熟料中游离钙的控制（精选7篇）
熟料中游离钙的控制 篇1
1 在建水泥生产线现状
我国在建的水泥熟料生产线, 整套项目主机设备引进世界先进水泥设备供应商设备和技术, 项目配套引进的DCS控制系统选用的是瑞典ABB Indus-trial IT控制系统, 控制器为AC800M过程控制器, 该系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统, 全面支持现场总线技术, 系统采用全局数据库技术, 实现全局一体化编程。系统通信为标准以太网, 系统结构具有较强伸缩能力, 系统编程采用国际化标准IEC61131-3。现场控制站采用ABB S800智能l/O卡件, 通过Profibus DP和Profibus PA协议与现场总线仪表设备进行数据通信。
2 工艺介绍
水泥生产的工艺过程, 通常可以简要地概括为“两磨一烧”, 即首先将原料粉磨成生料, 然后经过煅烧形成熟料, 再将熟料粉磨成水泥。从砂岩库、石灰石库、钢渣库、粉煤灰库经过定比配料系统混合成原料粉, 传送系统将原料粉传送进生料磨机进行生料制备, 制备好的生料进均化库。均化库里的生料通过定量给料机将生料送进预热器预热后进回转窑系统煅烧成熟料。煅烧后的熟料经过冷却破碎后即可以送入成品站的成品磨机磨成水泥。从砂岩库、石灰石库、钢渣库、粉煤灰库经过定比配料系统混合成原料粉, 传送系统将原料粉传送进生料磨机进行生料制备, 制备好的生料进均化库。均化库里的生料通过定量给料机将生料送进预热器预热后进回转窑系统煅烧成熟料。煅烧后的熟料经过冷却破碎后即可以送入成品站的成品磨机磨成成品水泥。本系统共分为废气处理及配料系统、生料制备、窑尾、回转窑、磨机、成品系统。
3 控制系统的总体方案
本系统硬件同样采用的是ABB Industrial IT系统, 实现石灰石矿石、原料调配、原料粉磨、废气处理、生料均化及生料入窑、熟料烧成和熟料入库、熟料输送至码头这一段工艺流程的过程自动化控制。该系统的硬件结构按照功能自上而下分为中央管理室和现场控制室。
3.1 现场控制室
现场控制室的作用是对现场的l/O信号进行采集、运算和逻辑顺序控制处理, 通过现场控制层网络将相关数据送入控制处理机, 实现过程控制和顺序、逻辑控制。分别在石灰石破碎变电室、生料磨及窑尾电气室、窑头电气室、水泥磨电气室、矿渣烘干变电所各设置一个现场控制站。
1#现场控制站 (DCS01) 石灰石破碎及原料配料变电所站:主要控制原料粉磨, 废气处理以及生料均化库顶和循环水泵的控制, 并设立分站来控制原料配料。
2#现场控制站 (DCS02) 生料磨窑尾电力室站:主要控制生料均化库底, 生料入窑, 烧成窑尾及窑中。
3#现场控制站 (LCS03) 窑头及煤磨电气室站:主要控制窑头, 冷却机, 熟料贮存, 煤粉制备及输送。并设立分站来控制煤粉制备及输送。
4#现场控制站 (LCS04) 水泥磨及水泥包装电气室站:主要控制水泥磨粉, 水泥包装, 并设立分站来控制水泥包装。
5#现场控制站 (LCS05) 矿渣烘干站:主要处理矿渣烘干及处理。
网络站配置OPC驱动软件统一传送至工厂中央管理网络。控制系统操作网络采用TCP/IP环形以太网网络, 介质采用光纤, 满足控制间和操作间距离远, 数据传输的抗干扰和实时通讯。
3.2 控制管理层
控制管理层的作用是实现集中操作和统一管理, 通过监控系统和生产过程, 实现控制方案, 生成系统数据库, 用户画面和报表等, 使操作员能够观察过程回路参数状态, 实时趋势、历史趋势和报警情况, 实现设备起停, 过程回路操作和参数调整等, 过程工程师可以通过操作站调出过程组态画面进行操作方案组态, 过程流程图组态、趋势画面及各种报表组态等。
系统控制管理层中央控制室, 根据实际需要, 设置1台工程师站, 6台操作站, 1台信息管理站、1台管理站、3台AS服务器、2台CS服务器。
4 系统描述
4.1 中央控制站功能
DCS系统中央控制站, 主要提供人机接口窗口, 动态显示整个生产工艺过程的流程, 响应中控操作员的操作指令, 实现现场设备的分组连锁和解锁启停。操作员站的主要功能包括:
DCS所要监控范围的工艺画面总貌图, 设备状态的实时监测;各工艺段画面的动态显示, 可分屏显示;参数动态报警和历史时间记录功能;设备故障报警和历史记录功能;必要的报表功能;生料配料功能;事件记录查询;PID调节功能;分组设备的启停, 包括连锁、解锁控制;重要工艺参数的历史和动态趋势图显示;必要的设备管理功能;用颜色区分的设备备妥、运行、故障的不同状态显示。
4.2 全线所有设备的分组联锁启停控制
由于全线采用DCS系统, 设计单位将根据实际需要, 将每一台电气设备 (配有控制柜的专有设备也视为一台) 的备妥、故障、运行等开关量输入信号设计接入DCS系统, DCS系统将根据设备的准备和故障情况, 决定是否发出设备的启动和停止命令。该软件根据工艺专业的要求, 将全线设备分成若干组, 允许实现分组设备的联锁启停和解锁单机启停。如:原料磨、稀油站、提升机、选粉机、生料输送螺旋绞刀等设备分成一组, 正常生产时, 相互间必须联锁启动;软件提供单机启停功能, 便于设备的维护。
4.3 生料质量控制及磨机负荷控制系统
提供生料出磨的三率值目标值的自动控制, 主要根据出磨的生料成份的荧光分析值 (Ca O, Si O2, Fe2O3等的含量) , 结合率值的目标值, 通过一套合理的计算方法, 获得下一个小时各喂料秤原料的配比值, 输出控制每台原料喂料秤的喂料量, 以便控制下一个小时的出磨率值符合目标值要求;该软件同时还提供配比的手动调节控制功能。
4.4 均化库底生料卸料自动控制
提供均化库底生料卸料自动控制功能, 主要根据生料喂料小仓的仓重信号, 自动调节均化库底的卸料阀的开度 (如80%) , 控制生料卸料量, 保证窑尾的生料喂料;还将根据仓重越限信号或喂料小仓的高料位信号 (开关量DI) 自动控制均化库底生料截止阀的动作。
4.5 窑尾生料喂料自动调节
根据生料喂料冲板流量计检测到的生料流量信号 (4~20m A) , 通过PID方式自动控制仓底的喂料设备, 以便自动调节生料的喂料量;软件提供喂料量的动态和历史趋势图, 提供手动调节功能。
4.6 窑头喂煤自动调节
根据煤粉喂料冲板流量计检测到的煤粉流量信号 (4~20m A) , 通过PID方式自动控制喂煤设备, 以便自动调节喂煤量;通过软件提供喂煤量的动态和历史趋势图, 提供手动调节功能。
4.7 分解炉喂煤自动控制
分解炉的出口温度自动调节控制喂煤量, 即控制秤的进煤量;分解炉的温度应控制在850~900℃之间;通过软件提供喂煤量的动态和历史趋势图, 提供手动调节功能。
