DCS系统在水泥生产过程中的应用探讨

雷小明

摘要：近年来，DCS系统（DCS）在水泥工业生产过程中得到越来越广泛的应用。如何更好地应用和维护DCS系统是每个水泥企业首要考虑的问题。基于DCS系统在水泥生产线中发挥强大的控制作用，从系统选择、使用和管理策略出发，充分发挥DCS系统在水泥生产中的优势，提高生产水平。在水泥制造过程（材料制备，熟料烧制和水泥生产）的三个主要部分中，熟料烧成系统由于其控制较复杂对水泥的质量影响较大。所以，熟料烧成DCS系统对稳定质量和节能起着重要的作用。文章主要分析了在熟料烧成中DCS系统控制及优化。

关键词：水泥生产；DCS系统；优化控制

1.DCS系统简介

近20年来，我国国民经济发展的形势，水泥作为主要原料，水泥行业从总装备技术产品方面有巨大的发展。在现场控制站的基础上，作为指挥中心的中央控制室的系统结构是DCS系统。DCS系统控制系统的基本环节是现场控制站，主要完成数据的采集和处理，对电气设备和仪表现场进行检测和控制，并将信息发送到中央控制室。中央控制室完成生产过程的监控和操作，不仅用于生产中的参数设定还有动态过程模拟及重要趋势。

（1）分布式控制系统是一个集中式分布式控制系统，主要基于微处理器。DCS系统作为一种分级分层控制系统在水泥工业中得到了广泛的应用，在垂直和水平方向都是分层设置的。在水平方向上，每个过程控制级别是协调的层级，它们同时向操作管理级别发送数据。

（2）分散控制在国外通常被称为分散控制系统，即DCS，原因在于分散控制具有十分重要的意义。人员分散、功能分散、操作分散、设备分散及危险分散等分散设备将危险进行分散，目的是分散危险，提高效率。

（3）控制系统的自治和协调是分散的自治系统，各自完成各自的功能，并且相互之间存在着联系，数据交换，各种条件相互制约。内涵是分布式数据库控制功能非常广泛，它们的分开是相互协调的，因此，在集中式数据管理的结构下进行协调性、分散性的管理。计算机网络在各行各业的普及和软件应用技术得到的巨大发展，促进了控制行业大梯度升级。

2.熟料烧成DCS控制

DCS分散控制广泛应用于水泥行业，该系统可实现电机组程序控制，显示和调整过程中数据的收集和处理，大大提高了劳动生产率，提高了工厂水泥工艺的管理和运作水平。在固体材料生产过程中，热过程的复杂变化，从过程控制的角度来看，这是一个保留时间长，外部干扰大，干扰多，关系复杂的过程，同样适用于粉末材料等。在水泥制造过程（材料制备，熟料烧制和水泥生产）的三个主要部分中，熟料烧制系统中有许多相互干扰因素。DCS控制熟料烧成系统：熟料窑烧成篦，冷却器进行淬火，由于燃烧过程中预热器、冷却机相互干扰，形成的动态情况进行反馈，为了稳定参数并采取相应的措施。因此，容易造成整个窑系统的波动。由于水泥厂控制电路较多，因果关系复杂，系统参数即时反映窑的热状况，DCS系统调整过程变量并提供强大的诊断、报警功能，操作工可以及时精确处理。窑系统的报警DCS系统，对维持窑内热状态的稳定性，提高系统运行率起着至关重要的作用。

（1）烧成带温度。在实际生产过程中，温度、压力、流量控制为常见的控制系统。对于烧结区而言，它的温度控制是十分重要的。烧成带温度实际上是温度场的问题，包括火焰温度、气流温度、材料温度等。不仅可以使用比色高温计直接测量火焰温度。另外，还可以测量窑尾处的废气中的NOx浓度以反映火焰温度。相反，NOx的浓度小且敏感，并且时间滞后小。由于火焰温度是燃烧区温度的主要因素，因此NOx的浓度通常用作燃烧区温度变化的控制标志。

