水泥生料配料及工況識別技術(shù)

1、水泥生料配料及工況識別技術(shù)1 、 水泥生料配料技術(shù)水泥生料配料是水泥生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)， 我國絕大多數(shù)的水泥企業(yè)生產(chǎn) 只是達到半自動化生產(chǎn)狀態(tài)，現(xiàn)場操作人員主要根據(jù)中控室電腦顯示的參數(shù)變化 以及化驗室給出的化驗結(jié)果經(jīng)過長期的摸索總結(jié)出了操作經(jīng)驗， 很多情況下不能 及時的進行調(diào)節(jié)使得水泥產(chǎn)品的合格率比較低。 國內(nèi)很多機構(gòu)對水泥生料配料過 程提出來一些想法。閻煥忠，馬斌等設(shè)計了一套水泥生料配料過程控制系統(tǒng)，龐 強，苑明哲等人根據(jù)生料三率值及配比之間的關(guān)系提出用率值補償?shù)姆椒▉碚{(diào)整 配比，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對問題進行建模仿真，仿真結(jié)果確實提高了生料質(zhì)量的 合格率。方千山，馬榮提出借助 BP 算法，對

2、水泥原料化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)參數(shù)進行 研究，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能建立函數(shù)模型，預(yù)估水泥質(zhì)量，得到最優(yōu)的配比 方案。萬新通過對國內(nèi)多家水泥企業(yè)生料質(zhì)量控制環(huán)節(jié)的深入了解，針對傳統(tǒng)離 線式和安裝了元素在線分析儀的在線式生料質(zhì)量控制分別提出了相應(yīng)的質(zhì)量控 制設(shè)計方案。根據(jù)水泥三率值介紹了配比調(diào)節(jié)方法。采用不同的控制方法對水泥 生料質(zhì)量控制進行了研究。在國外水泥產(chǎn)品質(zhì)量好、自動化程度高，除了在控制 方面有比較先進適用的算法外，在設(shè)備方面也處于領(lǐng)先水平，元素在線分析儀能 夠檢測水泥生料中各種元素氧化物的含量在國外己經(jīng)普及，而國內(nèi)僅有極少部分 水泥企業(yè)嘗試著引進元素在線分析儀，這些分析儀根據(jù)照射的不同可分為核

3、源、 激光、紅外線等種類雖然經(jīng)過長期的研究水泥生料質(zhì)量控制有了明顯的提高。但是還是受人為因素，控制不及時等因素的影響難以使水泥生料質(zhì)量保持在最佳的范圍內(nèi)。而且針 對水泥生料配料系統(tǒng)的工況識別研究較少，由于生產(chǎn)過程中過程復(fù)雜多變，工況 經(jīng)常發(fā)生變化， 變量多等特點還存在機械故障以及外界環(huán)境等時常發(fā)生的諸多問 題大多數(shù)還停留在理論研究階段。 因此對水泥生料配料過程進行工況識別研究是 很有必要的。2、工況識別技術(shù)研究現(xiàn)狀工況識別的方法可分為 : 基于數(shù)據(jù)，基于數(shù)學(xué)模型，基于知識三類。基于數(shù)據(jù)的 工況識別方法是通過對歷史數(shù)據(jù)進行建模，分析數(shù)據(jù)獲取工況相關(guān)特征。該方法 的特點是不需要精確的數(shù)學(xué)模型， 適

4、合高維相關(guān)數(shù)據(jù)的情況。 被廣泛應(yīng)用于冶金， 化工領(lǐng)域的工況識別?？煞譃槎ㄐ苑椒岸糠椒ā；谀Ｐ徒馕龇椒ǖ乃枷胧?利用控制系統(tǒng)測量變量 （ 輸出 / 輸出、輸人 / 輸出或輸入 / 輸入 ） 之間的關(guān)系來實現(xiàn) 工況識別?；谀Ｐ偷墓r識別方法主要有基于觀測器的狀態(tài)估計、等價空間、 參數(shù)估計等方法。基于知識的方法是通過系統(tǒng)的因果模型、專家知識、系統(tǒng)的詳 細(xì)描述來獲得監(jiān)控模型。利用積累的過程知識，該方法可以實現(xiàn)工業(yè)過程的在線 檢測。該方法可分為 : 專家系統(tǒng)工況識別，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工況識別和模糊工況識別。 袁鑄鋼，宋秋云在闡述了新型干法水泥生產(chǎn)工況識別方法研究意義和基本概念的 基礎(chǔ)上，從原理、應(yīng)用方向

5、以及效果等方面對常用的工況識別方法進行了分析。 馬小燕針對分解爐系統(tǒng)非線性，大滯后工況復(fù)雜且波動大變量多且各變量間強禍 合等特點，要對其進行有效控制以實現(xiàn)分解爐系統(tǒng)穩(wěn)定運行且入窯物料分解率最 大，則必須對其工況進行深入分析和研究。采用聚類的方法劃分出水泥分解爐的 工況。歐陽駿提出利用主元分析，用少量主元反映多個動態(tài)變量的綜合信息，并對頻利用正交小波變換的多尺度時頻分析提取主元中表征工況變化的頻帶特征， 帶特征進行模式歸納分類，進而識別工況。文獻在采用不同的工況識方法對水泥 回轉(zhuǎn)窯工況進行了劃分和識別并進行應(yīng)用取得了一定的成果。在水泥生產(chǎn)其他環(huán) 節(jié)運用了工況識別的方法解決了實際生產(chǎn)過程中的一些問

