套筒窑全自动的模型控制技术

技术秘密全文一、技术秘密名称套筒窑全自动的模型控制技术二、股份公司原有技术其功能主要是通过PLC对关键设备实施开关、顺序、连锁、但在活性石灰的整个生产过程中最关键的煅烧控制其控制参数没有采用自动控制技术。因此其套筒窑焙烧系统的温度、压力、流量等参数控制需人工调节，不能有效确保关键工艺参数的控制，导致生产的石灰石活性度在310ml，质量一般。原有技术（没有采用全自动控制技术）控制系统具体层次结构如下：第一层：远程I/O从站，使用同轴电缆的远程I/O网，其通讯速度为1.54M波特率，通讯距离可达4.5公里。通过协议为S908的主/从站接口通讯处理器与PLC相连进行通讯，完成数据的采集及设备控制。第二层：过程控制系统，主要是将PLC和HMI（人机接面）通过基于TCP/IP协议的100MB工业以太网相连，组成以TCP/IP协议为通讯基础的工业控制以太网，完成数据采集及设备运行状态的监视和控制。满足过程监视、控制及管理自动化的要求。三、国内外现有情况现国内冶金系统如首钢、济钢、刑钢等套筒窑其控制系统都和股份公司梅山分公司相类似，通过PLC对关键设备实施开关、顺序、连锁，一些重要参数的控制都没有采用自动控制技术，整个控制没有做到全自动控制。生产的石灰石活性度在310ml，国外套筒窑生产的石灰石活性度最好也在380ml~400ml。四、技术秘密具体内容或解决问题的技术方案全自动套筒窑核心技术是一套完整热工制度计算，它能根据每日所需生产产量，提供燃气热耗和助燃空气流量。在生产中自动调节窑内燃烧室上下两排燃气分布，以及助燃空气的分布。当窑内温度，压力变化时，能及时对相关参数进行调整，确保燃烧室烟气温度压力流量稳定，从而稳定了窑内的热工制度，进而稳定了生石灰的质量指标。全自动套筒窑热工制度能实现，其来源来自于全自动套筒窑自动控制模型。控制模型主要包括燃烧中的热能分配，助燃空气配比等算法。主要原理是利用石灰石分解石灰所需热量的单耗，再根据每日所需产量，进行总消耗热量计算，进一步算出每小时所需热能，同时得出所需燃气和助燃空气消耗。a、全自动套筒窑自动控制模型a.1套筒窑热能算法PLC将根据石灰窑的产量、具体热耗和燃气的最低热值，利用下列公式来算总的燃气流量：TPD(石灰t/天)HC(Kvcal/每千克石灰)G.F（Nm3gas/h）＝×24小时/天PCI(燃气Kvcal/Nm3)注释：G.F（Nm3gas/h）－燃气消耗TPD（石灰t/天）－石灰窑产量HC（Kcal/每千克石灰）－具体热耗PCI(燃气Kvcal/Nm3)－最低热值操作人员输入下列参数：TPD（石灰t/天）－石灰窑产量（卸料周期以秒计）HC（Kcal/每千克石灰）－具体热耗PCI(燃气Kvcal/Nm3)－最低热值燃气的百分比－由下燃烧室燃气流量－上燃烧室燃气流量控制燃气分配的百分比石灰石/石灰的比率＝1.74PLC将根据信号石灰石/石灰的比率参数计算实际的石灰产量。PLC将估算出总的燃气流量并在控制器下燃烧室燃气流量－上燃烧室燃气流量进行流量分配。以上的流量，PLC要通过燃气的压力和燃气温度进行校正。考虑燃气的最低热值，在自动或手动模式下计算燃气的流量。在手动模式下的PCI由操作人员输入最低热值自动计算出燃气流量。燃气流量同样要根据燃气压力、温度进行补正。在自动模式下的PCIPLC将使用由燃气热值分析仪AT401提供最低热值进行控制。燃气流量同样要根据燃气压力、温度进行补正。当燃气热值分析仪故障时或在自动标定期间（测量值不在输入的预设值范围内），PLC将对PCI由自动控制模式切换到手动控制模式，这时将使用人工输入的值进行控制。a.2控制供热的PID控制算法（1）下燃烧器煤气流量调节器FIC410FIC410通过控制调节阀FV410的开度对下燃烧器煤气的流量进行调节，其传递函数如下：Gc（S）=0.005（1+S101）（式2）式中：0.005——PID调节器的增益系数；10——PID调节器的积分时间常数，单位：秒。其中，FIC410的设定值：FIC410_SP=GF*PERC410（式3）式中：PERC410——下燃烧器煤气流量分配百分比；GF——每小时煤气消耗量，单位：Nm3/h。对于GF，有以下公式：GF=TPD*1000*HC/（24*PCI）（式4）式中：TPD——每日石灰产量，单位：吨/天；HC——每公斤石灰消耗热量，单位：kcal/kg；PCI——煤气热值，单位：kcal/Nm3。