DCS系统的厂域网终端的浏览功能除了提供上面描述的一般DCS常有的各种功能外, 还额外地给用户提供局域网络浏览功能。即:DCS系统通过网关与企业内部的局域网连接, 在局域网上的任何一台计算机终端经授权设置后, 均可以远程浏览DCS的操作画面, 但没有权利进行DCS的操作控制。这样的功能为企业的主管领导提供了绝对的工作方便, 足不出户即可掌控整个生产过程。同时, 系统具备数据接口能力, 将大量的实时数据存放到SQL数据库中, 便于企业ERP系统对其访问, 实现Internet网络的远程监控能力。
5 监控软件及通信系统
5.1 数据通信系统
1) ABB AC800M DCS系统数据通信采用10Mb/s/100 Mb/s环形工业以太网;
2) 数据通讯系统将各分散处理单元、输入/输出处理系统及人机接口和系统外设联接起来, 以保证可靠和高效的系统通讯;
3) 连接到数据通讯系统上的任一系统或设备发生故障后, 不会导致通讯系统瘫痪或影响其他联网系统和设备的工作。通讯总线的故障不会引起系统的跳闸或使控制器不能工作;
4) 用户可以方便地增加网络站点。ABB AC800M DCS工业以太网上最多可挂接100台操作员站和100对冗余现场控制器;
5) 数据通讯系统的负载容量, 在最繁忙的情况下, 通讯负荷率不超过20%;
6) 为避免数据传送过程中的误差和干扰, 在数据通讯电缆敷设时应将动力电缆、控制电缆进行分开布线。
5.2 画面显示 (如图1所示)
画面显示是用来模拟现场工艺流程, 显示过程数据, 操作人员能修改数据, 控制工作流程, 是操作人员直接面对的程序, 其稳定性和功能是否强大, 直接关系着系统的优劣。
5.2.1 变量报警 (如图2所示)
在工业现场出现特殊情况, 及时的以各种方式通知操作人员并进行记录, 能有效减少经济损失;FM800提供了完善而有效的报警功能。
1) 报警方式多样, 高报警、高高报警、低报警、低低报警、增幅报警、降幅报警、开报警、关报警、开关报警;
2) 支持报警死区, 支持延时滞后报警;
3) 能及时记录信息到数据库中, 便于事故分析;
4) 支持手机短信报警, 能把报警信息发送到某些人的手机上, 支持手机短信确认报警;
5) 支持邮件报警, 能把报警信息作为邮件发送给某些人;
6) 能把报警信息准确地输出到行打印机;
7) 自动及时处理报警事件;
8) 支持声音报警, 播放声音文件, 进行故障提示;
9) 支持对话框报警, 在画面上弹出对话框, 进一步的提示;
10) 画面中提供报警列表、报警状态、报警信息查询等控件, 满足各种需求;
11) 支持枚举报警。
5.2.2 数据报表 (如图3所示)
1) 为变化万千的工业应用, FM800提供一套完善的数据报表;
2) FM800组态软件成功集成开发了完善的报表系统, 率先无缝绑定了著名的Crystal水晶报表, 提供了功能强大的各种报表, 自行开发了简单易用的报表组件, 使工程报表不再复杂, 轻松制作各种报表格式;
3) 通过以下3步, 实现报表功能:
(1) 使用功能强大的数据库连接程序, 通过时间或事件, 把现场的实时数据经处理后存储到指定的数据库中;
(2) 用Crystal报表制作工具, 它的功能非常强大, 制作各种样式的报表格式;
(3) 利用系统内置的报表组件打印各种类型的报表 (班报表、日报表、周报表、月报表、季度报表、年度报表、自由报表) , 同时还支持预览和条件过滤和输出到EXCEL。
5.2.3 运行数据库
运行数据库处理设备数据表中的数据, 并为系统的其他应用提供变量和功能, 是系统的绝对核心, 它的稳定与否, 决定了整个组态项目的成败。
1) FM800组态软件经受住了诸多大项目 (如首秦、深圳地铁、燕化等) 的磨练, 保证运行数据库的绝对稳定;
2) 运行数据库的所有算法都经过专门的优化, 执行速度非常快, 30000多点的运行数据库, 能在1s之内刷新;
3) 运行数据库功能非常强大, 不仅提供了变量, 还包含了各种方法和功能;
4) 满足各种需求的外部变量 (AI/AO/AR/DI/DO/DR) , 支持各种数据处理方法;
5) 可以不加限制使用的内部变量和系统变量 (VA/VD/VT) , 可以具有记忆功能;
6) 存档变量 (DOC) , 可以灵活方便的把数据存储到历史数据库中;
7) 计算功能 (CA) , 通过组态实现算术运算、逻辑运算、特殊算法、定制算法;
8) 比较功能 (CMP) , 通过组态实现变量比较;
9) 系统功能 (FB) , 通过组态实现多种对系统操作的方法;
10) 定时功能 (TM) , 能定时的去执行某些任务;
11) 函数功能 (FX) , 可实现更复杂的功能, 只要根据VBScript格式输入函数内容即可执行;
12) 可方便的对运行数据库进行监视、调试。
6 结论
随着DCS应用的不断深入, 维护人员可能需要开发新的功能模块, 以满足生产的需要。开发新的功能模块要模拟各种条件进行测试, 看其是否能达到实际的需要。维护人员要尽可能保证现场设备的安全运行, 保证不发生人身安全事故。各种情况下的测试工作, 尽可能在系统的离线仿真模式下进行。DCS的现场设备大部分都有系统自诊断的功能, 设备的运行情况可以方便地在操作员站查到。DCS系统在水泥行业应用的基本经验, 深化DCS系统的各项应用, 结合新的技术、新的手段, 大胆创新, 有效提升系统的各项性能指标, 才能在水泥行业真正实现节能、环保、安全、高效的目标。
摘要：在2500t/d水泥项目自动化控制系统工程中, 应用国际上先进的自动化技术, 采用先进技术的同时还考虑到了技术的成熟性。将DCS和PLC功能之优点紧密有机地融为一体, 并引入现场总线技术和管理控制一体化思想的超级全能控制系统。覆盖FF、PA、FA, 具备复杂回路调节、开环控制、高速逻辑联锁和顺序控制等功能, 系统组态灵活, 控制功能完善、数据处理方便, 显示操作集中, 人机界面友好, 安装简单规范化, 调试方便, 运行可靠的特点, 实现了对水泥熟料生产的集中管理和分散控制。
关键词：现场总线,DCS系统,开环控制,人机界面,水泥熟料
参考文献
[1]刘俊强, 袁世鹰.基于现场总线技术的DCS在水泥熟料生产线中的应用[M].北京:工业控制计算机, 2008.
[2]郭碧君, 丁苏博, 曹菲, 等.山东东华水泥二期5000t/d熟料生产线DCS系统的应用[M].北京:水泥工程, 2008.
[3]白焰, 吴鸿.分散控制系统与现场总线控制系统[M].北京:中国电力出版社, 2001.
[4]袁任光.集散型控制系统应用技术与实例[M].北京:机械工业出版社, 2003.