6、題。文獻在其他領(lǐng)域采 用工況識別的方法解決了一些實際應(yīng)用問題。但是在對水泥生料配料工況識別方 面并未有人進行深入研究。3、研究的意義及目的水泥是粉狀水硬性無機膠凝材料，是四大基礎(chǔ)工程材料，是建筑工程中不可 缺少的重要材料，并且不可能被其他材料所代替。但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及人們 對環(huán)境保護的重視，水泥行業(yè)現(xiàn)如今面臨著巨大的考驗。在國家政策的支持下中 國水泥行業(yè)迎來了重組整合的時代，日產(chǎn) 2000 噸以下的中小型企業(yè)被強制關(guān)閉 大型企業(yè)面臨著激烈的競爭，因此只有節(jié)能減耗降低成本才能占有有利市場地 位。水泥生產(chǎn)工藝流程一般稱為“兩磨一燒” ，而水泥生料配料作為水泥生產(chǎn)的 首個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，更是整個水泥生

7、產(chǎn)線能夠穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此水泥生料配料是 水泥生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。 本文是在山東某水泥廠使用近紅外光譜分析技術(shù)對磨后的 水泥生料進行實時在線檢測為背景下完成的。水泥生料配料過程中的影響因素復(fù) 雜，因此會導(dǎo)致工況波動大且具有大滯后的特性，現(xiàn)場操作人員憑借主觀意識和 參數(shù)變化來判斷工況變化，這種調(diào)節(jié)方式具有較強的主觀性，有可能做出錯誤的 判斷會對后面的工段造成了不良影響。在使用水泥生料自動控制系統(tǒng)生產(chǎn)時會有 算法失準(zhǔn)、模型失配的情況發(fā)生，從而影響控制效果。因此準(zhǔn)確的識別工況變化 對水泥生料的生產(chǎn)控制至關(guān)重要。本文以水泥生料配料為背景，進行水泥生料配料工況識別研究，不僅對水泥生料的自動生產(chǎn)進行操作指導(dǎo)

8、，而且對實現(xiàn)水泥生料的自動化生產(chǎn)和提高水泥生料質(zhì)量以及節(jié)能減耗有重要意義。研究背景及意 義。 水泥生產(chǎn)是一個連續(xù)過程，每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣前一個環(huán)節(jié)會對 后面的生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有一定的影響。 因此水泥生料質(zhì)量的穩(wěn)定才有可能生產(chǎn)出高質(zhì) 量的水泥，而且高質(zhì)量的水泥生料還能對窯上的燒成操作提供穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。 因此水泥的質(zhì)量的好壞的重要影響因素之一是水泥生料的質(zhì)量。 目前大多水泥廠 生產(chǎn)生料的指標(biāo)是依據(jù)三率值即 :石灰石飽和系數(shù) (KH) ，硅率 (SH) ，鋁率。石灰 飽和系數(shù)KH值實際上是表示熟料中 C3S及C2F的比值。如果石灰石飽和系數(shù)過低 則燒出的熟料強度會跟隨降低，但是卻較容易鍛燒; 如果

9、石灰石飽和系數(shù)過高則燒出的熟料強度也會隨之增高，但是熟料鍛燒卻較為困難。所以水泥生料的石灰 石飽和系數(shù)的多少間接的會會對后面的熟料鍛燒造成移動的影響。因此KH值是控制配料比的重要指標(biāo)。硅率或稱硅酸率SM值實際上是表示熟料中硅酸鹽礦物GS+GS)及熔劑的百分比。鐵率或稱鋁率IM值表示熔劑礦物中相對含量的比例關(guān)系。SM , IM值及KH值對熟料燒成影響類似當(dāng)兩個值較高時鍛燒較為困難；較低時鍛燒較為容易，但是熟料質(zhì)量較差。因此水泥生料配料過程在水泥生產(chǎn)系統(tǒng) 中占有重要的地位。水泥生料配料過程滯后大，且受原材料成分變化影響大，使 得生料配料過程的工況變化頻繁。操作人員有時難以準(zhǔn)確地把握工況，僅憑借主

10、觀經(jīng)驗判斷并調(diào)整配比，很難使配料效果穩(wěn)定在良好的狀態(tài)。因此結(jié)合現(xiàn)場實際 情況和對歷史數(shù)據(jù)分析研究出準(zhǔn)確劃分工況變化并且能夠及時的識別出來是十 分重要的。目前對水泥生料配料工況識別存在下面幾個難點 :1. 難以根據(jù)數(shù)據(jù)建立實用的機理模型 生料配料是在磨機中進行，粉磨時間較長，而且還要在皮帶秤上運輸一段時間。由于系統(tǒng)存在非線性和長時間的滯后以及不確定因素的影響，因此建立的數(shù) 學(xué)模型僅針對個別情況并不能適用于整個水泥生料配料過程。2. 工況變化復(fù)雜由于水泥生料配料過程受到外界和內(nèi)部許多不確定因素干擾，使得配料過程 工況波動頻繁。而現(xiàn)場操作人員有可能發(fā)現(xiàn)不及時，進行配比調(diào)節(jié)時為時己晚造 成生料質(zhì)量有著較大的波動，對后面的工藝有著較大的影響。因此研究出及時準(zhǔn) 確的識別工況變化的方法，對應(yīng)對變化復(fù)雜的工況有著重要的意義。水泥生料生產(chǎn)的目標(biāo)是使水泥生料每小時混合樣的三率值穩(wěn)定在化驗室所 給出的指標(biāo)范圍內(nèi)，這樣才能保證水泥熟料的質(zhì)量較為穩(wěn)定。在實際生產(chǎn)中水泥 生料三率值尤其是石灰石飽和系數(shù)波動頻繁，加上用于檢測的分析儀安裝在