技术 | 熟料生产线增湿塔控制系统优化

1研究背景

在新型干法水泥熟料烧成系统中，会产生温度达300℃以上的大量废气，如窑尾预热器出口的废气温度通常为300～420℃。就当前环保除尘技术而言，无论是静电除尘器还是布袋除尘器，都不能直接对此类烟气进行高效除尘，只有通过改变此类含尘烟气的温度和湿度，才能使除尘设备对此类烟气有高效的收尘能力，净化后的气体才能达到《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915—2013）的排放要求。

增湿塔运行效果的好坏直接影响窑尾除尘器的除尘效率、滤袋的使用寿命、废气排放的达标率和回转窑的运转率。因此，在新型干法水泥熟料生产工艺中，增湿塔具有非常重要的作用。

某水泥厂二期4500t/d熟料生产线所采用的增湿塔喷雾系统的主要参数如下。

①设计尺寸：Φ9.5m×45m；

②设计处理风量：860000m3/h；

③该烟气进口温度：350℃（短时450℃）；

④烟气目标出口温度：120～150℃。

2增湿塔控制系统存在的问题

改造前，增湿塔系统采用的是回流式喷水系统，操作方式为手动操作，不能随废气温度变化而自动控制喷水量，人为主观控制影响因素较多，时有喷水量过大而造成增湿塔湿底故障，需停磨处理，影响立磨的运转率和回转窑系统的稳定性。在长期生产运行中，增湿塔控制系统存在的问题较多，主要表现在以下两方面。

①在工艺系统突然发生变化时（主要指生料磨的开停、回转窑临停等），中控操作员无法及时准确地调整水泵转速（喷水量），经常因过量的喷水造成增湿塔湿底，使出料斜槽堵死，从而影响正常生产，或因喷水量过小导致温度过高，影响除尘效率或使收尘器滤袋损坏。

②该喷水系统在高水压下长期运行，系统阀门及喷枪容易损坏漏水，需经常维修或更换，运行费用较高，工作量较大。

3优化增湿塔控制系统的措施

3.1 增加PID自动调节程序

在长期的生产过程中，我们探索出了增湿塔系统的喷水控制规律，为解决实际问题提供了依据。该熟料生产线所用的编程软件中自带有PID 控制模块，通过修改DCS程序，嵌入PID温度自动调节程序，一般需要调整的是PID控制模块的P（比例）、（I 积分）、D（微分）设定值，以实现对增湿塔系统出口温度信号的采集、跟踪、计算和处理，使该系统的出口温度满足实际要求。

PID参数要根据增湿塔出口温度的实际变化情况进行设置（增湿塔出口温度与水泵转速变化的反映速度），参数设定的大小关系到电除尘器进口废气温度控制的准确性和稳定性。因此，合理设置参数尤为重要。对于不同PID控制回路的参数调整，虽然调试人员已经积累了部分经验，但每个参数不可能适应所有的应用场所，且同一控制点的参数也会在不同项目中有所差异。这就需要调试人员在现场调试过程中进一步去摸索。调整PID参数是一个繁琐而漫长的过程，调试人员要根据自身经验，结合不同的工作条件，反复调整，发现规律，找到最合适的参数。

3.2 增加水池液位浮球阀

增湿塔运行期间，为避免水箱缺水或溢出，工作人员需要经常查看水箱内的液位。为了有效控制水箱的水量，我们采用了液位浮球阀，适合时打开或切断阀芯输入水流或阻止水流外泄。其具有以下优势：液位控制准确，水位不受压力波动干扰，开闭紧密不漏水，浮球灵活，维护保养简单，资金投入也很小。

3.3 增加喷嘴堵塞报警

水质较差、管路中的铁锈及过滤器损坏均有可能导致喷嘴堵塞。喷嘴严重堵塞时，会造成泵的损坏。正常情况下，随着泵速的提高，液体的压力也会随之上升，与此同时水流量相应增加，喷雾量增加；相反，当泵转速下降时，液体压力随之下降，流量减小，喷雾量减小。

堵塞预先报警逻辑为：变频器设置输出频率不变（即泵的转速不变），采样流量值比正常情况低10%以上，采样压力值大于正常值的30%。当这种情况发生时，发出“请检查喷嘴，可能部分堵塞！”的报警，提醒中控控制人员检查喷嘴，避免其进一步堵塞。实践证明，该功能切实起到了预防的作用。

4应用效果

4.1 直接经济效益

①自增湿塔自动喷水改造成功后，在立磨系统停机时，窑系统窑尾废气中粉尘经增湿塔后不再外排，经铰刀后进入生料库，每小时约10t，每周立磨库满停机约16h，由此可计算得出每月增加生料的产量：10×16×4=640t，每年按生产9个月计算，则增加生料产量：640×9=5760t。目前，吨生料电耗在20kW·h/t，每度电按0.5元计算。每年可节约电费：5 760×20×0.5=57600元。

②增湿塔在外排情况下，每周需要安排3t铲车工作4h将外排粉尘清理到圆堆，铲车每小时油耗约为18L，柴油价格为5元/L，则每年可节约油费：18×4×4×9×5=12960元

4.2 间接效益

①在回转窑开停、生料磨库满停机时，水泵可实现根据设定的温度参数自动调速，实现无人化操作。

②在窑系统正常运行的过程中，无论是开磨或停磨，当增湿塔系统出口温度发生变化时，其喷水自动控制系统均能及时、准确地跟踪，达到系统喷水量自动调节的目的，使增湿塔出口温度稳定在设定温度之内（误差±1℃），满足了废气处理特性的要求，确保了除尘器能高效运行和达标排放。

③改造前，喷水系统一直处于3.2MPa左右，供水系统水泵及阀门易漏水，需经常维修或更换，运行费用较高。改造后，喷水系统处于1.7MPa状态，系统水泵及阀门不易损坏，运行费用较低。

④杜绝了增湿塔湿底现象，减轻了工人劳动强度，减少了立磨的临停，提高了运转率，稳定了窑的生产工艺，提高了产品质量和产量。

⑤减少了清理增湿塔底部灰尘的工作量，避免在转运过程中的扬尘，给清洁生产带来了较大好处，一定程度上减轻了环保压力。

5结语

笔者通过总结以往的经验，优化了增湿塔控制系统，并将其应用于项目中。通过优化控制系统，可以提高增湿塔的使用效率，提高控制精度，避免由喷水量过大而造成的湿底现象。通过对增湿塔运行和自动系统的分析和长期观察，对系统进行优化，增加了PID程序，优化了相关参数，得到了良好的反馈，同时也积累了宝贵的经验。

来源：《河南工业和信息化职业学院、焦作千业水泥有限责任公司》

作者：厍永明、李然

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