辊磨智能控制系统在水泥原料辊磨上的应用

曹军波，饶锐，任森

1 引言

水泥行业能源消耗占全国工业能源消耗的5%以上，是能源消耗的“大户”。为了实现国家节能减排总体目标，在《水泥工业“十三五”节能减排达标工作计划和实施方案》中，建材联合会提出了以下要求：“‘十三五’期间，全部在产生产线的能耗达到《水泥单位产品能源消耗限额》标准限定值要求。”

原料辊磨是水泥生产的主要耗电设备之一，原料辊磨系统也是一个多变量强耦合的系统。辊磨研磨过程是一个纯粹的物理（机械）过程，磨机压差、出口温度、电流、振动等关键过程参数存在一个最佳运行区间。原料辊磨只有在最佳运行区间内运行，单位电耗和设备损耗才能最小化，磨机运行效能才能最大化。但是，目前国内原料辊磨均是以人工操作为主，操作员往往不能长时间将其保持在最佳运行区间，磨机单位电耗与国际先进水平相比仍存在较大差距。

安徽广德南方水泥有限公司（以下简称“广德南方公司”）是南方水泥有限公司下属水泥熟料生产企业，拥有一条5 000t/d 新型干法水泥熟料生产线。为了提高原料辊磨的生产效能，广德南方公司与浙江邦业股份科技有限公司（以下简称“邦业科技”）合作，在广德南方公司水泥生产线引入ICE原料辊磨智能控制系统，实现了对原料辊磨的闭环优化控制，大幅降低了原料辊磨运行单位电耗。

2 原料辊磨智能控制系统

2.1 ICE智能控制平台软件

ICE 智能控制平台软件（Intelligent Control Environment）是由浙江邦业科技股份有限公司自主研发的，以多变量模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）算法为核心的智能控制软件包，包含ICE-RT（在线运行）、ICE-COM（数据通信）、ICEDA（数据采集）、ICE-MDL（过程建模）、ICE-CFG（组态配置）、ICE-SML（离线仿真）六大组件，软件总体架构如图1所示。

2.2 原料辊磨工艺流程

原料辊磨集细碎、烘干、粉磨、选粉、输送于一体，具有粉磨效率高、烘干能力大、产品细度易于调节、噪音小、电耗低、工艺流程简单、磨耗小、运行费用省等显著优点，非常适合于大型化的水泥生产线的粉磨工艺。目前国内制造和使用的辊磨的主要技术、经济指标已达到国际先进水平。

原料辊磨的粉磨是由一套碾磨装置（即磨辊和磨盘）来完成的，物料在磨辊和磨盘之间被碾磨成粉状。碾磨装置的运动由磨盘回转并相应带动磨辊传动，碾磨压力除了磨辊自重外，主要靠液压装置对磨盘物料加压。碾磨后的物料经配套的选粉机分选，粗粉回到磨盘再次粉磨，其余成品经收尘和输送系统送入成品储库。

2.3 原料辊磨智能控制系统主要功能

图1 ICE系统架构图

ICE辊磨智能控制系统控制回路图见图2。

运用原料辊磨智能控制系统可提升磨机料位的稳定性，使磨机料位运行在最佳运行区间，最大化磨机产量，提升出磨生料的质量（细度）的稳定性。原料辊磨智能控制系统的主要功能如下：

（1）调节磨机喂料量，保持磨机料层稳定，将磨机电流、循环斗式提升机电流、磨机振动以及磨机压差控制在设定范围内。

（2）调节磨机的喷水和研磨压力，保证磨机振动的稳定。

（3）调整选粉机转速和排风机转速，保证磨机出磨生料质量（细度）最优化。

（4）调整磨机的冷热风阀和循环风阀，保证磨机出口温度稳定，保持入磨负压在一定范围内波动。

图2 ICE辊磨智能控制系统控制回路图

表1 考察结果记录表

图3 智能控制系统未使用时磨机运行情况

（5）调整调配站喂料量，稳定计量仓仓重。

3 辊磨智能控制系统应用效果

为了考察辊磨智能控制系统在广德南方公司的应用效果，进行了72h 的对比实验，实验前后原材料和磨况基本一致。去掉停磨期间的数据，考察结果见表1，运行对比见图3、图4。

图4 智能控制系统使用后磨机运行情况

表2 原料辊磨单位电耗历史同期对比表

从表1的数据可以看出，在使用原料粉磨智能控制系统之后，磨机出口温度和磨机压差的稳定性明显提升，磨机喂料量上升了10.2t/h，主机电流上升了4.9A。

为了更直观地反映辊磨单位电耗改善情况，我们对历史同期单位电耗（吨生料电耗）数据进行了对比（2018.6.15-6.30与2019.6.15-6.30），对比情况见表2。从表2 的数据可见，使用原料粉磨智能控制系统后，虽然磨机主电机电流上升，但吨生料电耗较2018年同期下降了0.27kWh。

4 结语

ICE 辊磨智能控制系统在广德南方公司取得了良好的应用效果，大幅提升了辊磨装置运行的稳定性和磨机产量，降低了单位电耗，为业内其他企业解决类似问题提供了参考。