水泥回轉(zhuǎn)窯是現(xiàn)代建材行業(yè)的重要加工設(shè)備，為了實現(xiàn)設(shè)備的高效生產(chǎn)，我們紅星回轉(zhuǎn)窯廠家提出了對水泥回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)化控制方法，本文就此進行研究。

水泥回轉(zhuǎn)窯的調(diào)節(jié)方式

水泥回轉(zhuǎn)窯的調(diào)節(jié)方式主要包括以下四種：

窯頭噴煤量調(diào)節(jié)

窯頭噴煤量是水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中調(diào)節(jié)燒成帶溫度的主要方式。一般情況下，要在燒成帶溫度過高時，采取減少窯頭噴煤量的調(diào)節(jié)方式；在燒成帶溫度過低時，采取增加窯頭噴煤量的調(diào)節(jié)方式。

生料流量調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)生料流量可改變回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒成帶溫度。在正常工況條件下，生料流量增加，則會降低窯內(nèi)溫度；生料流量減少，則會升高窯內(nèi)溫度。然而，在實際操作中，一般會保持穩(wěn)定的生料流量，所以可將其作為擾動變量進行前饋控制。

窯速調(diào)節(jié)

窯速調(diào)節(jié)要與生料流量調(diào)節(jié)保持一致性，即在增加生料流量的情況下，應(yīng)提高窯速；在減少生料流量的情況下，應(yīng)降低窯速。根據(jù)下料量的范圍不同，窯轉(zhuǎn)速也應(yīng)當有所不同，一旦出現(xiàn)異常運行情況，則需要及時調(diào)節(jié)窯轉(zhuǎn)速。

窯頭排風(fēng)機調(diào)節(jié)

窯頭負壓可以調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)用風(fēng)和篦冷機入窯二次風(fēng)之間的平衡，將窯頭排風(fēng)機作為控制窯頭負壓的控制變量，在升高窯頭負壓的情況下，增大窯頭排風(fēng)機轉(zhuǎn)速；在降低窯頭負壓的情況下，減小其轉(zhuǎn)速。由上述調(diào)節(jié)方式可知，水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)控制主要涉及煙室溫度、窯頭負壓、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速三個方面的控制。

水泥回轉(zhuǎn)窯優(yōu)化控制策略

水泥回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)化控制目標及控制難點

優(yōu)化控制目標。通過上文對水泥回轉(zhuǎn)窯的調(diào)節(jié)方式進行分析可得出系統(tǒng)的控制目標如下：一是煙室溫度的控制。被控目標為窯尾煙室的溫度，控制變量選擇窯頭噴煤，并通過對噴煤的調(diào)節(jié)來確保煙室溫度始終被控制在合理的范圍以內(nèi)，進而保證窯內(nèi)系統(tǒng)的熱工穩(wěn)定性，這樣便可以使回轉(zhuǎn)窯一直處于高效、低能耗的運行狀態(tài)；二是負壓調(diào)節(jié)。被控目標為窯頭負壓，控制變量選擇窯頭排風(fēng)機轉(zhuǎn)速，并通過對轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)來確保窯頭負壓始終在受控范圍之內(nèi)，由此保證窯內(nèi)系統(tǒng)用風(fēng)穩(wěn)定；三是窯轉(zhuǎn)速的控制。以回轉(zhuǎn)窯本身的轉(zhuǎn)速作為控制量，在運行正常的工況下，按照生料流量對窯的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，在運行異常的情況下，結(jié)合系統(tǒng)出現(xiàn)的特殊工況對轉(zhuǎn)速進行修正。

控制難點。對水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)進行優(yōu)化控制的過程中，存在以下難點問題：一是很難建立起回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)精確的機理模型，所有的優(yōu)化控制目標都是人為設(shè)定，由此導(dǎo)致了設(shè)定值的差別較大；二是回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)內(nèi)的變化過程較為復(fù)雜，且窯內(nèi)溫度與煤粉燃燒之間存在著非線性、大滯后的特點，從而增大了控制難度；三是不同變量間存在較強的耦合性，采用單一的控制方式難以確保回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的高效、連續(xù)、穩(wěn)定運行。

優(yōu)化控制方案設(shè)計

為了有效解決上文中提到的水泥回轉(zhuǎn)窯控制中的難點問題，實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)窯運行過程的優(yōu)化控制，本文提出如下控制策略：將PID控制器、趨勢控制器、偏差控制器和前饋控制器結(jié)合到一起的智能控制方案，具體如圖1所示。

優(yōu)化控制方案的實現(xiàn)

①PID控制器。當被控量出現(xiàn)較大偏差時，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，嚴重時會引起震蕩。為有效解決這一問題，在優(yōu)化控制方案的設(shè)計中，引入了變速積分，即在偏差相對較小時，可通過PI進行控制，以此來增強積分作用；當偏差較大時，則可采用PD進行控制，借此來消除積分作用。在現(xiàn)場應(yīng)用中，若是窯頭噴煤的頻率過于頻繁，則會對窯系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性造成影響，而且還可能縮短設(shè)備的使用壽命，故此，可引入輸出閥值變量進行控制，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試后得出輸出閥值變量為0.1時能夠達到最佳的控制效果。

②滑動上下限。為保證窯頭噴煤在合理范圍內(nèi)波動，必須對窯頭噴煤的最終輸出設(shè)置上下限。本文采取滑動上下限的方法，以確保在窯頭噴煤出現(xiàn)異常工況時，能夠進行及時調(diào)整?；瑒由舷孪薜木唧w設(shè)置如下：滑動上限=窯頭噴煤自動給定均值+波動幅度；滑動下限=窯頭噴煤自動給定均值-波動幅度。

③偏差控制器。受外界擾動影響，在被控變量與設(shè)定值嚴重偏離時，應(yīng)啟用偏差校正控制對變積分PID控制輸出進行校正，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。

④趨勢控制器。在煙室溫度上升或下降過快時，應(yīng)啟用趨勢校正控制對PID輸出進行校正，避免系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)問題。

⑤前饋控制器。以前饋控制器對下料量給定的變化進行控制，當下料給定發(fā)生改變時，窯頭噴煤也隨之改變，由此可以進一步減小下料變化引起的窯尾煙室溫度波動。

⑥窯頭負壓的優(yōu)化控制。對窯頭負壓的優(yōu)化控制欲窯尾溫度的控制方法基本類似，在此不進行重復(fù)介紹。

⑦回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的優(yōu)化控制。為確?；剞D(zhuǎn)窯窯內(nèi)熱工穩(wěn)定，應(yīng)確定好窯速與投料量之間的比例關(guān)系。在確定窯體斜率的基礎(chǔ)上，適當提高回轉(zhuǎn)窯窯速，加快窯內(nèi)物料運動速度，以達到提高回轉(zhuǎn)窯熟料產(chǎn)量的目的。

綜上所述，本文在對水泥回轉(zhuǎn)窯調(diào)節(jié)方式進行分析的基礎(chǔ)上，提出了回轉(zhuǎn)窯優(yōu)化控制方案，并對該方案的具體實現(xiàn)進行了詳細論述。本文設(shè)計的這套方案已在國內(nèi)某水泥公司日產(chǎn)5000t的水泥生產(chǎn)線上進行了試運行，在運行期間，水泥回轉(zhuǎn)窯的運行穩(wěn)定性獲得顯著提升。由此可見，該套控制方案具有一定的推廣使用價值。

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