熟料综合电耗的管理与控制 篇2
1 坚持“多破少挤”的原则
我公司2010年3月份投产初期, 石灰石破碎机篦子板间隙为60mm, 粒度较大, 最大石灰石粒度达到100mm, 造成生料辊压机台时产量较低 (180t/h左右) , 生料综合电耗在13.5k Wh/t以上。因粒度控制较大, 辊压机电流较高 (电流在60~70A) , 运行不稳定, 易出现跳停现象。
又经过一段时间的摸索调整, 我们把石灰石破碎机篦子板间隙由60mm的更换为35mm的篦子板, 调整后, 石灰石粒度得到了有效地控制, 石灰石最大粒度降到了60mm以下。石灰石粒度降低后, 辊压机运行平稳, 有效地杜绝了辊压机的跳停现象, 生料综合电耗降低了0.2k Wh/t以上。
通过生产实践证明, 坚持“多破少挤”, 充分利用破碎机的做功, 减少辊压机的做功, 能有效降低电耗。2014年1月冬季大修我们又把石灰石破碎机篦子板更换为25 mm的, 目前石灰石粒度能够控制在30mm左右, 辊压机运行非常平稳。
坚持“多破少挤”带来的好处还有:辊面的维修量也大幅度降低, 每年辊压机辊面维护两次到维护一次 (一次大约需用焊丝280kg) , 大大节省了辊面的维护费用。
2 优化生料配料方案
针对石灰石的控制环节, 为了进一步地降低熟料生产成本, 公司多搭配品质较差的石灰石, 将石灰石配比从84%提高至87%, 配比提高后吨石灰石破碎电耗降低, 日节电量约为450k Wh。同时生料的易烧性也有了很大的改善。
自2013年4月26日起改用粉状硅砂代替砂岩进行配料, 由于硅砂的粒度较细 (200μm的方孔筛筛余为0) , 大大降低了辊压机的做功, 生料电耗也有很大程度的降低, 生料电耗下降了0.5k Wh/t以上, 熟料电耗下降在0.7k Wh/t以上, 同时辊压机的辊面磨损量也较以前大大减小, 使用前后电耗对比数据见表1。
k Wh/t
在选用粒度较细的物料做替代材料方面, 我们还选用了湿粉煤灰完全替代块状较大的高铝矿石, 同样也取得了一定的效果。
采用水分较大的原料 (硅砂、湿粉煤灰、铁尾渣, 水分均在20%以上, 高时达30%) 配料时, 生产上带来了一系列的问题, 如配料秤经常会出现断料现象, 配料极不稳定, 窑况也会随之不稳定。为解决此问题, 我们采取了加大下料口, 把皮带秤技改为较宽的皮带秤、在易堵塞的下料口增设空气炮、抓好原燃材料晾晒工作等。通过以上一系列的措施, 断料问题得到了有效解决。
采用硅砂代替砂岩、湿粉煤灰代替高铝矿石配料后, 现场没有扬尘, 停掉了除尘器, 每小时可节电75k Wh。
3 窑头增设沉降室
原项目建设时煤磨热风没有单独的降尘装置, 取风点设在篦冷机三段入电除尘器的主管道上。为降低煤磨热风中的粉尘浓度, 减少煤粉中的灰分增量, 保证窑头煤粉的完全燃烧, 煤磨热风取风点又选在发电中温旋风筒出口, 在用风上出现了煤磨与发电系统争风现象。煤磨入口压力在-800~-1 000Pa, 系统阻力较大。根据集团设计方案在窑头增设沉降室 (取风点一个设在中温取风口对面;另一个设在窑头电除尘器入口主管道上) , 使用后效果较为明显, 煤磨入口压力控制在-400~-600Pa, 减少了300~400Pa的压力损失。煤磨主排风机转速由1 340~1 360r/min也随之下调80~100r/min, 不仅降低了煤磨系统的电耗, 同时窑头排风机转速也由原来540r/min左右降至460~480r/min, 有效地降低了熟料电耗。
4 优化窑尾用风
1) 原因与措施
原项目建设时, 高温风机出口未安装压力测点, 中控操作员无法掌握此参数, 更无法把高温风机出口的负压控制在最佳范围之内。热工标定发现, 窑尾排风机入口负压较高, 中控室的参数显示压力在-1 500Pa (满量程) 以上, 窑尾袋除尘器入口的负压远远高于生料磨V型选粉机入口的负压。这样一来, 生料磨的循环风管就不能起到为生料系统提供循环风的作用, 而是导致废气短路外排, 出现后排风机与生料循环风机争风的现象。
经过研究, 在保证工艺系统正常的情况下尝试下调后排风机转速, 从650r/min逐步下调到630r/min、600r/min、580r/min, 现已将转速降到500r/min。转速下调后, 窑尾袋除尘器入口压力由-1 500Pa (满量程) 以上降至-1 000Pa左右, 出口压力由-3 500Pa (满量程) 以上降至-2 500Pa左右, 压差由2 000Pa以上降至1 500Pa左右。
2) 效益分析
①窑尾排风机降转速后, 窑尾排风量降低了20%以上, 大大减小了废气排放。
②避免了窑尾排风机与生料循环风机的争风现象, 原来直接从循环风管排出的废气中的SO2被生料磨系统充分吸收, 为提高石灰石配比降低熟料工艺成本奠定了基础。
③生料磨系统用风优化后, 增湿塔的通风量大大降低, 增湿塔收集下来的物料量也大大减小。根据现场收集的回灰情况, 中控室对增湿塔底部2台螺旋输送机进行间隔性开机, 一小时内开机10min, 在保证正常卸料的同时降低了电耗, 熟料电耗降低0.1k Wh/t左右。为更精确地控制增湿塔底部输送机的开停, 我们拟在增湿塔锥体增设压力测点 (以便控制最高料位) 。
5 生料辊压机在经济台时产量范围内运行
2010年投产后, 开始以为提高了台时产量就会降低电耗, 但2010年到2013年底的生产数据表明, 通过追求高台时产量并没有使电耗大幅下降, 生料电耗与台时产量并不是单纯的比例关系。2014年我们在确保SO2排放不超标条件下, 压低两台辊压机台时产量, 通过多次摸索了解到辊压机台时产量在197~205t/h时, 辊压机的做功效率最高, 生料电耗最低。2014年1~9月台时产量和电耗数据见表2。
为保证辊压机的经济台时产量, 必须保证辊压机辊面的维护, 防止进入铁器损伤辊面。为此在配料皮带上安装强磁除铁器, 辊面的磨损量大大降低。为有效地保证辊压机最佳做功效果, 在辊压机侧挡板的维护方面, 我们对侧挡板进行了技改。在辊压面侧板内侧两辊之间增加一块形耐磨衬板, 杜绝辊压机的边缘漏料效应, 最终降低辊压机的无效物料通过量, 保证辊压机的最佳循环负荷率。
6 现场密封堵漏的治理
1) 对窑头密封进行了技改, 把鱼鳞片密封改为迷宫式密封, 大大减少了漏风, 降低了热损失。
2) 修复窑尾摩擦片, 减少系统漏风与结皮的形成, 杜绝了窑尾的漏料现象。
3) 加强预热器的内漏风治理, 将一、四、五级翻板阀技改为淄博科邦热工科技有限公司的微动翻板阀, 技改效果较为明显, 高温风机电流降低3~4A。
4) 为降低生料系统的内漏风现象, 在把生料磨旋风除尘器进行帘式锁风基础上, 又增设了双重翻板阀锁风。
7 做好袋除尘器的使用管理
1) 为了降低压缩空气中的水含量, 提高袋除尘器清灰效果, 减少仓内结壁, 确保稳定下煤, 新增加储气罐自动放水装置。
2) 对全厂的袋除尘器的脉冲时间、脉冲时间间隔等参数进行了统计, 根据收尘量大小等进行调整, 在保证袋除尘器正常使用的同时, 最大限度减少单位时间内的脉冲次数、脉冲周期, 同时把周期间隔与室间隔时间调为一致, 确保风机运行平稳。如耗气量较大的窑尾袋除尘器的脉冲间隔为2s, 现已摸索调整为8s, 通过一段时间的验证, 调整后系统运行正常。
8 加强设备管理和指标控制
1) 公司制定杜绝设备空开机制度, 同时车间也做好对中控室的监督与提醒。中控室及车间接受调度的监督考核。
2) 加强对电耗指标的控制
①中控室内部每日对各段分步电耗进行评比打分、通报、考核。
②公司制定了经济指标单项激励方案, 公司根据中控员每月指标排名情况进行奖励, 对于指标排名连续差的中控员进行适当考核, 总的原则是多奖励少处罚, 以提高员工的工作积极性, 有效率地干好工作为最终目的。
3) 抓好现场管理和技改工作
①充分发挥化验室的质量监督作用, 抓好货源管理, 特别是针对硅砂、湿粉煤灰等水分较大、大块较多的辅材勤深入供货源头, 对比质量, 从源头抓管理, 有效控制辅材中的水分、大块等, 杜绝辊压机因进大块引起的停机。
②供料车间加强辅材的晾晒, 公司即将购置一台拖拉机做好晾晒与大块分拣工作。水分较大的辅材到厂后, 充分利用辅材场地, 及时晾晒, 避免由于辅材中水分含量大造成辊压机下料口结壁、堵下料口造成不必要的停机。
提高熟料强度的质量控制技术探讨 篇3
1 生料细度与熟料28 d抗压强度的关系
生料的颗粒尺寸小,反应界面和扩散截面增加,反应产物厚度减少,熟料容易烧结,熟料的各矿物分布均匀。生产中以控制生料80μm筛筛余为主,也是主要影响熟料烧结的区域,下面统计数据以生料80μm筛筛余作为分析。4#线生料细度与熟料28 d抗压强度的关系表见表1,4#线生料细度与熟料28 d抗压强度的关系图如图1所示。
