王彪

1 概述

目前市場上仍存在大量的第三代篦冷機，有的篦冷機生產(chǎn)年代甚至更早，運行效果不佳。為了提高篦冷機運行的穩(wěn)定性及自動化程度，進(jìn)一步節(jié)能降耗，很多水泥生產(chǎn)企業(yè)都在考慮對篦冷機進(jìn)行升級改造。篦冷機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)行自動化控制技術(shù)改造至關(guān)重要。2018年，我公司對淮北眾城5 000t/d水泥生產(chǎn)線中使用的篦冷機進(jìn)行了升級改造，取得了良好的效果。

2 篦冷機改造前存在的主要問題

（1）抗故障能力差，運行不穩(wěn)定

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

（2）現(xiàn)場巡檢不便，故障查找較慢

現(xiàn)場配備的人機界面觸屏機無法全面顯示各類電氣控制系統(tǒng)聯(lián)鎖狀態(tài)，只能依靠中控與現(xiàn)場電話聯(lián)系確認(rèn)，但現(xiàn)場噪音較大，溝通不便。此外，現(xiàn)場風(fēng)門開度及風(fēng)量只有中控顯示，沒有現(xiàn)場顯示，造成現(xiàn)場巡檢不便，各類電氣聯(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

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

（4）漏料嚴(yán)重，熱回收效果差

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

3 自動化控制改造方案

（1）根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用一段9列式篦冷機運行系統(tǒng)替換篦冷機原6列篦床控制運行系統(tǒng)。改造后，任一列篦床或不相鄰的兩列篦床出現(xiàn)故障時，篦冷機均無需進(jìn)行停機檢修，現(xiàn)場觸屏機及中控室均會報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)入篦床下部檢測各電控器件、檢查液壓系統(tǒng)元器件，及時排除故障，恢復(fù)正常運行。

（2）現(xiàn)場篦冷機共有四種運行模式：現(xiàn)場單動、現(xiàn)場手動、現(xiàn)場自動、中控自動，將各種模式的啟動、聯(lián)鎖采用現(xiàn)場觸屏顯示，并傳至中控，以便于現(xiàn)場巡檢維修及調(diào)試。篦床控制模式見圖1。

另將現(xiàn)場風(fēng)機運行狀態(tài)、風(fēng)門開度及風(fēng)量，采用現(xiàn)場觸屏及中控雙顯示，可便于工藝巡檢人員現(xiàn)場巡檢監(jiān)控，及時根據(jù)現(xiàn)場情況判斷故障隱患，提高設(shè)備運行穩(wěn)定性，降低設(shè)備故障率。

中控啟動聯(lián)鎖調(diào)節(jié)時，運行狀態(tài)及風(fēng)量開度顯示情況見圖2、圖3。

圖1 篦床控制模式

圖2 運行狀態(tài)雙顯示

（3）自主研發(fā)篦床溫度檢測系統(tǒng)，通過檢測系統(tǒng)判斷篦床物料厚度，并通過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，通過檢測固定篦板溫度，判斷物料厚度，通過控制程序計算建議，給出相匹配的篦床運行速率。當(dāng)固定端篦床溫度報警時，信號采集系統(tǒng)將及時反饋至現(xiàn)場觸屏與中控室，提醒中控操作人員降低篦速或提高喂料量，自動調(diào)整各個風(fēng)機風(fēng)門開度，防止物料被吹穿，保持篦床合理的料層厚度，確保篦冷機系統(tǒng)穩(wěn)定運行。料層厚度與風(fēng)機風(fēng)門開度調(diào)整見圖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行，篦冷機運行穩(wěn)定性大幅提升。自篦床溫度檢測系統(tǒng)投用至今，未發(fā)生過因篦冷機造成的熟料燒成系統(tǒng)停機的現(xiàn)象，且備件維修成本大幅度降低，每年可節(jié)約維修費用300萬元左右。

（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，對流量控制增加了壓力動態(tài)自修正功能；結(jié)合設(shè)備出廠前空載條件下以及現(xiàn)場裝配后的測試結(jié)果，針對不同的流量控制值，對比例閥的開度進(jìn)行了預(yù)設(shè)。通過上述方式，調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)時間可控制在10ms，調(diào)節(jié)精度優(yōu)于2mm。

（5）通過檢測具有代表性的3、4列比例閥的進(jìn)出壓力，結(jié)合篦床前一個沖程的負(fù)載和速率控制情況，優(yōu)化算法，自動調(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)的無效輸出，降低了液壓油泵的能耗。

圖3 風(fēng)量、開度雙顯示

4 改造后燒成系統(tǒng)的運行效果

技改后，經(jīng)一年多的穩(wěn)定運行，并由第三方檢測機構(gòu)對篦冷機系統(tǒng)進(jìn)行熱工標(biāo)定，各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求，達(dá)到目前市場先進(jìn)水平。

（1）系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率對比

技改后篦冷機運行穩(wěn)定性顯著提高，熟料系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率由原來的70%提高到92%。

圖4 料層厚度與風(fēng)機風(fēng)門開度調(diào)整

（2）熟料產(chǎn)量對比

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)溫對比

改造前，篦冷機二次風(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）出篦冷機熟料溫度對比

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

（5）余熱發(fā)電量對比

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）電耗對比

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