助磨剂自动投加机在水泥磨中的应用

水泥助磨剂在国际上已有70多年的应用历史了，其简单、高效的特点已被越来越多的水泥生产企业所认可。一方面，使用水泥助磨剂能够提高水泥磨机的台时产量，从而直接降低粉磨电耗；另一方面，因水泥助磨剂还可以激发工业废渣的活性，减少水泥中的熟料使用量，从而节省了因生产熟料而造成的煤、电消耗，并降低了大气污染物的排放，在实现节能的同时也达到了减排的目的。

1　当前助磨剂投加方法

目前，各水泥企业基本都有投加不同性能的助磨剂。通常助磨剂由供应商按配方生产后，交由水泥生产企业进行投加。投加设备一般由助磨剂供应商进行相关配套，按给定的比例投加。投加方法分为：手动投加和半自动投加。

1.1　手动投加

就是在磨机开机时，由中控室设定一个台时产量值（是若干不同物料的皮带秤所得称重值之和），基于这个值再按一定比例得出助磨剂量投加到磨机中。要求操作员对水泥助磨剂计量泵的手动旋钮进行调整达到供应商认定的刻度值上，计量泵就开始按量进行投加。该方式应用于绝大部分水泥企业。

存在问题：

1）投加准确性受制于投加设备，常常发生计量不准、泵堵死、其他设施故障，这主要因投加系统是助磨剂供应商配套的，他们为了降低成本，偏好采购成本相对较低的设备所致。

2）水泥厂生产时将助磨剂储存于原料罐中，采用计量泵根据台时产量确定投加量。液体助磨剂黏度受温度的影响较大，如：当环境温度较高时，流动阻力小，流速快；在原料罐液位高与低时的压力不同，高位时流速快；在相同的时间范围内，流速快则掺量偏多。而当环境温度较低时则相反，这样会导致生产的水泥质量不稳定。特别是现有普通计量泵投加压力小，在低流量时更是明显。还因为计量泵出料口周围始终处于粉尘环境中，由于助磨剂流速慢，粉尘在出口部位逐渐黏结，最后就会堵住出料口，导致生产水泥中没有助磨剂，造成质量事故。这是手动计量泵投加助磨剂使水泥生产过程中质量不稳定的一个重要原因。

3）手动投加过程中，操作员要非常认真地关注助磨剂的投加量，并且做到班班标定，才能保证实现按给定比例投加助磨剂的基本条件。生产过程中，同一台水泥磨机在磨制同一品种水泥时，由于各种物料特性的变化，其台时产量的控制值需要不断改变，通常助磨剂投加调节装置和产量控制系统不在一个界面（地方），操作员的疏忽或其他原因，未能按改变后的台时产量调整助磨剂的投加量，就可能导致长时间多加很多助磨剂，造成很大的浪费；也可能导致长时间少加助磨剂，影响水泥质量。

4）计量泵发生堵死或损坏（由于助磨剂供应商生产时，有些物质没有完全溶解或者买回不合格的原料而导致有结晶或不溶物，出厂时又没有进行完全处理）是在所难免的，如果当班巡检人员未及时巡回检查，中控操作界面没有助磨剂实际投加量的显示，有可能长时间甚至整个班都没有添加助磨剂，这势必造成水泥实物质量中强度不足的严重质量问题。

5）手动投加设备虽然节省了早期投入，但标定工作琐碎，当班人员无奈、怨烦，每小时都得重复做机械性的动作，久而久之，工作的认真程度肯定会大打折扣，甚至不进行标定就上报数据。这对用好助磨剂是有百害无一利的。

1.2　半自动投加

半自动投加通常需要配备如下设备：加压泵、控制阀、流量计、联锁装置、PLC系统等一些装置，经过集成、安装调试后才能使用。中控室给出一个信号控制投加系统的PLC，由现场PLC系统对加压泵、阀的控制，最终控制助磨剂的投加量。这种投加方式由PLC系统进行控制，能按台时产量变化而改变助磨剂投加量。

存在问题：由于助磨剂投加量很小，最大1 500 mL/min左右，有时才500 mL/min，常规的流量计及控制阀很难控制到这么小的流量且精准。投入成本大、能耗高。仍然需要定期标定。所以实际应用该方案的工厂很少。

