＋科里奥利质量流量计系统

  系统由手动开关阀、气动开关阀、电动流量控制阀做为控制执行机构，科里奥利质量流量计做为流量检测反馈机构组成一个闭环控制系统。

  科里奥利质量流量计是真正的质量计量流量计，科里奥利质量流量计由驱动机构、扭矩测量机构、测量轮等组成，测量轮实现对科里奥利力的检测，科里奥利力的大小实时反映了物料的质量流量，与物料的密度无关，并且科里奥利力不受上下游气压影响，零点不受外界影响，计量精度可达到≤±0.5%，准确的计量提高系统反馈输入准确度，提高控制回路的控制响应准确度，整体提高系统的控制精度（控制误差可达到≤±0.8%）。

  综上所述，流量调节阀+科里奥利质量流量计系统是目前生料入窑计量控制最为理想的方案，入窑生料粉喂料稳定是烧成系统热工制度稳定的基础，同时也是稳定熟料质量和成本进一步优化的关键。