从表1和图1分析,在其他控制指标保持一致的情况下,随着细度的增大,熟料28 d强度呈现明显下降的趋势,平均每提高1%,熟料28 d强度下降0.4 MPa。生料细度不能一味地要求细,需要综合考虑企业的利益,有些厂控制在20%左右,有些厂控制在12%左右,建议根据本厂磨机、窑煅烧的特点来确定生料细度的控制范围。
2 熟料游离钙与28 d抗压强度的关系
熟料游离钙作为过程控制关键点,其结果反映了熟料的煅烧情况,操作员以此作为操作的依据。相关文献也有报道熟料游离钙对强度的影响,熟料游离钙在一定范围内,其结果对强度的影响关系不大,熟料游离钙与28d抗压强度的关系表见表2,熟料游离钙与28 d抗压强度的关系图如图2所示。相关文献报道游离钙与熟料28 d抗压强度的线性相关关系并不显著[1]。
3 熟料饱和系数LSF与熟料抗压强度的关系
根据统计数据分析,当饱和系数在93～98的各个区间,熟料28 d抗压强度变化不大,而饱和系数大于98的数据量只有2个,数据量较少,代表性不强,不做讨论。饱和系数达到一定范围时,对熟料28 d抗压强度影响不大。生产中还需要考虑对3 d抗压强度的影响,图3中说明随着饱和比系数的提高,3d抗压强度逐步升高,因此饱和比系数不宜过低。熟料饱和系数LSF与熟料28 d抗压强度的关系见表3,熟料饱和系数LSF与3 d抗压强度的关系如图3所示,熟料饱和系数LSF与28 d抗压强度的关系如图4所示。
4 熟料硅酸率SM与熟料抗压强度的关系
熟料硅酸率的高低,决定了熟料C3S、C2S含量的多少,在相同饱和比系数下,硅酸率越高,C2S相对含量越高,C3S相对含量越低。而硅酸率的高低也影响熟料的煅烧质量,熟料煅烧质量最终决定了熟料强度,因此硅酸率应适当控制。统计数据表明,熟料硅酸率控制在2.30～2.40时,熟料的强度最高,而该区间内的3d强度也不低。熟料SM与熟料28 d抗压强度的关系表见表4,熟料SM与熟料28 d抗压强度的关系图如图5所示。
5 熟料铝氧率IM与熟料28d抗压强度的关系
熟料铝氧率IM反映了水泥熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙的相对含量。铝氧率过高时,则铝酸三钙含量较高,煅烧时液相黏度较大,影响游离氧化钙的吸收,不利于煅烧;铝氧率过低时,生料烧结范围变窄,不利于煅烧,熟料煅烧质量差,熟料强度就会受到影响。我们根据本生产线的实际情况,统计了近3年以来熟料铝氧率IM与熟料强度的关系(见表5),熟料铝氧率IM与熟料28 d抗压强度的关系图如图6所示。
从表5、图6可知,熟料IM对熟料28 d抗压强度的影响较大,随着熟料IM的提高,熟料28 d抗压强度呈现较明显的上升趋势。
6 调整思路
根据近几年数据分析,确定了配料的调整方向,由原来熟料控制指标LSF:96±1.5、SM:2.5±0.1、IM:1.5±0.1,调整为LSF:96±1.5、SM:2.5±0.1、IM:1.65±0.1。本次调整的影响最大的参数为IM,该参数影响熟料28 d抗压强度比较明显。在调整过程中,要确保生料细度稳定控制在12±0.2范围内。从2013年5月开始进行调整,经过调整后,2013年4#窑平均强度为58.1 MPa,较2012年9—12月的55.9 MPa提高了2.2 MPa;2013年调整后(即6—12月),4#窑平均强度为58.6 MPa,较2012年9—12月的55.9 MPa提高了2.7 MPa。
7 结论
本论文从企业现有数据进行分析和总结,查找主要影响因素,根据企业的实际情况对熟料铝氧率进行调整,经调整后,熟料强度有一定提高。当然,影响熟料强度的因素很多,调整配料时需要寻找煤、料、煅烧的最佳点,使煅烧的熟料质量达到最佳状态。针对不同的生产线、不同的窑,需要分析各自的特点,设计合理的配料方案,生产出理想的熟料。
摘要：文章针对广西鱼峰水泥股份有限公司4#窑熟料28 d抗压强度下降问题,根据近几年配料数据,结合生产实际,对主要影响因素进行分析,根据分析结果调整配料,结合熟料煅烧工艺,从而提高了熟料强度。
关键词：熟料强度,配料,质量控制
参考文献
熟料中游离钙的控制 篇4
1 控制熟料f Ca O指标的实际意义
目前大多数水泥企业对熟料f Ca O含量规定合格指标为小于1.5%, 合格率要大于90%。这种指标已经沿袭了数十年, 基本是照搬传统回转窑的习惯。但对预分解窑, 这种指标是否合理呢?
1.1 熟料f Ca O含量过高的危害
1) 熟料安定性不好。这正是对熟料f Ca O含量要严格控制的传统认识。
2) 与混凝土外加剂的相容性不好。这是混凝土专业研究的结果, 因此, 作为水泥主要用户的混凝土搅拌站为了降低使用外加剂的成本, 对水泥生产提出f Ca O含量小于1%的要求。这是对熟料f Ca O含量的现代认识。
总之, 熟料f Ca O含量在使用时无论如何都不能过高, 更不能失去控制。否则, 这样的熟料不能直接用于粉磨水泥。
1.2 熟料f Ca O含量过低的弊端
在人们都十分重视f Ca O含量过高的害处时, 也有必要了解f Ca O含量过低的不利之处, 这确是很多人至今没有充分认识到的, 之所以提倡精细管理, 其用意及内容也正在于此。
1) 熟料质量下降。在f Ca O低于0.5%时, 熟料往往呈过烧状态, 甚至是死烧。此时的熟料缺乏活性, 强度不但不会提高, 反而会下降。
2) 降低烧成带窑衬寿命。因为降低f Ca O含量的重要手段之一就是提高烧成温度, 为此, 回转窑耐火砖承受了高热负荷, 使用寿命缩短。
3) 需要更多的燃料消耗。为使少量残存的f Ca O被C2S吸收, 随着烧成温度的提高, 就要付出更多的热量。这就表明, f Ca O的合格范围不仅是质量指标, 也是关系能耗高低的经济指标。笔者在文献[1]中引用了国外在这方面的研究结论, 熟料f Ca O每降低0.1%, 熟料热耗要增加58.5k J/kg。并以此作过测算:如果将熟料f Ca O按平均1.1%控制, 比平均0.8%提高0.3%, 熟料热耗大约可降175.5k J/kg, 一条2 000t/d的生产线, 每年按运转300d计算, 煤的单价以500元/t计, 一年可节约费用210万元。如按吨熟料成本计算, 每吨可节约3.5元。
从我国当前预分解窑热耗水平与国际水平的差距上看, 对于同类型同规格的窑, 熟料热耗大约要多210k J/kg, 对于某些企业而言, 熟料f Ca O含量过低可能是原因之一。
再者, 现在节能已经与减排紧密联系起来, 因为多烧煤, 就要向大气多排放CO2, 加重了地球的温室效应。仅就保护环境而言, 也不能无限制地压低f Ca O的控制指标。
4) 熟料的易磨性变差。文献[1]提出, f Ca O每降低0.1%, 水泥磨的系统电耗要增加0.5%。特别是当f Ca O低于0.5%时。这不仅因为熟料死烧难磨, 而且因为f Ca O在水泥粉磨之前的消解能使体积膨胀, 从而导致熟料内产生应力。f Ca O太低, 这种有利于粉磨的因素减少, 当然就要增加电耗。以水泥磨的系统电耗为40k Wh/t计, 全年生产水泥100万t的粉磨站, f Ca O每降低0.3%, 一年多用电达60万k Wh, 折合电费30万元。
通过上述f Ca O高低利弊的对比可知, 传统规定f Ca O只有上限指标, 而无下限指标的做法, 显然是忽略了规定下限的重要性。如果说传统窑控制f Ca O的能力较低, 难以对下限指标控制, 那么对当今的新型干法水泥生产技术而言, 这种规定不仅必要, 而且成为可能。
由此, 还可以想到有些厂为了增加水泥产量, 设法在回转窑熟料里多掺些立窑熟料。因此要求新型干法生产的熟料f Ca O含量降到最低的作法, 也是利少害多、并非高招。
2 控制熟料f Ca O含量一些做法的探讨
由于习惯性地强调了f Ca O对控制熟料质量的重要性, 就造成一些与上述全面认识有差异的做法:
1) 熟料中的f Ca O含量越低表示煅烧越完全, 说明C3S高, 操作合理。因此, 大多数企业都规定熟料中的f Ca O含量只要低于某个上限数值, 就作为合格品。
操作者为了追求熟料f Ca O的高合格率, 宁可偏低控制此值, 为此往往对用煤量偏高掌握。如果企业再没有将煤耗指标落实到个人, 或是煤耗指标考核幅度偏低, 这种多加煤以降低f Ca O的操作将更加成为明显的趋势。
2) 熟料中的f Ca O含量越低表示熟料质量越好, 有的企业为满足粉磨站用户的要求, 将此指标的上限定为1.2%或1.0%, 以表示对熟料质量的重视。
