石灰豎窯自動化

現代石灰豎窯大都使用PLC進行控制，并設有上位機或工作站作為監控。

由于石灰豎窯有很多種形式，故只能舉例說明，圖1示出了140m3焦炭豎窯的工藝流程，它分成3個相對獨立的系統：配料系統、上料系統和出灰系統。配料系統采用3臺電振給料機及1臺圓盤給料機進行給料，3臺電子秤進行稱量，稱量斗底部安裝氣動閘門，鹽斗為可升降裝置，鹽斗提起時，稱好的鹽直接下落到運輸膠帶；另外，焦炭膠帶與青石膠帶將配好的料通過溜槽落入單斗。上料系統有1臺單斗，爐頂布料器、閘板、振動給料機及探尺各一臺。單斗按工藝要求的上料周期往復上料，爐頂各設備也相應動作進行均勻布料，在每次布料結束后將探尺動作一次，自動探測料位。出灰系統由圓盤出灰機、三段閥以及相應運輸皮帶(成品皮帶、提升機等)組成。其自動化系統包括：

 

圖1  140m3活性石灰豎窯設備及工藝流程示意圖

(1)配料系統自動化。根據上位機給定的設定值由PLC控制三種原料的三個料斗秤的裝入量和輸出量，并給出“秤滿”、“秤空”和“斗空”信號，對每一次的每一種原料的稱量值與設定值進行比較，所出現的差值在下次稱量時自動加上去以進行補償，即所謂批重補償。

在稱量系統的軟件程序中：

“秤滿”條件為：W+W1≥Ws

“秤空”條件為：W≤W2

補償條件為：Wu新=Ws–W+Wu舊

式中：W為實際重量；Ws為設定值；Wu新、Wu舊分別為新、舊補償值；W1為秤滿控制時停給料機的提前值；W2為秤空關閘門時的提前量。W1、W2將在上位機中自動修正，以使每一次的誤差盡量小。

(2)上料系統自動化。包括：1)完成上料漏斗的周期性上料控制。當上料條件滿足時(如料線低于某一設定值時)上料漏斗自動以低速上升，當到達低速變高速點時變為高速上升，到達第二個低速點時，再變為低速上升，到爐頂自動停止。下降過程同上升過程，至此實現一個上料周期。2)爐頂設備控制。上料漏斗到達爐頂時依次起動布料器、打開閘板、起動振動給料機。其中布料器的布料速度和給料機的振蕩頻率由PLC進行控制。布料器起動后進行9點布料并自動記錄布料圈數，當布料器布料7圈時，自動停止布料并依次停止振動給料機、關閉閘門。若因計數器故障無法計數時，則漏斗到達底部時強制停止爐頂設備。在每布完一批料后，探尺動作一次，自動檢測料位。3)記錄和顯示。它記錄上料批數和漏斗上升及下降過程中的實際位置，并在CRT上顯示。

(3)出灰系統自動化。它有兩種控制方式，即全自動出灰方式和半全自動出灰方式，前者由PLC根據探尺測得的數據進行判斷，自動起動和停止出灰系統；后者由操作人員按操作臺上的出灰按鈕，PLC自動運行出灰設備。達到低料位時，再次按出灰按鈕，PLC自動順序停止出灰設備。

國內現在運行的石灰窯一般都采用定時出灰法，這種出灰方式出灰量都不能精確控制，而石鋼雙梁白灰豎窯的出灰系統解決了這一問題。出灰系統共有六個出灰口，每個出灰口下安裝一臺振動出灰機，每一個振動出灰機下安裝一套稱重裝置，這套稱重裝置由一個稱重傳感器、一個出灰斗、一個稱重門組成。振動出灰機每振動一次，稱重裝量就稱量一次，并將結果送入計算機，然后自動控制稱重門打開，將灰斗中的灰放入灰倉中，計算機接收并處理信息，控制下一個出灰循環。該系統的參數設定為當產量設定為11t/h時、出灰周期為30s時，系統按每小時11t的產量自動計算、每30s控制振動出灰機振動一次，每一個振動出灰機的振動時間根據該口的出灰量自動調整。根據窯況的變化和具體情況可以調整每一個出灰口的出灰比例。一般我們采用均衡出灰，有利于穩定窯況。

