DF-5701中子活化分析儀在水泥廠的配料應(yīng)用

  【摘要】在當(dāng)今新常態(tài)經(jīng)濟(jì)形勢下，如何降耗、增效成為廣大水泥生產(chǎn)廠家面臨的新的課題。利用DF-5701中子活化分析儀優(yōu)化配料技術(shù)是一種有效的促進(jìn)生產(chǎn)降耗、提升質(zhì)量的方式之一。采用此技術(shù)不但使水泥生產(chǎn)線自動化程度得到提高，而且在降耗、增效的同時也起到了節(jié)能、環(huán)保等促進(jìn)作用。本文重點闡述中子活化優(yōu)化配料技術(shù)及應(yīng)用，為廣大水泥生產(chǎn)行業(yè)在巨大挑戰(zhàn)面前提供可供參考的合理化意見，以此來促進(jìn)水泥生產(chǎn)行業(yè)能夠健康的可持續(xù)發(fā)展。

  【關(guān)鍵詞】中子活化  優(yōu)化配料 降耗 增效

  1前言

  水泥生產(chǎn)從原料開采到生料制備、熟料煅燒，再到水泥制成，直至水泥出廠，需要用到上百種設(shè)備，生產(chǎn)過程十分復(fù)雜。隨著現(xiàn)代水泥科技水平不斷提高、生產(chǎn)設(shè)備的不斷升級，以預(yù)分解技術(shù)為代表的新型干法水泥生產(chǎn)進(jìn)入了大型化和集約規(guī)模化快速發(fā)展時期，目前已成為現(xiàn)代水泥工業(yè)發(fā)展的主流和最先進(jìn)的工藝[1]。從1978年開始，我國相繼從國外引進(jìn)一批熟料新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)和成套設(shè)備，先后建成了冀東、寧國、柳州、云浮等大型水泥企業(yè)。如今，國內(nèi)廣大水泥生產(chǎn)企業(yè)均采用此生產(chǎn)技術(shù)和工藝，隨著計算機(jī)信息化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用，水泥生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)代化程度日漸提高。

  在新常態(tài)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，已是產(chǎn)能過剩的中國水泥行業(yè)，如何主動適應(yīng)新的環(huán)境變化和未來市場價格格局變化，如何轉(zhuǎn)變行業(yè)發(fā)展思路，調(diào)整企業(yè)發(fā)展方式，成為廣大企業(yè)追求可持續(xù)發(fā)展的新的課題。解題的答案就是要實現(xiàn)行業(yè)的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新[2]。

  轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新需要裝備的改造。多位水泥行業(yè)資深人士在做行業(yè)分析時提出了在裝備改造上要突出信息化和工業(yè)化的“兩化融合”的觀點，在水泥中控室實現(xiàn)自動化和信息化，用上ERP系統(tǒng)，水泥裝備實現(xiàn)智能化應(yīng)用，提高技術(shù)水平，減員增效，以此來加速水泥工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。與發(fā)達(dá)國家水泥生產(chǎn)工業(yè)相比，國內(nèi)的企業(yè)是有差距的。要解決這個問題就要依靠提高自動化程度，依靠兩化深度融合[3]。

  基于DF-5701中子活化在線分析儀的優(yōu)化配料技術(shù)正是響應(yīng)廣大水泥生產(chǎn)廠家技術(shù)提升迫切需求經(jīng)過很多現(xiàn)場應(yīng)用檢驗成功的先進(jìn)技術(shù)，在提升水泥自動化水平上起到突出作用。

  2 中子活化優(yōu)化配料原理

  利用中子活化在線檢測儀檢測出水泥原料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等各元素含量并計算出KH、SM、IM三率值，通過通訊傳送給生料質(zhì)量計算機(jī)控制系統(tǒng)，控制計算機(jī)對信號進(jìn)行處理并把處理過的數(shù)據(jù)再回傳給中子活化檢測主機(jī)，通過KH、SM、IM三個率值的設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化計算，實現(xiàn)閉環(huán)控制，動態(tài)實時調(diào)節(jié)各原料倉下料配比，使得入磨原料的KH、SM、IM三個率值不斷地接近設(shè)定值，使出磨生料的KH、SM、IM三個率值控制非常穩(wěn)定，從而起到生料合格率提高、降低成本，起到提高質(zhì)量作用。