2　解决方案

助磨剂投加的关键点在于精准、稳定。为此，我公司自主研发出全自动助磨剂投加机TK-122 B系列产品，很好地解决了手动投加设备存在的全部问题。

2.1　自动控制原理及工艺流程

图1　助磨剂自动投加机的控制原理

图2　水泥助磨剂自动投加工艺流程

如图1和图2所示，我们通过物料投加量，在PLC 系统中编写程序，对其进行量纲转化，转化成相应的数字量，由于微泵输出量不是标准信号4~20 mA对应的线性关系，所以必须对信号进行数字处理，进行偏移处理，得到相对线性的关系，这时微泵输出的量就和物料量有着一一对应的关系，也就是添加助磨剂量与台时产量一一对应的比例关系，就能保证助磨剂的精确投加。同时微泵通过反馈模块对反馈信号进行转换处理，再在程序中对信号进行相应转换，作为判断微泵是否在工作的依据；流量计的反馈信号给PLC模块作为判断微泵投加的流量是否对应。这样，系统就能够精准而及时地根据水泥磨机台时产量按比例进行助磨剂的投加。

2.2　设备相关参数及优点

2.2.1　设备参数

1）供电电压：220 V AC，50 Hz。

2）控制信号：4~20 mA连续可调。

3）测量精度：±1.5%FS。

4）控制精度：±1.5%FS。

5）工作介质：适用于洁净无颗粒、不易结晶的液体。

6）泵工作压力：1.6 MPa。

7）最小物料量：80 ｔ/h。

8）最大物料量：240 ｔ/h物料量，特殊情况可定做量程。

9）反馈量（助磨剂投加量）：0~3 000 mL/min（中控界面可见）。

2.2.2　设备优点

1）设备精度高，实验室达0.5级，现场至少可达1.5级以内，控制准确。

2）能耗低，≤50 W。

3）联锁控制，能最大限度减少助磨剂不必要的浪费。

4）一次标定后即可投入使用，不仅减轻操作人员、实验室人员的劳动强度，而且保证按比例投加。

5）投加压力大，达1.6 MPa，无论在冬天还是助磨剂浓度高的情况下，微泵都能可靠工作，不会造成出口堵塞情况。

6）设备发生故障、助磨剂液位低于微泵进口位置，。

7）投加线性度很高，不因小流量动力不足而少加，大流量动力足而多加。

8）保存历史记录时长达300 d。可做成明细的报表、曲线，有助于进行助磨剂的使用分析,而且在中控室DCS上可做成月报、季报、年报等。

2.3　改造方案

2.3.1　助磨剂管路

保留原有管路，另增设一条输送管路，增加的平衡箱只需与槽、罐出口相接即可，投加机从平衡箱抽取助磨剂送到投加口。若有故障，可切回原系统，或增加备件，可快速更换，不影响生产。

2.3.2　电气线路

将增加1个模拟量4~20 mA输入点，1个模拟量4~20 mA输出点，2个报警点，输出220 V AC，故线路为1条RVVP4×1若干米，电源线KVV2×1若干米，报警线电源线KVV2×1若干米。

2.3.3　DCS编程

因为要和中控室DCS相关联，所以DCS必须要有模拟量输入模块1个点量程0~3 000 mL/min，模拟量输出模块1个点量程0~240 t/h（如果连标定都放在控制室，那么模拟量输出点要再增加一个点，用于调整泵转速，其量程系数为0~0.4），开关量输入点2个，输入220 V AC。

3　现场使用效果

该设备在福建安砂建福水泥有限公司已连续正常运行1年多，现场控制界面见图3，使用效果记录见表1。

图3　现场控制界面

表1　助磨剂添加巡检记录

客户反映自动投加机投加精准、连续稳定。安砂建福公司从2015年7月开始使用自动投加机投加助磨剂，使用前后助磨剂的耗用量统计数据见表2（均由同一供应商提供同一标准的助磨剂）。

表2　使用自动投加机前后对比

从表2可知，使用自动投加机后吨水泥的助磨剂使用量减少了5.4 g。按照年产水泥100万t，助磨剂单价5 000元/t计算，在确保水泥质量和提高台时产量的前提下，全年可以降低生产成本27 000元。

自动投加机精准地投加水泥助磨剂，不仅减少了日常管理的难度，还降低了生产成本。

作者：廖宜勇

作者单位：三明宜人水务环保设备有限公司

文章摘自《水泥》杂志2017年第3期