DF-5701中子活化分析仪在水泥厂的配料应用
水泥 丹东东方测控技术股份有限公司 2016-08-25
【摘要】在当今新常态经济形势下，如何降耗、增效成为广大水泥生产厂家面临的新的课题。利用DF-5701中子活化分析仪优化配料技术是一种有效的促进生产降耗、提升质量的方式之一。采用此技术不但使水泥生产线自动化程度得到提高，而且在降耗、增效的同时也起到了节能、环保等促进作用。本文重点阐述中子活化优化配料技术及应用，为广大水泥生产行业在巨大挑战面前提供可供参考的合理化意见，以此来促进水泥生产行业能够健康的可持续发展。
【关键词】中子活化 优化配料 降耗 增效
1前言
水泥生产从原料开采到生料制备、熟料煅烧，再到水泥制成，直至水泥出厂，需要用到上百种设备，生产过程十分复杂。随着现代水泥科技水平不断提高、生产设备的不断升级，以预分解技术为代表的新型干法水泥生产进入了大型化和集约规模化快速发展时期，目前已成为现代水泥工业发展的主流和最先进的工艺[1]。从1978年开始，我国相继从国外引进一批熟料新型干法水泥生产技术和成套设备，先后建成了冀东、宁国、柳州、云浮等大型水泥企业。如今，国内广大水泥生产企业均采用此生产技术和工艺，随着计算机信息化和网络化技术的应用，水泥生产技术现代化程度日渐提高。
在新常态经济环境下，已是产能过剩的中国水泥行业，如何主动适应新的环境变化和未来市场价格格局变化，如何转变行业发展思路，调整企业发展方式，成为广大企业追求可持续发展的新的课题。解题的答案就是要实现行业的转型和创新[2]。
转型和创新需要装备的改造。多位水泥行业资深人士在做行业分析时提出了在装备改造上要突出信息化和工业化的“两化融合”的观点，在水泥中控室实现自动化和信息化，用上ERP系统，水泥装备实现智能化应用，提高技术水平，减员增效，以此来加速水泥工业现代化进程。与发达国家水泥生产工业相比，国内的企业是有差距的。要解决这个问题就要依靠提高自动化程度，依靠两化深度融合[3]。
基于DF-5701中子活化在线分析仪的优化配料技术正是响应广大水泥生产厂家技术提升迫切需求经过很多现场应用检验成功的先进技术，在提升水泥自动化水平上起到突出作用。
2 中子活化优化配料原理
利用中子活化在线检测仪检测出水泥原料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等各元素含量并计算出KH、SM、IM三率值，通过通讯传送给生料质量计算机控制系统，控制计算机对信号进行处理并把处理过的数据再回传给中子活化检测主机，通过KH、SM、IM三个率值的设定值进行优化计算，实现闭环控制，动态实时调节各原料仓下料配比，使得入磨原料的KH、SM、IM三个率值不断地接近设定值，使出磨生料的KH、SM、IM三个率值控制非常稳定，从而起到生料合格率提高、降低成本，起到提高质量作用。
三率值通常的计算公式如下：
3 中子活化优化配料方法
目前，我国大部分水泥厂都使用KH、SM、IM三个率值作为水泥生料化学性质检验的标准指标。生料配料就是依据该指标对石灰石、砂岩、铁粉等原料按照一定比例搭配，中控室操作人员通过指令系统将各种原料配入生料磨，再粉磨至细度合格的生料。三个率值指标直接影响生料质量。
传统的生料配料方式是通过人工取样后进行化验分析，然后由工艺人员根据化验指标进行计算，给出生产配方，再通过配料控制系统依据给出的配方控制各原料的比例。这种方式存在明显的缺点，首先，化验周期长，滞后严重，无法自动适应物料性质的变化，生料质量不稳定。对于原料复杂的水泥厂情况尤为明显，通常在这种生产条件下，无法保证水泥生料合格率，若遇磨机操作波动和物料入磨的均匀性出问题时便无法进行有效调整，给后段熟料生产带来较大困难。其次，由于没有实时数据来客观的反映配料实时效果，人工调整原料配比又受到操作人员的接受能力，知识结构，专业水平，对质量控制的能力等因素的影响，不同的操作员在调整配比时人为因素的影响相当明显；若使用荧光分析和配料优化系统进行控制的，也存在分析频次、调整频次等影响因素，取得的效果并不理想。