事实上, 熟料f Ca O含量只是水泥使用的过程指标, 不是最终指标, 更不是判断熟料质量的唯一指标。换句话说, 只要在水泥硬化之后没有水泥体积膨胀出现, 即安定性合格, 对熟料f Ca O含量的控制就已经达到目的。熟料在使用中最主要或最重要的性能指标还应该是熟料强度。那么, f Ca O低的熟料, 其强度是否就一定高呢?为了找出f Ca O与抗压强度的关系, 有的企业将不同f Ca O含量的熟料分别做其安定性及强度试验, 结果见表1。
表1数据说明熟料f Ca O含量在2.0%左右时, 不仅安定性合格, 而且熟料抗压强度还更高。说明我们在相当多的时候是在做着费力不讨好的事情。
3) 将刚生产出的熟料f Ca O含量当作是使用时要求的f Ca O含量。因此, 混凝土对水泥中f Ca O含量的要求直接转化为对熟料生产的要求:出窑熟料f Ca O含量小于1%。
实际情况是, 熟料中少量残存的f Ca O在熟料存放、运输、以至粉磨为水泥, 以及水泥的储存、运输、最后拌制混凝土的整个过程中都在不断地消解, 对于大型工业化生产, 这段时间最短也要5d左右, 最长将达数月, f Ca O消解掉1%, 是不会存在问题的。由此看来, 出窑熟料f Ca O含量并不需要小于1%, 现在1.5%的上限是否可以适当放宽也值得探讨。所以, 企业的技术人员应该付出更多的精力, 摸索出最适合本企业提高熟料强度的相关配料与操作参数, 确定最合理的熟料f Ca O含量控制范围, 以求更高的企业效益。
因此, 建议国家有关熟料质量检验标准中, 对f Ca O的规定可以反映出检测时间的概念, 比如说将1.5%明确为销售时的检测结果, 而不应直接取用生产时的检测数据 (现在标准中规定的“连续取”就有这种含义, 如果是熟料库放出, 应该是“间隔取”) 。
4) 将对熟料f Ca O含量的要求当作是对每一粒熟料质量的要求。因此, 在熟料销售过程中对f Ca O含量测定的取样标准也成为争议内容。常见用户从熟料堆中取出一块窑皮或混入的杂物向熟料生产厂家提出质疑, 尤其是在熟料市场不紧张的时期。
其实, 国家有关检测熟料质量的取样标准, 包括对f Ca O的测定, 早有明确规定:“熟料取样应有代表性, 可连续取, 亦可从20个以上不同部位取等量样品, 总量至少16kg”。这说明并不是要求所有时间所有熟料的f Ca O含量都要在1.5%以下, 而是平均值在1.5%以下。因此, 熟料的买卖双方只要遵照国家规定的熟料检验取样标准, 熟料生产企业根本没有必要将标准规定的平均值1.5%, 作为生产中熟料控制的上限指标。
5) 当熟料作为商品销售的时候, 熟料中的f Ca O含量竟成为买卖双方唯一验收质量的依据, 因为熟料强度的检验要28d的时间才能得到, 而熟料f Ca O含量只要1h就可知道结果。
这更说明社会上对水泥熟料质量的认识深受上述传统认识的影响。其实, 对于预分解窑, 它有生料的预均化设施、悬浮预热系统、较高的窑转速、三风道 (或四风道) 燃烧器、高冷却效率的篦冷机等技术和装备, 其控制f Ca O的能力远远高于其它窑型, 煅烧出低f Ca O的熟料正是它的优势。作为熟料用户的粉磨站, 不仅要关心熟料f Ca O过高的不利, 更应该关心生产熟料的企业有无对过低f Ca O进行控制的管理措施, 因为熟料f Ca O含量太低, 要增加粉磨电耗, 这才是聪明的熟料采购者。同样, 作为熟料生产者也应该积极如实而又耐心地向用户说明熟料f Ca O含量过低的缺陷, 一味迁就用户不作科学宣传, 实际也是对用户的不负责任。至于没有外售熟料的那些企业, 自己的粉磨工段, 更没有必要要求烧成工段将f Ca O降得很低, 只要做好出厂水泥中f Ca O含量的控制工作就完全可以了。
再退一步讲, 如果买卖双方只要求熟料f Ca O含量不超过1.5%作为熟料质量销售条件的话, 水泥厂为达到此目的并不困难, 他们只要将生料配料的饱和比降低就可以实现, 但这样做的结果只能使熟料质量真正降低, 水泥混合材的掺加量受到致命影响。
3 熟料f Ca O含量偏高的原因分析
不同原因形成的f Ca O对熟料质量的影响不一样, 因此, 有必要对其形成原因作一简单介绍, 尤其是f Ca O高的问题长期得不到解决时, 下面介绍的情况可供参考。
1) 轻烧f Ca O。当来料量不稳或塌料、掉窑皮, 或燃料成分变化或火焰形状不好, 造成局部生料的煅烧温度不足, 在1 100~1 200℃的低温下形成f Ca O。主要存在于黄粉以及包裹着生料粉的夹心熟料中, 它们对水泥安定性危害不大, 但会使熟料强度降低。
这种情况多属于偶发性的f Ca O偏高, 即瞬时不合格, 有经验的操作员会很快给予解决。
2) 一次f Ca O。当配料Ca O成分过高、生料过粗或煅烧不良时, 熟料中存在的仍未与Si O2、Al2O3、Fe2O3进行化学反应的Ca O。它们在高温煅烧下呈“死烧状态”, 结构致密, 晶体较大 (10~20μm) , 遇水形成Ca (OH) 2的速度很慢, 通常需要3d时间才反应明显, 至水泥硬化之后又发生固相体积膨胀, 在水泥石的内部形成局部膨胀应力, 使其变形或开裂崩溃。
这种情况如果没有找到根源, 很有可能是f Ca O长期波动的原因, 只靠操作员的努力, 估计难以奏效。
3) 二次f Ca O。当熟料冷却速度较慢或还原气氛下, C3S分解又成为Ca O及C2S, 或熟料中的碱取代出C3S、C3A中的Ca O。这种重新游离出来的Ca O水化较慢, 对水泥强度、安定性都不利。
这也可能属于长期f Ca O偏高的诱因, 解决它也要从系统考虑。
由于f Ca O的形成原因不同, 所以, 它们对安定性的影响不尽相同, 处理方法及对质量的评价不可一概而论。至于出现高f Ca O时, 应该采取哪些对策分别对待, 这方面的内容在文献[1]中已有介绍, 不属本文主题, 不便赘述。
4 熟料f Ca O合理控制指标的确定方法
从上面的分析可知, 应该尽快改变熟料f Ca O含量只有上限没有下限、而且上限偏低的考核办法。具体做法如下:
1) 首先应该明确判断本生产线对熟料f Ca O的控制能力是否足够, 也就是说该烧成系统具备这样的条件:操作者只要通过火焰形状及煅烧温度的控制, 就可使熟料f Ca O含量处于所要控制的范围之内。
对于那些f Ca O始终控制不下来, 或f Ca O含量始终波动较大的生产线, 绝不属于本文所倡导的f Ca O不宜过低控制的范畴, 因为这种生产线纯属失控的带病运转, 根本谈不上如何实施进一步降低煤耗而又提高质量的对策。这些企业只有尽快诊断出导致f Ca O高的根源, 有的放矢地采取措施, 彻底扭转被动局面才是出路。
2) 企业根据自己原燃料及设备特点, 通过以下两个试验可基本得出正确控制f Ca O的指标范围:
(1) 不同f Ca O含量的熟料, 范围可以从0.3%到2.5%, 每隔0.3%作为一个样品, 分别平行作熟料3d、28d强度及安定性试验。
(2) 将f Ca O大于2.0%的熟料, 每天测一次f Ca O含量, 观察它的变化, 以判断它的消解速度。
从上述试验的数值中, 可以摸索出一个更为科学合理的熟料f Ca O的考核标准。如果需要更可靠一些, 还可在不同配料或煤质情况下作对比试验。
建议f Ca O控制范围在0.5%~2.0%, 加权平均值1.1%左右。高于2.0%及低于0.5%者均为不合格品。也就是放宽上限指标, 增加下限的考核指标。有的企业现在虽已认识到此, 但仍顾虑用户不能接受f Ca O大于1.5%的熟料, 所以将指标定在0.5%~1.5%, 而降低了合格率考核指标, 这也不失为一种过渡考核方法, 但是它毕竟将f Ca O在1.5%~2.0%的熟料列为不合格品, 按照表1的数据, 岂不十分可惜。当然, 由于各厂的实际情况会千差万别, 所以可以根据本厂工艺线的特点, 制定出既不影响熟料强度及水泥安定性、又能最大节约热耗的熟料f Ca O含量上、下限。
在对操作人员考核该指标时, 要分清产生不合格f Ca O的责任:对于f Ca O大于2.0%的, 应按照上面分析的偶然不合格与反复不合格两类不同情况分清责任, 不要一概而论都由中控操作员负责;对于f Ca O小于0.5%的情况, 除了配料过低的情况应由配料人员负责外, 其余则要由中控操作员负全责。
在国家大力要求节能减排, 改善人类生存环境的今天, 只要合理制定熟料f Ca O含量的控制范围, 企业不用投入改造资金, 就会有节能的大效益, 这种既有利于企业, 又有利于社会的大好事, 我们何乐而不为呢!