(4)鼓風量控制。工藝要求石灰石(青石)不能過燒也不能生燒，風量大小是控制成品質量的重要因素，過去風機通常是采用恒速交流電動機驅動的，此時只有調節擋板或閥門開度來調節風量和風壓。但這種方法能耗大，近來已經采用交流變頻裝置來調節風機轉速以改變鼓風量，不僅風機采用交流變頻裝置調速，而且上料、出灰等各個設備包括振動給料機都使用變頻裝置來控制。此時配料中的稱量將采用如圖2所示的系統，它利用變頻裝置改變輸到振動給料機的頻率而使之快振或慢振以達到更準確稱量的目的。

 

圖2  使用變頻調速的配料流程圖

(5)數據采集和豎窯的熱工參數檢測。包括：對爐體16點溫度、爐頂溫度、出灰溫度、壓力、風機的壓力和流量等28路模擬信號進行采樣和檢測。

(6)上位機的功能。主要作為人機對話和打印報表。前者主要是配料設定圖表(料單)、上料程序設定、參數越限報警設定值設定、各工藝參數的實際數值和變化趨勢以及歷史趨勢和直方圖、工藝流程(含風機、各料槽、稱量斗、皮帶運輸機、提升機等)及其參數動態顯示等。后者為打印日報、班報和報警記錄等。

對于燃氣豎窯的自動化系統和焦炭豎窯的自動化系統的差別主要是增加煤氣系統的自動控制，即溫度自動控制，因為影響石灰活性的因素為氣燒窯各段溫度，主要是煅燒帶溫度，在此以煅燒帶溫度為控制目標，進爐煤氣流量為控制作用(進爐空氣流量與煤氣流量采用比值控制)，通常是用常規PID控制。由于對象純滯后較大，PID控制效果不佳，近來已有使用模糊控制算法(如三明鋼鐵廠的氣燒石灰窯)。設溫度偏差e，偏差變化ec，和控制作用u的Fuzzy語言變量分別為E、EC和U。根據工藝要求，將E和EC分成7檔的Fuzzy集合，分別為負大(NL)、負中(NM)、負小(NS)、零(0)、正小(PS)、正中(PM)和正大(PL)。將U從零至最大分成10檔的Fuzzy集合，則Fuzzy控制器的控制規則可表示為：

If Ei And ECj Then Uij   (i=1，2，…7；ij=1，2，…7)

上式可用一個Fuzzy關系R來描述，即：

R=Ei×ECj ×Uij 

當正常燃燒時，采用模糊控制算法，若火層上移、下移，則依據現場操作工經驗建立知識庫，通過專家系統來控制，并在使用中不斷調整知識庫。使用這種模糊控制+專家系統的方法，石灰窯煅燒帶溫度偏差小于±5℃。

對于燃油豎窯的自動化系統，除了增加煅燒帶溫度控制以外，還需設置供油、供霧化的壓縮空氣以及供冷卻水等系統的監視，主要是流量指示和累計，壓力監視及低壓報警等。供冷卻水系統還須監視進出口水溫度及溫差。供霧化的壓縮空氣系統還須與煅燒帶溫度控制系統連動，以保證重油良好的霧化。

新型結構的豎窯的自動化系統，與燃氣豎窯的自動化系統也差不多，主要是設備結構不同和工藝流程不同，而檢測點數和控制項目有所不同，如并流蓄熱式雙膛豎窯需要進行定時自動換向控制等。

對于使用煤粉加溫煅燒石灰的豎窯(如意大利弗卡斯公司生產的FERCALX窯)的自動化系統還須設有如圖3所示的煤粉制備及其自動化系統。煤粉制備包括3部分，即上煤、煤粉準備和煤粉輸送。原煤經過上煤系統運到原煤倉，原煤倉的煤經過磨煤機磨成粉末以后再經氣力輸送泵送至煤粉倉。在磨煤機磨細過程中，要加溫，并將煤粉溫度控制在一定范圍內(通常為70℃)，煤粉倉中的煤粉經煤粉輸送系統噴入豎窯。

 

圖3煤系統和煤粉制備流程及自動化系統

P—壓力；T—溫度；F—流量；L—料位；W—稱重；M—電機；H—高位；YV—電磁閥；I—顯示；

R—記錄；S—聯鎖；A—報警；Q—累計；C—控制；L(在下角時)—低位；PV—調節閥

上煤系統及煤粉制備通常使用一臺PLC進行控制，有關其檢測和控制在圖3已經表明，這里不再重復。氣力輸送泵用于輸送煤粉，有兩種控制方式：料位控制和稱重控制。正常操作時采用料位控制，在煤粉標定時采用稱重控制。氣力輸送泵在倉內煤粉滿時，依靠氮氣壓力將煤粉噴至石灰豎窯；倉空時，由葉輪給料機加煤粉。有關煤粉制備的安全聯鎖見圖4。