寧國市啟星粉磨科技有限公司

0引言

水泥作為當今世界應用最廣泛的建筑材料，一直受到人們的廣泛關注。水泥的生產對于一個國家的基礎設施建設起著至關重要的作用。隨著科學技術的發展，制造業轉型升級的迫切需要，水泥行業智能化生產成為水泥行業內的前沿趨勢。近幾年在水泥生產智能化方面，熟料煅燒研究較多，但作為水泥生產關鍵環節的水泥粉磨工序研究相對較少，然而下游企業的發展對水泥品質的適應性、穩定性提出了更高的要求，智能粉磨控制系統便應運而生。水泥細度是影響水泥使用性能的主要指標之一，對下游混凝土的坍落度、外加劑適應性、凝結和硬化等過程具有重要的影響。在水泥的生產過程中，對于水泥粒度的檢測一直是行業內關注的重點。智能粉磨控制系統以在線粒度分析儀為載體，可以對粉磨過程中水泥的粒度進行實時檢測，及時對風機、選粉機和喂料量等進行調整，使其達到一個最佳的平衡狀態，可以有效地穩定產品質量和降低電耗。

1智能粉磨控制系統與在線粒度分析儀

智能粉磨控制系統可以簡單地分為檢測分析模塊和系統控制模塊。其中，檢測分析模塊是整個智能粉磨控制系統的基礎。智能粉磨系統以水泥細度作為優化調控的主要目標，通過調節粉磨系統的參數變量，使水泥的細度在合格的范圍內，實現卡邊優化，能最大限度地降低能耗。傳統的粉磨控制是通過人工實驗方法分析水泥粒度后再對粉磨系統進行調節，具有明顯的滯后性。因此，為了降低粉磨系統的能耗，實現粉磨系統的及時調節，水泥細度的在線檢測成了智能粉磨系統的關鍵技術。目前，水泥細度的在線檢測主要分為兩種方法。一種是基于激光衍射法分析粒度的直接測量方法，另一種是基于人工神經網絡等算法的軟測量方法[1]。直接測量的方法與軟測量方法相比，測量偏差相對較小，具有更強的客觀性和可復現性。

在線粒度分析儀使用激光衍射技術和MIE散射理論，其工作原理如圖1所示，由半導體光纖激光器發出一束激光，經過付氏鏡聚焦穿過測試窗口照射到水泥顆粒上，由于粒徑大小的差異，會產生不同角度的散射光。散射光信號由主探測器和輔助探測器收并轉換為光強電信號傳送至計算機，計算機統計計算之后得到粒子的分布信息。

在線粒徑分析儀可以對生產線上成品斜槽輸送的水泥等粉狀物料進行連續實時的粒徑分布檢測及粒徑變化趨勢的統計，以便操作人員根據這些信息，快速、及時地調節選粉機轉速等工藝參數，生產出優質穩定的水泥產品，同時，智能控制系統也可以根據顆粒分布檢測數據，自動對各工藝參數進行調整，實現智能化控制。

2在線粒度分析儀在各水泥廠生產中的應用現狀

水泥細度是水泥生產控制的重要指標之一，對水泥及下游混凝土的各項物理性能起著重要作用。目前行業內對水泥細度有三種表述：比表面積、80μm方孔篩篩余或45μm篩篩余和顆粒組成。傳統實驗方法測量比表面積多采用透氣法或者勃氏法，對于篩余的測量采用篩析法。隨著激光技術和計算機技術的進步，水泥在線粒度分析儀越來越被更多廠家采用。

在線粒度分析儀作為智能粉磨控制系統的重要載體為智能粉磨控制系統提供實時的顆粒粒度分布數據，已經在部分水泥廠進行了一系列的應用。其中，海鹽秦山南方水泥公司使用秋淇分析提供的在線粒度分析儀對粉磨過程中的水泥粒度進行實時在線檢測，將11個樣本的檢測結果與化驗室人工實驗檢測的結果進行對比?？梢钥闯?，采用在線粒度分析儀對樣品檢測的比表面積與人工測量的比表面積相對誤差較小，數據可信度高。

所示，通過對在線粒度分析儀檢測數據與化驗室人工檢測數據對比分析得出，在線粒度儀比表面積和45μm篩篩余與化驗結果誤差較小，相關性較高，分析結果比較準確。專家優化系統采用比表面積為目標值（CV），45μm篩余結果為約束變量（CCV），來控制選粉機轉速和磨機的負荷等參數，控制邏輯。