参考文献
低碱熟料配料方案及控制要点浅谈 篇5
1 湿粉煤灰配料
1.1 原材料
2008年5月份我公司采用湿粉煤灰 (水分24%) 替代黏土配料时, 所用原材料化学成分见表1, 煤工业分析见表2。
%
1.2 生产过程质量控制情况及出现问题
因此次属于阶段性生产, 时间要求紧, 在控制上要求换料前配料站的黏土仓和均化库均保持低料位, 以缩短换料时间。湿粉煤灰替代黏土配料2~3h后, 粉煤灰配料生料即入窑, 窑系统主要参数发生了较大变化。预热器各级出口温度普遍升高, C3和C5多次出现堵塞, 篦冷机系统故障增多。熟料f Ca O出现多次不合格, 为保证熟料f Ca O合格, 配料时HM被动偏低控制。熟料的抗压强度与常规熟料相比大幅下降。同期常规生料和低碱生料化学成分对比情况见表3, 熟料化学成分、率值及物理性能见表4。
1.3 分析原因
粉煤灰中含有部分余热, 在600℃开始燃烧, 导致C3温度升高, 粉煤灰中Al2O3含量比黏土高, 液相黏度增加, 易在C3~C5、分解炉缩口和窑尾烟室斜坡形成长厚结皮, 造成系统阻力增大, 影响窑内通风, 从而使预热器及窑内煅烧发生了很大变化。另外粉煤灰配料后, 生料的易烧性发生了较大变化, 加之换料过程较短, 窑系统变化太快, 对窑各项操作参数调整要求较高, 稍有不当, 即可能造成预热器堵塞、篦床压死等。生产运行不正常, 造成配料调节不连续, 反复升温造成熟料HM偏低, 从而形成恶性循环, 致使生产不顺利。
1.4 采取措施
根据粉煤灰的特性及低碱生料的烧失量比常规生料低, 在窑操作上采取了减煤、减产、降窑速等措施, 并增加预热器、烟室结皮的清理频次, 配料上适当提高HM, 但效果不明显。
考虑到预热器堵塞严重, 生产运行无法正常进行, 生产成本太高, 熟料质量较差, 所以终止了此配料方案。
2 湿矿渣配料
2.1 原材料
考虑到湿粉煤灰含有部分热量而造成煅烧困难的情况, 2008年6月份又尝试选用湿矿渣 (水分17%) 替代黏土配料, 矿渣化学成分见表5。
%
2.2 生产过程质量控制情况及出现的问题
此次也是阶段性生产, 考虑到成本因素, 配料站黏土仓和均化库控制低料位, 缩短换料时间, 减小常规熟料的过渡量。
湿矿渣配料的生料入窑后, 窑主机电流出现了大幅下降, 飞砂料多, 熟料呈现大量烧不透黄块, f Ca O不合格, HM被动偏低控制, C3和C5频繁出现堵塞, 熟料抗压强度低。同期常规生料和低碱生料化学成分对比情况见表6, 熟料化学成分、率值及物理性能见表7。
2.3 原因分析
采用矿渣配料后, 熟料中Mg O含量明显高于常规熟料, 降低了液相出现温度, 在窑的过渡带就出现了大量液相, 熟料提前结粒, 这些结粒的熟料到达烧成带后, 由于热量从颗粒表面传至内部需要一定时间, 再加上预分解窑物料运动快, 往往来不及反应就出窑, 造成熟料烧不透, f Ca O增加。同时该次生产中也存在常规生料与低碱生料烧失量差异较大, 熟料料耗系数大幅降低, 要求及时对投料量、篦冷机篦速等相关参数进行有效及时的调整, 在窑操作上把握不住就会出现预热器堵塞、篦床压死及跑生料等情况。
2.4 采取措施
窑操作中采取降低窑速、减小投料量及调节三次风挡板加大窑内通风等措施。配料上根据Mg O的作用与Fe2O3类似, 适当提高SM和IM, 降低Mg O含量高对煅烧操作的不利影响, 同时采取了矿渣中预拌少量黏土进行配料, 但是前期生产运行不正常, 窑系统形成恶性循环, 再加上生产时间短, 效果不明显。
3 干粉煤灰配料
二线投产后, 因二线窑尾系统与一线有所不同, 分解炉比一线大, 同时在配料站增加了粉煤灰库, 我们改变配料方案在二线组织生产低碱熟料。
3.1 原材料
原材料化学成分见表8, 煤工业分析见表9。
%
3.2 生产过程控制情况
1) 根据各种物料的供货情况, 选择质量好、货源充足、稳定性强的供应商组织货源。干粉煤灰选用了烧失量较低、质量稳定的C电厂粉煤灰, 选用了碱含量较低的黏土。铁质校正料选用水分含量较小、碱含量较低的钢渣, 硅质校正料选用碱含量较低、质量稳定的砂岩。
2) 熟料率值控制方案:HM=2.14±0.05, SM=2.55±0.10, IM=1.45±0.10。同期常规生料与低碱生料化学成分见表10。
3) 此次生产属于长期生产, 改变以往低碱熟料生产时低配料站料位、低均化库料位、湿粉煤灰或矿渣直接替代黏土配料的方案, 在配料站和均化库较高料位下组织物料更换, 逐步加大粉煤灰用量、减小黏土用量, 逐渐达到低碱熟料碱含量要求。在逐步换料中, 根据熟料碱含量的变化情况, 摸索到了各种原材料的比例, 保留一定的黏土配比。这样不仅有利于减小物料质量的变化, 同时降低了生料配料成本。
4) 严格控制出磨生料和入窑煤粉的细度, 加强对粉煤灰下料情况的监控, 增加出磨生料、入窑生料及熟料的检验频次, 及时调整配比, 稳定生料、熟料化学成分。
5) 密切关注各项参数变化, 及时对一些易长结皮的地方增加清堵频次, 及时处理篦冷机雪人, 适当降低并限制窑的投料量, 保证生产系统运行稳定。
3.3 生产及质量情况
在换料过程及换料后, 窑上各项参数变化不明显, 未进行大幅度调整, 预热器未出现堵塞情况, 设备运行正常。生料易烧性改善, 熟料f Ca O合格率提高, 各项率值与常规熟料接近。熟料质量稳定, 3d和28d强度明显提高。同期熟料质量对比情况见表11。
4 三种配料方案生产过程中存在的差异分析
1) 湿粉煤灰和湿矿渣配料方案均在一线组织实施, 一线分解炉规格比二线分解炉小。二线分解炉有利于煤粉燃尽, 减少未燃尽的煤粉在预热器系统燃烧造成的堵塞。
2) 前期用湿粉煤灰和湿矿渣组织生产时属于阶段性生产, 物料更换时间短;用干粉煤灰生产低碱熟料时, 按长期生产准备, 生料换料时间长, 过渡平稳。
3) 前期采用湿粉煤灰的烧失量较高, 不利于控制预热器系统温度, 后期对干粉煤灰烧失量及产地进行严格限制, 从而减小了因粉煤灰中含有部分热量对窑系统操作带来的影响。
4) 采用湿粉煤灰和湿矿渣生产时用铲车按一定比例进行预拌的方法进行配料, 均匀性有限, 不利于稳定生料成分。采用干粉煤灰配料后, 因增加了粉煤灰秤, 不需要与其它物料预拌, 即可实现五组分配料, 有利于稳定生料质量。
5 结论
1) 在换料过程要避免入窑生料性质发生急剧变化, 否则对窑系统冲击过大不利于熟料煅烧。
2) 应结合生产系统自身特点选用恰当的原材料进行配料, 根据物料成分变化, 提前做好预案, 有针对性地进行调整。
3) 加强对进厂原材料、物料下料情况及过程产品的质量控制, 稳定生料、煤粉和熟料等成分, 确保煅烧稳定。
参考文献
[1]林宗寿.水泥十万个为什么[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2006, 7.