（2）窑尾气体温度。窑尾的温度是否合适关于到材料预热是否均匀，合适的温度可以防止窑和旋风分离器上升的烟道温度过高引起的材料粘连和管道堵塞。

（3）一级筒出口温度。温度过高，进料速度和燃料量或与风量不匹配，会导致其他旋风预热器胶粘剂失效和堵塞，或者导致旋风管堵塞再次发生，温度过低，也表明进料与燃料量不匹配，使分解率低，因此，分解炉通常控制在320~350范围内，炉内燃料燃烧和通风预热器氧气一般控制在1.0％~1.5％，很少有大量的CO，危及预热器电动除尘器的安全。

（4）分解炉出口和最下一级旋风预热器出口温度。分解炉出口或下一级旋风预热器这两个位置的出口温度的温度，都可以反映分解炉中物料的分解，一般分解炉的控制在850~900之间，因为在此温度范围内，可以保证物料在分解状态稳定，这使得整个窑系统热系统稳定。否则会影响窑系统的热平衡，还会造成分解炉和预热器系统材料外壳结皮和堵塞材料。

（5）窑尾排风机出口压力。预热器排气扇出口压力测量在窑系统中与生料粉磨系统联合运行中非常重要。常常为了保证风量的相对平衡状态，阀门随着测量点压力值与设定值之差变化而相应的发生变化。该测量点的负压值直接影响预热器排气扇出口压力和生料粉磨系统的平衡。

（6）窑头负压。在大多数的情况下，窑头显示略微负压的状态,一方面，正压容易导致发生喷火的现象，而负压不会出现这种危险情况。另一方面，负压一般情况下是比较稳定的，代表了窑内通风与冷却机二次风之间平衡的特征。

（7）窑头电收尘器入口温度。如果窑系统发生不稳定的情况，掉落熟料量很大的话，远远超过冷却机的负荷，此时冷却机不能及时的冷却熟料。相对应的热空气温度高，则需要喷水降温，这对电收尘器安全正常工作十分重要。

（8）二次空气温度。从技术角度来看，二次风温度必须稳定，因为二次风对窑内燃烧稳定性和煅烧过程中的燃料消耗有很大影响。为了方便操作人员更好地监控整个窑炉系统的生产过程，上述参数可以直接由DCS反映。

3水泥生产线DCS自动回路优化控制

实践表明，DCS自动回路优化控制是安全可靠且灵活运用的。水泥生产线DCS自动回路优化控制主要有：（1）控制分解炉中的供煤量。分解炉的炉温控制对分解炉的稳定性至关重要，有利于保持一定的分解率，主要通过测量旋风预热器出口温度进行调节。（2）调节控制窑尾料。测试料仓的重量，控制原料进料流量阀的开度，保证原料仓的稳定性，减少调节回路的测量误差。（3）窑头供煤自动控制。窑头供煤自动控制起了非常重要的作用，可根据预热器冷烟室温度调节旋转给料机的转速完成，从而保证定量给煤。（4）窑头罩负压控制。窑炉正压会导致喷火，损坏设备。采用负压自动控制，确保二次空气进入窑相对平衡，因此对窑炉热系统的稳定性起到了一定的作用，有助于控制炉温和降低热损失。

4小结

总之，在水泥行业的不断发展中，DCS系统在水泥生产过程中起着重要的作用，基于DCS系统发挥强大的控制作用，要本着科学、创新、实用的原则进行调试，才能令灵活高效的DCS系统发挥出最大价值，提高生产水平。

参考文献

[1]张雨成.DCS系统在水泥行业中的应用[J].甘肃科技,2007(12):164-166-142.

[2]李美华.浅谈DCS系统在水泥厂的应用及维护[J].四川水泥,2010(04):52-53.

作者简介：姓名：雷小明（1989.04-05）；性别：男，籍贯：湖北武汉，学历：大科，毕业于安徽职业技术学院；现有职称：助理工程师；研究方向：电气自动化(DCS控制系统）；