南方水泥某年產90萬噸水泥粉磨生產線采用“160-140輥壓機+ϕ4.2m×13m球磨機”開流粉磨系統，未配置動態選粉機，設計生產能力為180t/h，粉磨系統工藝流程見圖1，系統主要設備及性能指標見表1。

該水泥生產線主要生產P·O42.5、P·II52.5水泥，2021年第4季度，生產線出現工序電耗居高不下、輥壓機因液壓系統大泄壓瞬間跳停的情況，嚴重影響了粉磨系統的安全生產運行。粉磨系統主要存在以下問題：

（1）球磨機運行電流高，功效低，單位產品電耗高；磨內物料流速過快，活化環布置不合理，質量易出現不達標情況；通過監測磨內篩余數據發現，磨內研磨體非最佳級配。球磨機磨內篩余監測數據見表2。

（2）輥壓機單位產品電耗高，循環斗式提升機電流高，原始輥縫大；輥縫波動大，蓄能器壓力高，輥壓機作功不穩定；液壓系統頻繁大泄壓，輥壓機瞬間跳停。水泥粉磨系統運行性能指標見表3。

2.1 優化球磨機研磨體裝載量，降低球磨機電耗

以生產P·O42.5水泥為例。優化前，球磨機研磨體一倉裝載量為61.9t，二倉為182.5t，球磨機功耗3112kW·h/h，喂料量199t/h。優化后，二倉鋼段裝載量減少15t，球磨機用電量下降83kW·h/h，球磨機噸水泥電耗下降0.28kW·h。優化研磨體裝載量前后，球磨機粉磨水泥電耗對比見表4。

2.2 優化活化環布置，降低磨內物料流速，提高球磨機粉磨效率

改造前，球磨機存在階段性出磨物料比表面積低的現象，分析可能因磨內物料流速過快導致。檢查磨機活化環結構并封堵50%活化環后，磨內物料流速降低，球磨機粉磨效率提高，出磨水泥比表面積合格率提升。優化活化環前后，球磨機粉磨水泥電耗對比見表5。

2.3 優化球磨機研磨體級配，提高磨內粉磨效率

檢查球磨機篩余數據發現，二倉靠隔倉板方向存在一段近水平段，磨內鋼段有一定的優化空間。利用2022年1月停磨期間，減少二倉10t混合鋼段，同時，加入14mm×16mm鋼段10t，以改善二倉粉磨能力。優化后，磨內物料篩余值及磨機產量均有所改善。調整磨內研磨體后，水泥磨磨內篩余數據見表6、表7。

2.4 降低原始輥縫，提高輥壓機作功效率，減小輥縫波動

優化前，輥壓機輥縫大，物料通過量大，循環斗式提升機電流高，輥壓機作功功效低。優化后，輥壓機原始輥縫由30mm降至24mm，輥壓機作功明顯好轉，循環斗式提升機電流下降，輥壓機單位產品電耗下降。優化輥縫前后，輥壓機、球磨機、斗式提升機電耗情況見表8。

2.5 優化液壓系統研磨壓力，提升輥壓機作功

優化前，輥壓機電流低，小倉下插板閥開度持續100%運行，輥縫波動大，輥壓機研磨效率不高。優化液壓系統研磨壓力后，輥壓機電流提高，粉磨效率提高，輥縫波動降低。優化輥壓機液壓系統研磨壓力前后，輥壓機及球磨機電耗情況見表9。

2.6 液壓系統加裝點動式泄壓閥，增加點動式自動控制回路，消除瞬間大泄壓故障跳停

改造前，在輥壓機運行時，僅能上調液壓系統研磨壓力，不能下調研磨壓力，導致液壓系統研磨壓力瞬間高于11MPa，現場PLC控制柜進行大泄壓保護，輥壓機跳停，跳停頻率約8~10次/月。決定對液壓系統進行改造，通過增加點動泄壓閥，增加點動式自動控制回路，在運行中實現液壓系統點動泄壓，降低研磨壓力。技改后，液壓系統大泄壓故障次數大幅下降，跳停頻率由改造前8~10次/月降至3次/月，有效降低了故障導致的設備空轉無功消耗，從而降低了系統電耗。技改前后輥壓機跳停次數對比數據見表10。

表10 技改前后輥壓機跳停次數對比數據

水泥粉磨系統應用多變量非線性模型預測智能控制技術，實現了水泥粉磨系統關鍵參數的穩定控制，輥壓機和球磨機系統的協同控制，提高了水泥粉磨的產質量，降低了粉磨電耗。智能控制系統主要控制策略如下。

