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目前，水泥企业在出磨生料质量控制中普遍采用取样器＋荧光分析仪＋人工配料的质量控制系统，即由自动取样器对出磨生料连续取样，由人工根据荧光分析数据进行原料配比调整。由于受到原材料成分波动、生料磨开停机、控制调整滞后及配料人员技术水平等因素的影响，再加上原材料资源日益匮乏，质量不断劣化，造成这种生料质量控制模式越来越不能满足生料质量控制需求。CB-Omni在线分析仪的应用能很好地解决这些问题，而且操作简单，稳定性良好，真正实现水泥生料配料实时控制。 1 工作原理 该在线分析仪采用中子活化瞬发（PGNAA）技术。中子源放出平均能量为2.35MeV的快中子，快中子被测量装置慢化为热中子，热中子照射物料，与物料中各元素原子核发生热中子俘获反应，放射出不同能量级特征γ射线，碘化钠闪烁体探测器通过检测特征γ射线的能量辨识物料中元素种类，通过检测特定能量γ射线的强度得出元素含量，再通过配料控制软件运算，向生料配料秤提供配比更新信息，以满足出磨生料化学成分要求。 2 仪器构造 系统由分析仪本体、信号处理柜、操作员控制台和标准参照样品组成，其中分析仪本体由探测器、中子源和屏蔽装置组成。系统构造见图1。 图1 CB-Omni在线分析仪构造示意 1)探测器：探测器安装于测量装置的上部，位于皮带的正上方，用于接收物料被中子作用后发出的射线。探测器外包有射线抑制体和恒温部件。射线抑制体用于抑制干扰射线，恒温部件对探测器进行恒温。 2)中子源：中子源安装于测量装置的下部，位于物料皮带的正下方，内部装有一个或多个不锈钢封装的锎252源芯。 3)屏蔽装置：采用模块式框架结构。防护辐射，使装置周围辐射达到国家安全标准，保证工作人员的健康安全。 4)信号处理柜：内有探测器外围部件、电子信号处理部件和温度控制部件。探测器外围部件为探测器运行提供高、低压电源。电子信号处理部件的主要功能是将来自探测器的模拟信号。通过ADC转换为数字信号。温度控制部件用于控制探测器和柜内的温度。 5)操作员控制台：采集来自电子信号处理单元的数字信号，并对这些数字信号进行解析，计算出元素成分含量及相关的质量控制参数。 6)标准参照样品：用于性能验证和系统校准。 3 仪器特点 1)在线检测，反馈迅速。在以往的工艺中，需要取样、制样及分析，整个过程至少需要半小时,反馈控制严重滞后。与荧光分析相比，CB-Omni在线分析仪每分钟即可给出检测结果，实时性强。 2)检测数据代表性强。以往化验分析仅使用出磨生料料流的极小部分，检测数据误差大。而CB-Omni在线分析仪是对出配料站皮带上整个料流进行检测，反映了物料的全部信息，分析结果代表性强，整体误差小。它可在线测量，无需对物料进行破坏性处理，消除了人为取样、制样和测量产生的偏差，分析结果不受物料粒度、种类和皮带速度的影响。 3)调整迅速、有效。实时进行分析，与自动配料软件结合使用，可进行生料配料自动控制。称重秤、分析仪将当前检测结果送入配料软件，配料软件根据用户质量控制参数目标值，控制各原料给料机给料量，每分钟进行一次配比调整，使配料满足质量控制要求。 4)安装方便，适用广泛。它可安装在水平皮带和倾角不超过18°的原料配料站到生料磨的皮带机上，模块化结构组件，安装方便，对安装环境条件无特别要求。可用于新建生产线，也可用于原生产线的改造。 5)检测元素完全满足质量控制需求。直接检测的成分有：CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO、K2O、Na2O、SO3、Cl-和H2O；计算的质量控制参数有：石灰饱和系数、水硬率、硅酸率、铝氧率、C3S、C2S、C3A、C4AF、液相量及易烧性指数等。 6)稳定性高。不含机械运动部件，系统采用双环控温、自动稳谱，可长期稳定运行。 7)降低投资和生产成本。可降低均化设施的投资，提高生料稳定性。 4 应用情况 我公司有一条5000t/d生产线，采用石灰石、砂岩、粉煤灰和钢渣四组分配料，有一座Φ80m的石灰石圆形预均化堆场，有效储量为2万吨，辅料建有长方形预均化堆场。