  三率值通常的計算公式如下：

  3 中子活化優(yōu)化配料方法

  目前，我國大部分水泥廠都使用KH、SM、IM三個率值作為水泥生料化學(xué)性質(zhì)檢驗的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。生料配料就是依據(jù)該指標(biāo)對石灰石、砂巖、鐵粉等原料按照一定比例搭配，中控室操作人員通過指令系統(tǒng)將各種原料配入生料磨，再粉磨至細(xì)度合格的生料。三個率值指標(biāo)直接影響生料質(zhì)量。

  傳統(tǒng)的生料配料方式是通過人工取樣后進(jìn)行化驗分析，然后由工藝人員根據(jù)化驗指標(biāo)進(jìn)行計算，給出生產(chǎn)配方，再通過配料控制系統(tǒng)依據(jù)給出的配方控制各原料的比例。這種方式存在明顯的缺點，首先，化驗周期長，滯后嚴(yán)重，無法自動適應(yīng)物料性質(zhì)的變化，生料質(zhì)量不穩(wěn)定。對于原料復(fù)雜的水泥廠情況尤為明顯，通常在這種生產(chǎn)條件下，無法保證水泥生料合格率，若遇磨機(jī)操作波動和物料入磨的均勻性出問題時便無法進(jìn)行有效調(diào)整，給后段熟料生產(chǎn)帶來較大困難。其次，由于沒有實時數(shù)據(jù)來客觀的反映配料實時效果，人工調(diào)整原料配比又受到操作人員的接受能力，知識結(jié)構(gòu)，專業(yè)水平，對質(zhì)量控制的能力等因素的影響，不同的操作員在調(diào)整配比時人為因素的影響相當(dāng)明顯；若使用熒光分析和配料優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行控制的，也存在分析頻次、調(diào)整頻次等影響因素，取得的效果并不理想。

  采用中子活化在線多元素分析儀后，原始的配料控制系統(tǒng)發(fā)生了重大變革，由于有了飽和比系數(shù)KH，硅酸率SM，鋁氧率IM的實時檢測，水泥生料配料自動控制系統(tǒng)在原有生產(chǎn)流程控制功能基礎(chǔ)上，建立了優(yōu)化控制思想，在初始配方基礎(chǔ)上，依據(jù)在線多元素分析儀數(shù)據(jù)反饋，實時調(diào)整優(yōu)化配方配比，由電氣自動化執(zhí)行設(shè)備按配方要求控制各原料流量。

  基本控制方法：假定設(shè)定指標(biāo)（預(yù)期配方）為KH0、SM0、IM0，實時檢測數(shù)值為KHr、SMr、IMr，當(dāng)檢測數(shù)值反饋傳回控制主機(jī)時，控制主機(jī)會根據(jù)實時檢測數(shù)值與預(yù)期指標(biāo)進(jìn)行比較，進(jìn)行配方優(yōu)化配比計算，調(diào)整原料配比，然后將新配比輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)整原料配比，調(diào)整后的混合原料再經(jīng)過檢測得到新的檢測數(shù)據(jù)反饋給控制主機(jī)，如此形成閉環(huán)控制，對原料配比進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。如圖3.1所示：

圖3.1 優(yōu)化配比工作過程

  控制系統(tǒng)設(shè)備組成聯(lián)系，見圖3.2：[Page]

圖3.2 控制系統(tǒng)設(shè)備組成聯(lián)系圖

  該優(yōu)化配比方法已經(jīng)在諸多水泥生料配料現(xiàn)場得到成功驗證，在此成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上，根據(jù)各現(xiàn)場工藝、控制需求的不同，衍生出按熟料配料、按元素含量配比的不同形式，使中子活化優(yōu)化配料方法得以日趨完善。