a.3套筒窑助燃空气算法至下燃烧室燃烧空气流量算法：下烧嘴的理论助燃空气量Nm3×0.4：燃气Nm3至上燃烧室燃烧空气流量算法：上烧嘴的理论助燃空气量Nm3×0.5燃气Nm3理论助燃空气量Nm3/燃气Nm3＝1.73通过参数页输入。套筒窑冷风总进量算法：冷却空气Nm3＝大约0.5石灰kgPLC将考虑附加的助燃空气，即来自驱动风机M501－M502的驱动空气，这将通过风机的速度来计算。a.4套筒窑负压和循环气体温度经验数值PIC611－下烧嘴内的负压正常设置在―10/―20mmH2O范围内（即―0.1/―0.2kPa）。TIC651－循环气的温度正常的设定值是在调试阶段检测出的，因为它直接影响石灰石的煅烧质量。正常工作温度范围是820－920℃之间。a.5套筒窑石灰石卸料算法：石灰卸料系统是由PLC控制的。操作人员将通过PLC输入一个数据表格，包括：石灰日产量（t.p.d）对应产量的周期时间（秒）t.p.d周期时间30068秒35053秒40039秒45032秒50025秒根据上面的表格，PLC将估算卸料频率，记录总的卸料周期数，并进行校正和修改周期，以维持恒定的循环气的温度TT651。PLC将通过电磁阀来控制六个液压推杆的动作，振动给料机的启/停，以及石灰料仓卸料阀的开/关。计算的基础在石灰窑下部的六个平台接收石灰。液压推杆沿平台水平面推动大约200mm，把大约50kg的石灰推到平台的边缘。500,000kgp.d＝大约70次/每小时每根24小时×6推杆×50kg每次行程3,600秒＝大约52秒/每行程。70次行程每个行程卸下的石灰量应在石灰窑操作中检查，并可以通过操作台将其值输入。卸出的石灰要考虑重量的变化，可以通过操作台输入一个校正系数（0.5~1.5）。推杆的行程＝向前和向后的动作＝大约需要30秒。因此，在两个行程之间停顿的时间大约22秒。这些理论计算的间隔时间将在石灰窑的调试中准确的确定。从平台被外力推动的石灰集中在料仓里，这个料仓在窑的下端，并且由振动给料机和翻板阀来关闭的。料仓可以根据用户的时间进程通过振动给料机来卸料。不卸料时，振动给料机是由液压驱动的翻板阀来关闭的。a.6套筒窑操作数据的限定值以下所列的最大值绝对不可超过，若不遵守可能会导致石灰窑的钢结构、混凝土、以及耐火衬砖的损坏。但一旦超过上限，套筒窑会自动停窑并报警。.温度最大值正常范围（大约）燃烧室1350℃1100-1300℃循环气960℃800-930℃卸料台上的石灰150℃80-140℃冷却空气管道（用于从冷却400℃300-380℃段下内套筒出口和上内套筒底部获得热气的管道）换热器的废气入口800℃650-750℃预热的驱动空气510℃350-500℃窑顶废气出口250℃130-180℃总的废气温度（在废气风机之前）330℃200-250℃b、全自动套筒窑自动控制的实现宝钢股份不锈钢套筒窑控制系统配置硬件采用QuantumPLC，CPU采用140CPU53414A，以太网模块采用140NOE77100，远程通讯模块采用140CRP93100（Head）和140CRA93100（Drop），上位机监控系统上位组态监控软件采用iFIX3.0软件。在正常情况下套筒窑生产都是在正常控制模式下的自动方式下运行，正常控制模式指的是通过PLC实现的控制，分为自动和手动两种方式:自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人工干预；手动控制即在计算机上给定一个输出值，通过PLC对控制对象进行控制，手动方式时设定值不与测量值比较。图1操作员监控状态图图2：PLC程序图控制目标：将循环气体的温度（TT651）控制在800~900°C的范围之内。循环气体的温度（TT651）曲线如下图所示：图3循环气体的温度曲线受控效果图（TT651）五、实施后的效果自采用全自动控制系统后，尤其是套筒窑焙烧系统、空煤气系统中的流量、压力、温度均可根据窑内煅烧状况自动调节，确保工艺生产稳定。生产的石灰品质高，质量稳定，石灰活性度大于350ml，石灰中残余CO2含量小于2%，，设备作业率高，平均作业率达到98%，目前三个月安排一次12小时计划检修。劳动生产率高。现每班定员6人，两座窑作业区定员工28人。各项统计数据均为全国第一。