熟料中游离钙的控制 篇6
1 水泥安定性简述
1.1 水泥安定性的含义
水泥安定性是指水泥在加水后,硬化过程中体积变化均匀、保持一定性状、不开裂、不变形、不溃散的性质。如果水泥中某些成分的化学反应不在硬化前完成而在硬化后发生,并伴随有体积变化,这时便会使已经硬化的水泥石内部产生有害的内应力,如果这种内应力大到足以使水泥石的强度明显降低,甚至使水泥石开裂,导致水泥制品破坏,则造成水泥安定性不合格。
1.2 安定性不合格的原因
水泥安定性不合格的主要原因是由于熟料矿物中含有过多的f-CaO (游离氧化钙)和少量的MgO、SO3。由于MgO需要在蒸压条件下才能加速水化反应,而SO3则需要长期在常温水中才会与水化铝酸钙(3CaO·Al2O3·6H20)发生反应生成钙矾石,因此这二者都不便于快速检验,故在水泥的国家标准中对水泥中MgO及SO3的含量都有严格的规定。f-CaO是水泥生产中的伴生矿相,f-CaO遇水水化不仅释放出大量的热(1 150 kJ/kg),而且因生成Ca (OH)2并导致体积膨胀97.9%,从而在硬化的水泥石内部形成局部膨胀应力,而随着其含量的增加,会导致水泥石抗拉、抗折强度降低,严重时会使水泥制品产生变形开裂,引起安定性不良。在实际的工程检测中,出现安定性不合格的主要原因是熟料中f-CaO过多。
2 f-CaO的成因及其对安定性的影响
2.1 f-CaO的成因与分类
如图1所示,水泥生产可分为生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨3个主要步骤。其中,熟料煅烧是最重要的一步,熟料煅烧的质量直接影响出厂水泥的各项性能指标。水泥熟料烧结的最高温度要达到1 450℃,温度从1 300℃升高到1 450℃再回到1 300℃的这个阶段是水泥熟料的生成阶段。在这个阶段,铝酸三钙(3 CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙(4 CaO·Al2O3Fe203)被烧至熔融状态,出现液相,把氧化钙(CaO)和部分的硅酸二钙(2CaO·SiO2)溶于其中,反应生成硅酸三钙(3 CaO·SiO2),这个过程必须有足够的时间和温度才能使生成硅酸三钙的反应较为完全。
在水泥生料制备环节中,如果原料配料时石灰饱和系数(KH)过高,生产企业操作和管理水平不高,生料细度不够或生料未充分均化,都可能导致熟料中f-CaO含量过高。在水泥熟料煅烧和冷却环节中,如果煅烧温度不够,物料在烧成带停留时间过短或者熟料冷却速度太慢,也可能导致熟料中f-CaO含量过高。
如果熟料的烧结温度不够,会导致水泥生料反应不完全,从而使大量的f-CaO残留,而我们将残留的f-CaO称之为低温f-CaO。它主要存在于黄粉及包裹着生料粉的夹心熟料中。
如果水泥生产过程中生料配料不当,原料中的CaO成分过多,会导致在烧结阶段反应完全后仍然余留过多的氧化钙(CaO)成分以游离的状态存在,而我们将其称为高温f-CaO。
如果刚烧成的熟料冷却速度较慢或在还原气氛下,硅酸三钙会被分解成为氧化钙及硅酸二钙,或者熟料中的碱会取代出硅酸三钙、铝酸三钙中的氧化钙,由于它们是重新游离出来的,我们将其称为二次游离氧化钙(二次f-CaO)。
2.2 f-CaO对水泥安定性的影响
低温f-CaO结构比较疏松,水化的速度快,比较容易被发现,对水泥安定性危害不大。其在工程施工中表现为混凝土不凝结、不硬化,早期没有强度等。
高温f-CaO由于表面有玻璃釉状物质包裹,水化的速度缓慢,一般都在几个月以后甚至更长的时间才开始水化。硬化水泥石中的高温f-CaO水化生成大量的Ca (OH)2,体积发生膨胀,当其增长的体积不能全部向混凝土结构的孔隙中转移,而混凝土构件的抗拉强度又不能限制这种膨胀力时,就会使混凝土构件的强度受到影响,以至于硬化的水泥石开裂。
二次f-CaO的表面往往被其他结晶或玻璃体所包围,水化速度较慢,因此其含量过高时会对水泥熟料中的强度及安定性产生危害。
综上所述,f-CaO无论以哪种形式存在于水泥熟料中,都将不同程度地影响水泥强度和安定性。随着f-CaO含量的增加,熟料的强度会明显下降,安定性合格率也会大幅下降,所以理论上f-CaO的含量越低越好。但是,当f-CaO低于0.5%时,熟料往往呈过烧状态,甚至是死烧状态,此时的熟料质量缺乏活性,强度不高。
3 控制熟料中f-CaO含量的措施
在水泥的生产中,f-CaO曾一度被认为是熟料中一个绝对不利的组分,并在水泥熟料的生产中受到严格的控制。随着对f-CaO研究与认识的深入,人们认识到f-CaO水化产生体积膨胀的性能也存在积极的一面。少量的f-CaO不仅可以改善水泥干缩性,还能起到减少坍落度损失、调节凝结时间,以及对粉煤灰、矿渣等混合材的活性进行碱性激发的作用。水泥生产企业应视自己的实际情况确定一个合理的f-CaO含量指标。在水泥生产过程中,可以从以下几个方面来控制熟料中的f-CaO含量。
3.1 合理配料,加强生料均化
生产企业应尽量采用品种简单、质量均匀的原料。配料时,应选择合理的石灰饱和系数(KH),加强原料的预均化和生料的均化,这样能保证生料成分波动小,生产出的熟料质量符合要求。
3.2 合理控制生料细度
从理论上说,生料粉磨得越细,颗粒的表面自由能越大,越利于反应的进行,对熟料的煅烧愈有利。而提高粉磨细度,会降低磨机产量,增加能耗。因此,要从生产企业的综合经济效益出发合理控制生料细度。
3.3 加强窑面操作
生产企业要加强窑面操作,控制好煅烧温度及烧成时间,适当地提高煅烧温度和烧成时间。确保窑内通风良好,提高熟料成品率。
3.4 控制水泥粉磨细度
水泥细度越小,f-CaO自动吸收空气中的水分进行消解的速度越快,f-CaO越容易消化。当水泥中f-CaO含量为3.5%,细度为10%时安定性存放期为7 d,f-CaO每天被消化0.22%;当细度为8%时,存放期为5 d,f-CaO每天被消化0.31%;当细度为5%时,存放期为3d,f-CaO每天被消化0.42%。因此,生产企业在兼顾综合经济效益情况下,适当提高水泥粉磨细度可加速f-CaO的消解,提高出厂水泥的安定性。
3.5 适当延长水泥的存放时间
水泥安定性具有时效性,即水泥存放一段时间后部分f-CaO能自动吸收空气中的水分进行消解。因此,对于f-CaO含量过高的水泥熟料,在粉磨前和成品水泥出厂前可以适当延长存放时间。
4 结语
在实际的水泥生产过程中游离氧化钙的产生是不可避免的,少量残存的游离氧化钙在熟料粉磨过程中或者水泥使用前的存储过程中可以自我消解。在保证安定性合格的前提下,利用游离氧化钙水化时体积膨胀的特性,可以改善水泥干缩性,增强混凝土和砂浆的密实度。水泥厂应综合考虑生产工艺、原燃材料、设备、操作水平等因素,确定一个既经济又合理的游离氧化钙含量指标。
参考文献
[1]沈威.水泥工艺学[M].武汉:武汉工业大学出版社,1991.
[2]王红,袁军.水泥安定性及时效性[J].四川兵工学报,2008(8).
[3]董玉明,熊军.混凝土体积安定性不良的成因及其检验方法[J].铁道建筑,2006(5).
