铝矾土煅烧生产线控制系统现状分析

胡 利，吴治国

（湖南黄金洞矿业有限责任公司，湖南岳阳 414507）

0 引言

中国的铝土矿资源比较丰富，截止到2008年已探明储量达到32.23 亿吨[1]，主要用于炼铝、制耐火材料。随着耐火材料用铝矾土烧成窑型的进步以及生产规模的扩大，铝矾土烧成的电气设备使用越来越多，装机容量也越来越大，这为铝矾土煅烧行业使用生产线控制系统提供了先决条件。

鉴于铝矾土煅烧控制系统很少有人提及，本文根据铝矾土煅烧窑电气设计的经验并查阅大量资料撰写，主要讨论耐火材料用铝矾土的煅烧生产线控制系统，希望对铝矾土煅烧行业控制系统的设计有参考意义。

1 铝矾土煅烧工艺的进步

铝矾土的煅烧根据采用不同的窑有不同的方式。20 世纪90 年代，中国铝矾土主要以竖窑、倒焰窑、回转窑煅烧为主。其中，山西阳泉以竖窑和倒焰窑为主；孝义地区以回转窑为主；贵州、河南以竖窑为主，一直延续到2007年。一些主产区逐步开始取缔竖窑、倒焰窑等落后窑炉，继而出现了方窑、梭式窑、回转窑等先进窑炉[1]。近期又出现了窑尾加预热器利用烟气对块料预热、烘干机利用烟气对均化料烘干等节能方式。

铝矾土回转窑与传统的煅烧方法相比有如下特点。

（1）产量高，其产量远远超出梭式窑、竖窑、倒焰窑等窑炉。

（2）单位能耗低、产品质量好、稳定性好，市场价格比其他窑炉有优势。

（3）操作简单、可靠，整条生产线需要的人员少，窑内的工艺状况稳定。

（4）环境污染小，设备维护少、运转率高。

（5）适应性好，燃料采用煤气、煤粉和燃油等都可。

（6）生产线可以使用自动化控制系统，使生产线更加完善、稳定。

2 铝矾土煅烧生产线系统现状

在20世纪90年代以前的铝矾土烧成项目中，由于采用的工艺为坑窑和立窑等方式，电气设备基本可以不使用。后期随着方窑、梭式窑、回转窑等窑炉的出现以及产量、规模的扩大，电气设备的使用越来越多，装机容量也越来越大。特别是随着回转窑的出现，自动控制也开始进入了铝矾土生产行业。

2.1 单站自动控制生产线

随着生产线年产量的增长以及国家对环保方面的要求，铝矾土烧成生产线的电气装机容量以及供电方式都发生了很大变化。以前，一个1 000 kVA左右的变压器可以解决全部负载；现在有采用高压电机，比如窑尾风机等大功率设备采用高压供电，而且也分窑头和窑尾根据负荷中心来布置2台变压器，还出现了高压室、高压无功补偿、高压综合保护系统等。

以前的耐火材料行业全靠机旁按钮或者电气柜上的按钮来操作，在窑头设置调节窑速、调节窑尾排风机风门和调节下料量的调节电阻以及通过指针表或者数显标显示的两三个数量有限的温度测点。看火工完全靠通过窑头罩观看窑内情况来调节窑速和下料量，窑头操作工无法掌握整个窑系统的全部情况，这种形式无法适应大产量的生产线。2004 年，出现了采用单片机做的耐火材料生产线控制系统，由6个单片机站和1 台上位机站组成。由于采用单片机，后期并未形成规模，也未出现大的发展[2]。

2.2 DCS控制生产线系统

随着电子技术、控制技术水平的提高，集散控制系统（DCS）开始进入耐火材料行业。2005年，耐火材料国家工程研究中心建成了国内第一条自动化水平较高采用DCS 系统的大型生产线[3]，具体的运行结果和配置未知。

2007 年，内蒙某耐材有限责任公司建成一条铝矾土均化料烧成生产线。该生产线采用了原料湿磨、除铁、均化、压滤、挤出后烘干入旋窑煅烧的工艺。生产线有高压室，采用了3 台高压电机，并配置了高压无功补偿和高压综合保护系统。根据负荷有窑头变压器、窑尾变压器2个变压器，分窑头电气室、窑尾电气室、生料电气室和合成电气室4个电气室。控制系统有窑头控制室、煤磨控制室和合成控制室3 个控制室，共用了6台电脑控制整条生产线。下位机采用了施耐德的Quantum 系列PLC 以及Twido 系列PLC 共同组成，分为窑头、窑尾和合成3个分站。生料的配料系统由皮带秤配料，未纳入烧成控制系统中。

2009 年，山西某铝业有限责任公司建成了一条铝矾土烧成生产线。该生产线采用了窑尾竖式预热器预热、旋窑煅烧的方式来烧铝矾土块料。其在窑尾冷烟室上增加了一个竖式预热器，并新加了液压推托、风管冷却、除尘器、排风机等设备，节省燃料的同时，也提高了产量。生产线根据负荷设置了窑头变压器、窑尾变压器2个变压器，分窑头电气室、窑尾电气室2个电气室。控制系统只有窑头1个中央控制室，通过2台电脑来控制整条生产线。下位机采用施耐德的Quantum系列PLC，该条线大量使用了变频器和总线技术，在节能方面取得了很大成效。

2011 年，阳泉某高温材料有限公司年产15 万t 均质合成耐火原料项目竣工。该项目采用湿法工艺生产铝矾土均质料，主要工艺为湿磨、压滤、制砖、码胚、隧道窑煅烧、包装。该项目将墙体材料采用的机器人码胚引入到耐火材料行业，极大减少了隧道窑煅烧中码胚环节的人工，提升了自动化水平。

2014 年，朔州某耐火材料有限责任公司建成了一条年产20 万t 的铝矾土均化料烧成生产线。该生产线采用了单磨双挤出单烘干双窑的方式来烧铝矾土均化料，系统的总装机容量达到了6 000 kW，建有高压室，有4 台变压器、2台高压电机。该生产线除了工艺以及规模上的改进和加大外，还增加了脱硝脱硫等设备，以满足日益严格的环保要求。控制系统有1#窑头、2#窑头、合成、生料、煤磨5 个控制室，通过8 台电脑来控制整条生产线。下位机采用了施耐德的Quantum 系列PLC 以及Twido 系列PLC 共同组成，分为窑头、窑尾、合成和生料4 个分站[4]。系统的拓扑结构如图1 所示。

图1 系统的拓扑结构

近几年，先进的控制理念和系统相继开始进入铝矾土行业，如在配料系统中采用模糊控制[5]，在隧道窑中应用建材行业特别是墙体材料行业的相关自动化技术，如机器人码胚机等。

3 结束语

总体来说，目前国内铝矾土均化料行业的单窑产量和规模都不大，有单窑能达到10 万t/年生产能力的很少，而且整个铝矾土行业的自动化程度普遍不高，企业对于烧成控制系统也不重视。多数的铝矾土烧成企业依旧停留在依靠数字表来显示和调节的阶段，做集控系统的铝矾土烧成企业并不多，整个铝矾土烧成行业的自动化水平还有待提高。而使用铝矾土烧成控制系统又对解决当前的用工形势和扩大生产规模有很大的影响，建议大家在设计铝矾土烧成生产线时考虑包含烧成控制系统。