采用中子活化在线多元素分析仪后，原始的配料控制系统发生了重大变革，由于有了饱和比系数KH，硅酸率SM，铝氧率IM的实时检测，水泥生料配料自动控制系统在原有生产流程控制功能基础上，建立了优化控制思想，在初始配方基础上，依据在线多元素分析仪数据反馈，实时调整优化配方配比，由电气自动化执行设备按配方要求控制各原料流量。
基本控制方法：假定设定指标（预期配方）为KH0、SM0、IM0，实时检测数值为KHr、SMr、IMr，当检测数值反馈传回控制主机时，控制主机会根据实时检测数值与预期指标进行比较，进行配方优化配比计算，调整原料配比，然后将新配比输出至执行机构来调整原料配比，调整后的混合原料再经过检测得到新的检测数据反馈给控制主机，如此形成闭环控制，对原料配比进行动态调整。如图3.1所示：
图3.1 优化配比工作过程
控制系统设备组成联系，见图3.2：[Page]
图3.2 控制系统设备组成联系图
该优化配比方法已经在诸多水泥生料配料现场得到成功验证，在此成功经验基础上，根据各现场工艺、控制需求的不同，衍生出按熟料配料、按元素含量配比的不同形式，使中子活化优化配料方法得以日趋完善。
4 中子活化优化配料的特点
（1）根据入磨生料成分检测值，控制计算机自动调整原料配料的比例，实现在线实时动态调整，保证出磨生料达到设定指标，控制调整及时、稳定。
（2）利用PLC的报警功能，可以根据用户需求设定故障报警和偏差提示报警，使配料过程监控针对性更强，对异常状态响应更及时。
（3）可与DCS系统联机，在线直接修改原料配比；可以自动判断皮带秤工作状态，及时进行修改；用户可以设定灵敏度和滞后系数，控制更为精确。
（4）实时监视配料秤反馈流量，自动跟踪原料成分波动，优化配方控制，无需频繁更改或测定原料成分。
（5）用户可根据需要设定各种原料的允许上限和下限，使生产在允许范围内进行调整，增强用户控制的灵活性。
（6）可以根据现场控制模式的不同采用不同的优化配比策略，量身定制，以满足使用需求。
5 典型现场应用
DF-5701中子活化在线分析检测及优化配料技术已经在国内广大水泥厂推广，应用该技术后，各个水泥厂生料配料质量及熟料质量均得到不同程度提高，给各水泥厂带来实质性的收益。这里以近期开展的某水泥现场实际应用为例，来说明中子活化优化配料技术的实际应用效果。
该水泥现场在未使用优化配料技术前采用人工手动配料方式，原料波动造成的配料波动明显，人力投入大，生产调整难度大，但产品质量控制效果并不理想。采用优化配料后，配料工作变得容易，调整及时，产品质量也得到明显改善。
采用优化配料方式后，合格率整体提高20%-30%以上，与人工手动配料方式相比，效果十分明显。
从图5.1中两种配料方式的效果对比可以看出，采用优化配料后，生产波动始终围绕着一定范围小幅度波动，基本不存在人工手动配料大幅度抖动的情况，配料生产稳定性强。
图5.1配料效果对比图
6 结论
（1）DF-5701中子活化在线分析仪能够实时准确的分析出水泥原料中元素含量，通过分析仪进行优化配矿，有效的弥补了原料均化不理想或无原料均化带来的配料困难，使生料、熟料质量控制智能化、简易化。
（2）中子活化优化配料系统将检验和控制整合，避免了人工化验的滞后性，减少人为因素的影响。整个系统工作稳定，维护量少，节省了人力和维护成本，确保了生产稳定性。
（3）中子活化优化配料系统使生产调整简单容易，配合生料均化后熟料的合格率明显提高，稳定性能更好，对熟料及水泥质量提升有明显促进作用。在保证熟料品质的前提下，可以增加混合材料添加量，降低了水泥的生产成本。
（4）DF-5701中子活化分析仪及优化配料系统在水泥生产企业生料配料控制方面具有广泛的适应性，该产品技术虽为“中国造”，但确实已经达到国际领先水平，在水泥生产中推广应用的前景非常广阔。
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