熟料中游离钙的控制 篇7
关键词：游离水,PLC控制,欧姆龙软件,液位控制,PID调节
0 引 言
目前油田联合站[1]的控制多采用仪表检测继电器和人工调节的方法,但一些继电器能耗高、效率低,用这种装备控制加工出来的石油产品普遍存在质量差、含水量不稳定、生产速度慢、成本高等问题。如何解决这些问题,一直是油田生产加工行业的难题。随着计算机技术的飞速发展,PLC以其通用性强,成本低,极好的抗干扰性能,使用和维护方便等特点实现了低水平操作、高性能控制的目的。近年来,随着我国对外开放,日、美、德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国,引起了各方面的重视并得到应用。可编程控制器正在各工业控制领域逐渐取代传统的控制方法并向其它行业渗透。自1992年以来我国各大油田开始从各国引进可编程控制器,随后在各联合站试用并取得了良好的控制效果。该设备的广泛应用提高了原油生产加工的速度,降低了油气田生产的单位能耗,为我国原油生产加工工业实现现代化控制起到了极大的推进作用。
油田联合站是原油生产的关键环节,它的主要作用是接受各转油站来油,对油气水进行分离、净化、加热,将处理后合格的原油、净化污水 、净化天然气向下一级油库输送。它是联合站原油生产的重要过程,直接关系到成品原油的质量和污水回注的质量,关系到联合站的节能降耗,也决定着联合站生产过程的安全平稳运行及原油生产的经济效益。应用可编程控制器对联合站集输系统实行良好的自动控制,有利于联合站生产的平稳运行,保证原油质量,降低成本,减轻工人劳动强度。
1 研究机理
1.1 PLC的工作原理
PLC[2]是一种微机控制系统,其工作原理也与微机相同,但在应用时,可不必用计算机的概念去做深入的了解,只需将它看成是有普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置,从而把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分。在使用PLC时,可以把输入端等效成一个继电器线圈,其相应的继电器常开或常闭触点可在内部控制电路中使用,而输出端可以等效为内部输出继电器的一个常开触点,驱动外部设备,如图1所示。
PLC一般采用循环扫描方式工作。当PLC加电后,首先进行初始化处理,包括清除I/O及内部辅助继电器、复位所有定时器、检查I/O单元的连接等。开始运行之后,串行执行存储器中的程序,这个过程主要可以分为如下四个阶段。
(1) 系统监测阶段
这部分在每次循环开始都要被执行,包括复位系统定时器、检查程序存储器、检查I/O总线、检查扫描时间等。如出现异常情况,则通过自诊断给出故障信号,或自行进行相应的处理,这将有助于及时发现或提前预报系统的故障,提高系统的可靠性。这部分时间是固定的,对CQM1机来说,一般为0.8 ms。当安装了一个时钟内盒时,这个时间为0.9 ms;当选用CQM1-CPU4-E型CPU时,这个时间为0.1 ms。
(2) 执行外围设备命令阶段
当使用RS-232C端口及其它外设接口时,则PLC都将执行来自外部设备的命令。这部分时间一般为扫描周期的5%,且可在系统设置中适当改变。RS-232和外设接口的使用时间最小为0.34 ms,最大为87 ms。
(3) 程序执行阶段
在这个阶段,CPU将指令逐条调出并执行,即按程序对所有的输入和输出状态数据进行处理,包括逻辑、算术运算等,再将结果送到输出状态寄存器。
(4) 输入、输出刷新阶段
PLC的CPU在每个扫描周期进行一次输入/输出更新。CPU对各个输入端进行扫描,并将输入端的状态送到输入状态寄存器中;同时,把输出状态寄存器的状态通过输出部分转换成外部设备能接受的电压或电流信号,以驱动被控设备。CQM1的输入刷新分为循环刷新和中断刷新两类:循环刷新是指每个扫描周期的设定时间进行一次输入刷新;中间刷新是指当输入中断、间隔定时器中断或高速计数器中断发生在中断处理子程序执行前执行输入刷新。输出刷新分为循环刷新和直接刷新两类:循环刷新是指每个扫描周期的设定时间进行一次输出刷新;直接刷新是指当用户程序有一个输出时输出点立刻被刷新。输入和输出在任何情况下都执行循环刷新。如果要执行输入中断刷新,那么在系统设置中应设定输入刷新范围。在CQM1系统设置的DM6639中可以设定停止输出直接刷新。
1.2 欧姆龙软件的功能
欧姆龙软件[3]是一个用来对OMRON PLC进行编程和对OMRON PLC设备配置进行维护的工具。其取代了OMRON 应用软件SYSWIN和 SYSMAC-CPT,支持OMRON全系列PLC,是基于Windows环境下纯32位的编程软件。
1.3 PID控制基本原理
PID(Proportional Integral and Differential)控制器是一种线性控制器,是基于对“过去”、“现在”、“未来”信息估计的简单控制算法,常规PID 控制器系统原理框图如图2所示,系统主要由PID控制器和被控对象组成。
作为一种线性控制器,它根据给定值和实际输出值构成控制偏差,将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制,故称为PID控制器[4]。其控制规律为:
式中:e(t)=r(t)-y(t) , Kp为比例系数,TI为积分时间常数,TD为微分时间常数。
2 可编程控制器的程序设计
在确定控制对象的控制任务和选择好可编程控制器的机型后,使用PLC构成一个实际的控制系统,进行控制系统流程设计,根据控制系统流程图,进一步说明各信息流之间的关系,然后具体安排输入、输出的配置,并对输入、输出进行地址编号,写出相应的程序。
2.1 设计步骤
可编程控制器系统设计流程选用顺序控制流程图法设计程序。
设计选用OMRON的欧姆龙编程软件编写游离水液位PID程序和温度、压力等变量的控制程序。PLC系统的程序设计采用I/O分配、梯形图程序、程序分析,并采用日本OMRON公司生产的CJ1M型PLC进行仿真。
(1) 确定控制对象
界面控制:分离器集液部分使油和乳状液有充足的时间在顶面形成一层油层,游离水沉降到底部。挡板用于维持油面,界面控制器用于维持水面,高过挡板的油被撇去,挡板下游的油面靠操纵出油阀的液面控制器控制。水从位于隔油挡板短管排出。界面控制器检测出油水界面高度,在转化为PLC可以识别的信号,然后PLC再将控制信号传送给排水阀,由此适量的水排出分离器,使油水界面维持在设计高度。
温度监视:温度值维持在(40～70)℃范围内,但最大值超过80℃时进行报警。
压力监视:压力值维持在(0.02～2.5)MPa范围内,但最大值超过3MPa时进行报警。
(2) 分析动作过程
根据步与步之间的关系分析游离水脱除器的动作过程,同时明确步与动作的关系。
(3) 设计流程图
通过输入/输出点与各步联系起来将动作过程图转换为流程图。其中,方框即动作与输出联系;菱形即条件与输入联系。
(4) I/O分配
给工作和条件分配相应的PLC编号。
2.2 I/O赋值
I/O赋值表包括输入、输出赋值、中间定时器赋值,见表1对PLC装置的编号说明:
2.3 梯形图程序
本设计采用日本OMRON公司生产的CJ1M型PLC进行试验,运用欧姆龙编程软件编写,具体程序运行效果以压力监控为例,见图3。
在程序中运用了移位指令MOV、数据比较指令CMP等一些PLC编程指令,实现了温度和压力的监视功能以及游离水的液位的PID控制,当压力值超过3 MPa及温度超过80℃时,给出报警信号;当实际的液位与设定液位差值超过5 cm时,进行PID控制。
3 结束语
(1) 通过对油田联合站游离水系统的现状进行了分析,用欧姆龙软件进行PLC系统设计,实现了对游离水脱除器界面的PID调节。
(2) 确定控制对象,包括压力、温度、油水界面等,并进行I/O赋值,根据联合站系统工艺流程和欧姆龙编程软件编写出相应的梯形图。
(3) 程序设计运行显示,当压力值超过3 MPa,温度超过80℃时,给出报警信号;当实际的液位与设定液位差值超过5 cm时,进行PID控制,实现了温度和压力的监视功能以及游离水的液位的PID控制。 (4) 根据程序设计的步骤首先进行I/O赋值对所有的输入输出和中间各信号进行赋值和注释,使编写出来的程序一目了然;程序图对各指令进行具体说明,表明了程序中所用到数据的来源和得出方法。
参考文献
[1]刘合.油田联合站集输系统控制技术[M].北京:石油工业出版社,2003:27-60.
[2]弭洪涛,毕国忠,贾景贵.PLC应用技术[M].北京:中国电力出版社,2004:3-78.
[3]OMRON公司.SYSMAC CJMI可编程控制器手册[M].1997:1-10.