由于生产初期石灰石采面没有打开，再加上石灰石破碎设备能力原因，石灰石产质量无法保证正常生产需求，为了应对这一被动局面，决定配置CB-Omni在线分析仪用于生料质量控制。 分析仪投入使用前，采用自动取样器对出磨生料连续取样，用粉磨压片法制样，然后进行荧光分析，配料人员根据出磨生料荧光分析结果调整各物料配比进行生料的质量控制。采用这种方式进行控制，取样代表性较差，制样、检测中存在误差，检验、控制滞后，再加上操作人员业务水平偏低，在遇到石灰石质量大幅波动以及设备频繁开停等情况时，不能及时有效地调整配比，难以使出磨生料成分达到控制范围，最终导致生料质量大幅波动，严重影响窑的稳定煅烧，造成熟料产质量下降。 2012年8月份，CB-Omni在线分析仪安装完毕开始调试，调试分为静态准确度标定、静态重复性标定及动态标定三部分。首先进行静态准确度标定，分别对6组标样进行测试，每组样品测试60min，计算静态准确度。静态准确度符合合同标准要求后，再进行静态重复性标定。静态重复性标定采用一组标样测试10min，计算静态重复性。以上两项均符合合同标准要求后，开始进行动态标定，至少连续搜集24h出磨生料（要求是自动取样器连续样品）荧光分析数据，由设备厂家工程师进行汇总计算，并对CB-Omni在线分析仪进行调校。以上三个步骤全部进行完毕后，分析仪正式投入使用。 一般情况下，磨机投料运行5min后，将配料模式转换到自动，通过配料控制软件分析实时检测数据，并进行偏离跟踪与差值补偿，根据质量控制参数，1min调整皮带秤配比1次，实现对出磨生料质量实时、在线、快速的自动控制。 2012年分析仪投入使用前后生料质量对比见表1，熟料质量、窑投料量及标煤耗对比见表2。 表1 生料质量对比 表2 熟料质量、窑投料量及标准煤耗对比 从表1和表2可以看出，CB-Omni在线分析仪投入使用后，出磨生料HM、SM和IM合格率平均提高32%、5%和9%，入窑生料HM、SM和IM标准偏差分别降低0.03、0和0.01，生料的稳定性大大提高；熟料3个率值的标准偏差也明显降低，熟料的稳定性提高；熟料的fCaO含量由1.41%降低到1.09%，fCaO合格率由54.4%提高到70.8%，fCaO标准偏差由0.94%降低到0.73%，熟料3d抗压强度提高1.0MPa，28d抗压强度提高0.9MPa，熟料质量明显提高；窑投料量提高13t/h，吨熟料标准煤耗降低1.6kg。 5 注意事项 1)皮带负载会严重影响到测试精度。皮带实际运行负载应尽量接近设计负载，原则上如果实际运行负载和设计负载存在10%以上偏差的，均应考虑降低带速或加装变频器以提高皮带负载。 2)配料秤要求能够连续、准确给料。皮带上料流要稳定均匀，不发生堵料。 3)锎252中子源随着时间而减弱，为保证检测控制精度，每2.5年需要对锎-252中子源进行补充。 4)根据实际运行情况进行标定。动态标定适用于原料发生重大变化等非系统性原因导致的分析仪结果的偏移。静态标定适用于中子源强度发生重大变化（如补充新中子源）或皮带负载发生永久性重大变化以及更换皮带等系统性改变。 5)遇到检修或其他情况，分析仪处于非运行状态时，要始终保持电控柜电源的开启，以保证探测器温度与谱型，防止探测器晶体裂开，造成探测器损坏。当分析仪断电后重新开启时，需进行预热，使探测器温度达到设定温度后再预热2h，分析仪才能正常工作。 6)操作人员注意观察配料控制软件中的需求值和实际值，如果某一原料需求值不为0,而实际值为0，判定为堵料，如果在5min里未能解决，要转化为手动配料模式，或者在自动模式下采用固定配比。 7)切勿频繁改变三率值的目标值，应根据熟料质量来进行调整。仪器会根据实时检测的结果自动调整配比，不需要人为干预调节。当原料发生重大变化的时候，如石灰石换堆、停用/启用某种原料，需要人工及时干预，调整三率值的目标值，尽量减小仪器自动调整配比延时带来的生料质量波动。 6 结束语 在生料质量控制过程中，CB-Omni在线分析仪发挥了实时、在线、迅速、有效的优势，生料、熟料质量得到大幅提升，同时熟料产量提高、能耗降低。 作者：龚建贵 |
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