3.1 輥壓機和球磨機系統協同控制

通過控制入磨物料特征粒徑，平衡輥壓機與球磨機作功，消除輥壓機作功不足與輥壓機系統循環負荷過大現象，主要控制指標為循環風機轉速。

3.2 穩流倉倉重控制

通過分析輥壓機壓力、輥縫和倉重的最佳匹配關系，得出倉重控制目標值，通過控制喂料量、循環風機轉速，將倉重穩定在設定目標值左右。

3.3 輥壓機穩定控制

通過控制輥壓機動輥電流、定輥電流、出磨循環斗式提升機電流、輥壓機振動、輥縫、穩流倉等保護限值，平衡輥壓機通過量與循環量關系，最大化輥壓機作功功效。主要控制指標為：動輥斜插板開度、定輥側斜插板開度、研磨壓力。

3.4 球磨機穩定控制

控制球磨機電流負荷、出磨成品溫度、磨頭負壓、出磨成品比表面積、篩余、成品特征粒徑等變量，穩定球磨機作功功效。主要控制指標為：磨尾風機及循環風機轉速。

3.5 在線激光粒度分析儀取樣濃度控制

分別在球磨機磨頭磨尾加裝在線激光粒度分析儀，加裝位置見圖2。通過控制取樣絞刀進樣速度，控制物料取樣量，保證分析儀在穩定的光學濃度下檢測物料粒度分布，進而提高在線激光粒度分析儀檢測精度的可靠性和穩定性。

3.6 產品質量控制

根據實時運行參數，建立產品質量軟測量模型并輸出實時質量數據。在線激光粒度分析儀每15min檢測一次物料粒度，依據檢測值校正測量實時質量數據，用于過程控制，穩定球磨機產質量。

3.7 產能最大化控制

球磨機處于穩定運行狀態后，在循環風機轉速、磨尾風機轉速與產品質量之間尋找一個最佳平衡點，使產量趨于動態最大化。

3.8 特征粒度自優化控制

在線激光粒度分析儀初次特征粒徑目標值由人工給定，構造數據統計分析自優化算法，運行2h后觸發自優化算法，自動調整在線激光粒度分析儀特征粒徑目標值，自動調整循環風機、磨尾風機風量，從而降低在線激光粒度分析儀標準偏差，穩定水泥質量。

3.9 一鍵啟停與APC控制無擾切換

結合水泥磨中控操作規程編制開停機操作方案，再結合操作方案進行DCS組態，實現水泥磨開停過程中模擬量與開關量的自動調整。水泥磨啟動結束后，自動切換至APC控制程序，停機時自動切除APC控制至一鍵停磨，實現水泥磨開停機過程無擾切換，無需人工介入，有效縮短了水泥磨開機至滿負荷、滿負荷至停機的時間，降低了水泥磨開停機過程的工序電耗。一鍵啟停與APC操作界面見圖3。

水泥粉磨系統實施“優化改造+智能控制”后，關鍵工序電耗大幅下降，產品質量顯著提高。水泥磨控制系統智能化改造后的電耗數據見表11。

由表11數據可知，改造后，2022年4~9月穩定運行期間，P·O42.5水泥噸水泥綜合電耗為27.67kW·h，P·Ⅱ52.5水泥噸水泥綜合電耗為33.96kW·h，與2021年11月（改造前）綜合電耗30.08kW·h/t、35.67kW·h/t相比，電耗分別下降2.41kW·h/t、1.71kW·h/t。

使用在線激光粒度分析儀前后，出磨水泥3d、28d強度標準偏差見表12。由表12可知，2022年7~9月（使用在線粒度分析儀后）與1~3月（使用在線粒度分析儀前）對比，生產P·O42.5水泥時，3d出磨水泥抗壓強度標準偏差由0.84降至0.70，28d出磨水泥抗壓強度標準偏差由1.13降至0.69；生產P·Ⅱ52.5水泥時，3d出磨水泥抗壓強度標準偏差由0.95降至0.85，28d出磨水泥抗壓強度標準偏差由1.21降至0.60。

水泥粉磨智能控制系統的成功應用，為優化水泥出廠質量奠定了基礎。對于熟料來源（熟料強度）相對穩定的生產線，使用在線激光粒度分析儀為智能控制系統提供了基礎數據，通過控制入磨物料量及出磨水泥特征粒徑組分含量，完全可以實現出廠水泥質量及球磨機研磨狀態的穩定。對于熟料或水泥輔材來源復雜，熟料強度、易磨性等指標波動大的生產線，雖然可以穩定控制粒度分布，穩定顆粒級配及比表面積，但若要控制水泥強度波動，則需增配更多檢測儀器并進一步優化系統控制軟件。

作者：禹敏1，段振洪2，王方偉3，濮陽森1，楊國進1

來源：《1廣德新杭南方水泥有限公司；2上海南方水泥有限公司；3中材邦業智能技術有限公司》

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