在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行的熟料煅燒過程是一個十分復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。影響窯內(nèi)熱工制度的因素很多,再加上有些檢測手段和儀器上的困難,使某些參數(shù)無法檢測,因此,回轉(zhuǎn)窯的計算機控制是十分困難的。
對水泥回轉(zhuǎn)窯進行計算機控制,國外是從1961年開始研究的。經(jīng)過30年的艱苦努力,現(xiàn)已達到了實用階段。對其控制方法研究,大體上有兩種。一種是試圖建立一個能精確反映窯內(nèi)物理化學(xué)變化的純數(shù)學(xué)模型；另一種方法被稱為“應(yīng)用近似法”,這是總結(jié)人工控制經(jīng)驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。前一種方法至今還沒有一個滿意的結(jié)果。后一種方法卻取得較大進展。
國內(nèi)的研究起步較晚。特別是國內(nèi)中小水泥廠在生料的配料和均化方面工藝比較落后,造成生料的化學(xué)成分變化較大。有的水泥廠煤的發(fā)熱量又經(jīng)常大幅度變化,這就給回轉(zhuǎn)窯的計算機控制帶來了比國外更大的困難
筆者從1986年開始參與了對黑龍江省五�？h拉林水泥廠二級旋風(fēng)立筒預(yù)熱回轉(zhuǎn)窯的計算機控制的研究,歷時7年,現(xiàn)已通過了由黑龍江省微機辦公室和建材局主持的專家鑒定,其主要技術(shù)參數(shù)如下:
(1)系統(tǒng)控制時間占整個窯運行時間的70%以上。
(2)自動控制窯頭喂煤量立筒預(yù)熱喂煤量,生料下料量、窯轉(zhuǎn)速和排風(fēng)機開度。
(3)燒成帶溫度控制在的時間占系統(tǒng)控制時間的95%以上。
(4)窯尾煙室溫度控制在850±50℃。

建立控制模型的指導(dǎo)思想
我們從水泥廠生產(chǎn)工藝和拉林水泥廠的生產(chǎn)實踐中了解到,回轉(zhuǎn)窯的燒成帶溫度、窯尾煙室溫度和窯尾廢氣含氧量穩(wěn)定地保持在一定的范圍內(nèi),才能保證回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱工制度的穩(wěn)定,保證水泥熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量,保證較大幅度地節(jié)省能源。所以,我們把燒成帶溫度、窯尾煙室溫度和窯尾廢氣含氧量這三個重要工藝參數(shù)做為控制量,而把能顯著影響以上三個工藝參數(shù)的窯轉(zhuǎn)速、窯頭彈性葉輪喂煤機轉(zhuǎn)速、立筒預(yù)熱彈性葉輪喂煤機轉(zhuǎn)速、表示入窯生料多少的入窯生料提升泵壓力及排風(fēng)機開度和一次風(fēng)開度做為控制量。
設(shè)計控制模型的實質(zhì)就是找出控制量和被控制量之間的動態(tài)關(guān)系,并用數(shù)學(xué)表達式加以描述。建立控制模型的步驟如下:
2.1 回轉(zhuǎn)窯進行物料平衡和熱平衡的計算
我們選取回轉(zhuǎn)窯為熱平衡范圍。計算的原始數(shù)據(jù)主要是通過熱工測定取得的。
物料平衡和熱平衡計算的目的在于從理論上用數(shù)學(xué)表達式來描述控制量和被控制量之間的關(guān)系。
2.2 采集系統(tǒng)控制量和被控制量的數(shù)據(jù)組
雖然通過理論計算可以找出控制量和被控制量之間的關(guān)系,但理論和實踐還是有很大差距的。我們把工作重點放在回轉(zhuǎn)窯煅燒過程的動態(tài)實驗上。通過實驗,獲取了許多被控制量隨控制量變化而改變的數(shù)據(jù)組。這些數(shù)據(jù)組有的是改變一個控制量后造成被控量變化的數(shù)據(jù),有的是改變兩個或多個控制量造成被控制量變化的數(shù)據(jù)。

①綠色制造是新世紀耐火材料生產(chǎn)工藝的主要特征。3R原則代表了主要的綠色思想：Reduce-減少消耗，Reuse-重復(fù)使用，Recycle-回收再生。人類在人口膨脹、資源枯竭和環(huán)境破壞壓力下，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就必須利用一些現(xiàn)在尚不能利用的物質(zhì)，盡量重復(fù)使用目前被廢棄的材料。
　　 ②降低產(chǎn)量，提高質(zhì)量。我國耐火材料產(chǎn)量占世界第一，低檔產(chǎn)品多，高檔產(chǎn)品少，水泥窯用耐火材料也是如此。今后應(yīng)多生產(chǎn)高中檔產(chǎn)品，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，并合理配套使用，使水泥窯用耐火材料的生產(chǎn)和使用均處于最佳狀態(tài)。
　　 ③完善裝備。提高耐火材料廠生產(chǎn)裝備水平，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)耐火材料關(guān)鍵之一，它直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和外形尺寸，我國耐火材料廠的裝備落后，應(yīng)引起重視。同時應(yīng)加強法規(guī)和標準體系建設(shè)，依法推進清潔生產(chǎn)。

應(yīng)用對比和推理法建立控制模型
由理論計算得出的控制量和被控制量關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式,只能定性的看出兩者之間的關(guān)系。所以,必須對該表達式進行歸納、整理、修改,以便將實際測得的數(shù)據(jù)組代入表達式后,能定量的符合實際測得的控制量和被控制量之間的關(guān)系。
2.5 由計算法實時算出回轉(zhuǎn)窯某些難于測量的參數(shù)
在回轉(zhuǎn)窯的熟料煅燒過程中,某些參數(shù)目前還難于在線直接測量。如煤的發(fā)熱量和生料的化學(xué)成分等。而這些參數(shù)在熟料煅燒過程中又甚為重要。為此,我們根據(jù)化驗室化驗的結(jié)果設(shè)置有關(guān)參數(shù),并置于控制模型中,隨著這些參數(shù)的變化計算出有關(guān)參數(shù)的修改系數(shù),并及時對這些參數(shù)進行修改。

在回轉(zhuǎn)窯煅燒過程中，為了形成穩(wěn)定和理想的火焰，實現(xiàn)高效燃燒，需要一定量的過量空氣。假如過量空氣太少，則燃料燃燒不充分，會降低燒成帶內(nèi)火焰溫度；而過量空氣太多，由于多余空氣的冷卻作用，則會降低火焰溫度。所以，這兩種情況都會降低熱效率。假如原料或燃料中含有較多的硫或氯，硫或氯就會在窯系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生硫循環(huán)或氯循環(huán)，造成結(jié)皮、結(jié)圈和堵塞。假如此時提高窯內(nèi)的空氣過剩系數(shù)，增加含氧量，由于氧氣可阻止硫和氯揮發(fā)，因此能有效減輕因硫和氯造成的結(jié)皮、結(jié)圈和堵塞現(xiàn)象。但是，增加含氧量，則使得窯內(nèi)氣體流速更快，可能增加粉塵循環(huán)，導(dǎo)致熱效率降低。不同的窯型和不同的燃料，適宜的含氧量不同。附表中是不同窯系統(tǒng)窯尾廢氣中的適宜含氧量數(shù)據(jù)。假如不存在硫揮發(fā)的問題，則使用較低的目標值；假如硫循環(huán)（或氯循環(huán)）程度高，則應(yīng)使用較回轉(zhuǎn)窯高值。

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