說明：（1）以出磨水泥比表面積為控制目標，結合45μm以上顆粒含量結果，通過模型預測控制，控制選粉機轉速。當預測比表面積低于控制目標值后，選粉機進行加轉速，同時預測磨機負荷會上升磨電流下降，循環風機根據磨機負荷變化進行減轉速，并預測小倉倉重會增加，減少喂料量穩定小倉倉重。

（2）反之當預測比表面積高于控制目標值后，選粉機進行減轉速，同時預測磨機負荷會下降磨電流上升，循環風機根據磨機負荷變化進行加轉速，并預測小倉倉重會減少，增加喂料量穩定小倉倉重。

（3）通過多變量預測控制器動作保證磨機系統物料進出平衡，消除系統的滯后，提前消除質量波動對系統的影響。通過改變控制目標的設定值，能夠更加有效地控制產品的質量和提高產量。

在線粒度分析儀的優勢在于能夠對磨機內的水泥細度進行實時檢測，能夠實現操作人員對磨機的及時調節，消除了滯后性，并且能夠避免人工化驗的隨機誤差。目前1#磨實現實時自動控制，縮小了水泥細度的波動，水泥磨產量也趨于穩定和提高。

TZ水泥公司使用的是在線粒度分析儀與智能粉磨控制系統結合，對水泥粉磨過程進行調控，對運行期間的相關數據進行了統計。統計結果表明：智能控制的平均臺時產量比手動控制提高了約5t/h，產品的比表面積合格率提高了約10%。由于手動控制波動較大，而智能控制系統結合在線粒度分析儀可以及時控制，減少滯后性，水泥強度標準偏差也有了很大的改善。XZ水泥公司使用粉磨專家控制系統一個月與往期年平均數據進行對比，平均磨機臺時產量提高0.91t/h，電耗降低0.3kWh/t。

從在線粒度分析儀在幾家水泥廠的應用情況可知，智能粉磨系統結合在線粒度分析儀可以有效實時地檢測水泥細度，明顯改善人工操作過程中磨機經常出現的大幅度波動和系統失控的情況，明顯提高磨機臺時產量且減小磨機系統的臺時產量波動，使風量、料量等達到一個最佳的平衡狀態，提高出磨水泥的比表面積合格率，實現了提高產量、降低電耗和優化崗位人員結構的目標，增加了企業的經濟效益。

3智能粉磨控制系統的應用前景

隨著現代建筑施工工程的逐步規范，用戶對水泥質量的要求越來越高。顆粒級配分布合理、質量穩定的水泥受到用戶的青睞。提高水泥質量穩定性的傳統方法是提高水泥粉磨細度，將細度控制在80μm方孔篩篩余1%~3％左右、比表面積控制在350~380m2/kg左右。但是這種做法會在一定程度上導致過粉磨，使得小于3μm的顆粒含量過多，不利于水泥后期強度的增長，且對混凝土的外加劑適應性影響較大。同時，由于磨機操作人員無法實時得知水泥的粒度情況，為了達到質量要求，不得不故意研磨得細一些，這樣就必然導致過粉磨現象的出現，從而導致能耗居高不下。因此，采用傳統方法無法解決水泥質量穩定性的波動問題。

采用智能粉磨控制系統結合在線粒度分析儀可以實時監測、調控水泥的比表面積，可以在適度粉磨的情況下，讓水泥質量曲線最大限度接近客戶要求的界限，從而達到節能降耗的目的。而且隨著智能讀取數據量越大，智能系統控制越準確，生產會越穩定。同時，使用在線粒度分析儀自動取樣測量，既減少了人力勞動，也避免了人工測量過程中誤差的導入?？傊?，使用智能粉磨控制系統能夠優化生產工藝，提高生產的自動化程度，保證產品質量，降低能耗，提高企業的核心競爭力。

目前，水泥行業的自動化、智能化程度也越來越高，智慧工廠、智能制造也是當前水泥行業轉型升級的熱點，國內及國外進入智能粉磨系統專業領域開展研究的團隊也在快速發展，功能將會更加豐富，應用前景更加廣闊，將給水泥企業帶來更大的經濟效益和社會效益。