  4 中子活化優(yōu)化配料的特點

  （1）根據(jù)入磨生料成分檢測值，控制計算機(jī)自動調(diào)整原料配料的比例，實現(xiàn)在線實時動態(tài)調(diào)整，保證出磨生料達(dá)到設(shè)定指標(biāo)，控制調(diào)整及時、穩(wěn)定。

  （2）利用PLC的報警功能，可以根據(jù)用戶需求設(shè)定故障報警和偏差提示報警，使配料過程監(jiān)控針對性更強(qiáng)，對異常狀態(tài)響應(yīng)更及時。

  （3）可與DCS系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，在線直接修改原料配比；可以自動判斷皮帶秤工作狀態(tài)，及時進(jìn)行修改；用戶可以設(shè)定靈敏度和滯后系數(shù)，控制更為精確。

  （4）實時監(jiān)視配料秤反饋流量，自動跟蹤原料成分波動，優(yōu)化配方控制，無需頻繁更改或測定原料成分。

  （5）用戶可根據(jù)需要設(shè)定各種原料的允許上限和下限，使生產(chǎn)在允許范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，增強(qiáng)用戶控制的靈活性。

  （6）可以根據(jù)現(xiàn)場控制模式的不同采用不同的優(yōu)化配比策略，量身定制，以滿足使用需求。

  5 典型現(xiàn)場應(yīng)用

  DF-5701中子活化在線分析檢測及優(yōu)化配料技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)廣大水泥廠推廣，應(yīng)用該技術(shù)后，各個水泥廠生料配料質(zhì)量及熟料質(zhì)量均得到不同程度提高，給各水泥廠帶來實質(zhì)性的收益。這里以近期開展的某水泥現(xiàn)場實際應(yīng)用為例，來說明中子活化優(yōu)化配料技術(shù)的實際應(yīng)用效果。

  該水泥現(xiàn)場在未使用優(yōu)化配料技術(shù)前采用人工手動配料方式，原料波動造成的配料波動明顯，人力投入大，生產(chǎn)調(diào)整難度大，但產(chǎn)品質(zhì)量控制效果并不理想。采用優(yōu)化配料后，配料工作變得容易，調(diào)整及時，產(chǎn)品質(zhì)量也得到明顯改善。

  采用優(yōu)化配料方式后，合格率整體提高20%-30%以上，與人工手動配料方式相比，效果十分明顯。

  從圖5.1中兩種配料方式的效果對比可以看出，采用優(yōu)化配料后，生產(chǎn)波動始終圍繞著一定范圍小幅度波動，基本不存在人工手動配料大幅度抖動的情況，配料生產(chǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)。

圖5.1配料效果對比圖

  6 結(jié)論

  （1）DF-5701中子活化在線分析儀能夠?qū)崟r準(zhǔn)確的分析出水泥原料中元素含量，通過分析儀進(jìn)行優(yōu)化配礦，有效的彌補(bǔ)了原料均化不理想或無原料均化帶來的配料困難，使生料、熟料質(zhì)量控制智能化、簡易化。

  （2）中子活化優(yōu)化配料系統(tǒng)將檢驗和控制整合，避免了人工化驗的滯后性，減少人為因素的影響。整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定，維護(hù)量少，節(jié)省了人力和維護(hù)成本，確保了生產(chǎn)穩(wěn)定性。

  （3）中子活化優(yōu)化配料系統(tǒng)使生產(chǎn)調(diào)整簡單容易，配合生料均化后熟料的合格率明顯提高，穩(wěn)定性能更好，對熟料及水泥質(zhì)量提升有明顯促進(jìn)作用。在保證熟料品質(zhì)的前提下，可以增加混合材料添加量，降低了水泥的生產(chǎn)成本。

  （4）DF-5701中子活化分析儀及優(yōu)化配料系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)企業(yè)生料配料控制方面具有廣泛的適應(yīng)性，該產(chǎn)品技術(shù)雖為“中國造”，但確實已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，在水泥生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的前景非常廣闊。