专利名称：水泥生产与优化系统的制作方法水泥的生产通常是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏(有时还掺加混合材料或外加剂)磨细rfu 。如图1所示，水泥的生产，一般可分生料制备、熟料烧成和水泥制成三个エ序，其中，生料制备分为干法和湿法两种，干法一般采用闭路操作系统，即原料经磨机磨细后，进入选粉机分选，粗粉回流入磨再行粉磨的操作，并且多数采用物料在磨机内同时烘干并粉磨的エ艺。干法的生料制备具体可包括石灰石破碎及输送、联合预均化堆场、原料调配及原料粉磨、生料入窑和废气处理等流程。熟料烧成的设备主要有立窑和回转窑两类，立窑适用于生产规模较小的エ厂，大、中型厂通常采用回转窑。窑筒体卧置(略带斜度，约为3%)，井能作回转运动的称为回转窑。采用回转窑的熟料烧成具体可包括煤粉制备、窑尾预热分解、回转窑煅烧和窑头熟料冷却等流程。水泥制成エ序通常采用圈流粉磨エ艺(即闭路操作系统)，可包括破碎机熟料配料、 水泥磨和水泥出库及包装等流程。针对上述每个生产エ序来说，均涉及到多种设备，比如，仅石灰石破碎及输送的エ序中就涉及到重型板式喂料机，单段锤式破碎机、收尘器、排风机、离心通风机、电机、收尘器储气罐、皮带机、脉冲单机带收尘器、圆堆场堆取料机等等。每种设备均涉及到各种參数和指标。由于大型水泥生产线系统庞大，设备众多，操作运行复杂，控制也相对复杂，发生故障的潜在因素多。而且一旦出现故障，甚至会导致设备损坏，无论故障大小，都会间接或直接给水泥厂带来经济损失。
本发明针对现有技术的大型水泥生产线系统庞大，设备众多，操作运行复杂的问题，提出一种水泥生产与优化系统，以提高水泥生产的安全性和经济性。为了解决上述问题，本发明提供一种水泥生产与优化系统，包括安全模块、经济模块和在线决策控制模块，其中，所述安全模块用于根据水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据，分析和判断当前运行參数和水泥生产设备运行是否正常，以及预测当前时刻之后运行參数是否正常；所述经济模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗，并将能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对；在线决策控制模块用于对水泥生产的生料配料和水泥配料进行优化，对生料磨系统、煤磨机、分解炉、预热器和水泥磨系统进行优化控制。优选地，上述系统还具有以下特点所述安全模块包括参数实时监督子模块、在线预警子模块和异常参数侦测子模块，其中，所述参数实时监督子模块用于实时监督当前水泥生产设备的当前运行参数，当运行参数异常时进行报警；所述在线预警子模块用于根据对水泥生产进行超实时仿真计算的结果，判断当前时刻之后运行参数是否正常；所述异常参数侦测子模块用于根据设备运行实时数据和历史数据分析判断设备运行状态是否正常。
优选地，上述系统还具有以下特点
所述异常参数侦测子模块用于根据水泥生产当前运行参数、运行参数的变化趋势、运行参数的变化范围等，判断水泥生产设备运行状态是否正常。
优选地，上述系统还具有以下特点
所述经济模块包括相连的在线能耗指标计算子模块和能效对标分析子模块，其中，
所述在线能耗指标计算子模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗；
所述能效对标分析子模块用于将所述在线能耗指标计算子模块计算得到能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对。
优选地，上述系统还具有以下特点
所述综合性能耗包括熟料综合能耗、熟料综合煤耗、熟料综合电耗、水泥综合能耗、水泥综合电耗和水泥综合煤耗；
所述分布能耗包括原料破碎电耗、原料预均化电耗、原料烘干煤耗、生料粉磨电耗、生料均化电耗、燃料烘干煤耗、燃料制备电耗、废气处理电耗、熟料烧成电耗、熟料烧成煤耗、熟料存储与输送电耗、辅助生产电耗、混合材烘干煤耗、混合材料制备电耗、水泥粉磨电耗等。
优选地，上述系统还具有以下特点
所述在线决策控制模块包括生料系统优化子模块、煤粉制备系统优化子模块、烧成系统优化子模块和水泥系统优化子模块，其中，
所述生料系统优化子模块用于对生料配料进行优化以及对生料磨系统进行优化控制；
所述煤粉制备系统优化子模块用于对煤磨机进行优化控制；
所述烧成系统优化子模块用于对分解炉和预热器进行优化控制；
所述水泥系统优化子模块用于对水泥配料进行优化以及对水泥磨系统进行优化控制。
优选地，上述系统还具有以下特点
所述生料系统优 化子模块通过根据历史下料的记录数据，推算生料成分发展趋势，进行配料计算，从而实现对生料配料的优化；以及，按照PID控制和专家决策系统，对循环风、粗粉仓热风、粗粉仓冷风、细粉仓热风和细粉仓冷风进行调节，以控制生料磨出口温度、粗粉仓入口负压和细粉仓入口负压，从而实现对生料磨系统的优化控制。
优选地，上述系统还具有以下特点
所述煤粉制备系统优化子模块按照PID控制和专家决策系统，对煤磨机的循环风、热风和冷风进行调节，以控制煤磨机的出口温度和入口负压，从而实现对煤磨机的优化控制。
优选地，上述系统还具有以下特点
所述烧成系统优化子模块按照PID控制和专家决策系统，对煤量进行调节，以控制分解炉的温度，从而实现对分解炉的优化控制；以及，按照PID控制和专家决策系统，对风机阀门开度进行调节，以控制预热器出口压力，从而实现对预热器的优化控制。
优选地，上述系统还具有以下特点
所述水泥系统优化子模块通过根据历史下料的记录数据，推算水泥成分发展趋势，进行配料计算，从而实现对水泥配料的优化；以及，按照PID控制和专家决策系统，对水泥磨系统的热风和冷风进行调节，以控制水泥磨系统的出口温度和入口负压，从而实现对水泥磨系统的优化控制。
本发明的水泥生产与优化系统将水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据作为数据源，对它们进行分析，从而确定设备的安全、经济水平，预测可能发生的故障、分析设备状态，为优化运行提出操作建议。本发明的水泥生产与优化系统集实时生产过程检测、优化控制、实时生产过程管理为一体，提供在线分析和指导，可以提高设备运行的安全性和经济性。


图1是水泥生广流程不意图；
图2是本发明实施例的水泥生产与优化系统示意图
图3是在线同步仿真与在线预测仿真的关系示意图
图4是本发明实施例的生料磨系统优化控制示意图
图5是本发明实施例的煤磨机优化控制示意图6是本发明实施例的分解炉优化控制示意图7是本发明实施例的预热器优化控制示意图8是本发明实施例的水泥磨系统优化控制示意图。

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图2所示，本发明实施例的水泥生产与优化系统包括安全模块、经济模块和在线决策控制模块，其中，
所述安全模块用于根据水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据，分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，以及预测当前时刻之后运行参数是否正常；
所述经济模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗，并将能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对；
在线决策控制模块用于对水泥生产的生料配料和水泥配料进行优化，对生料磨系统、煤磨机、分解炉、预热器和水泥磨系统进行优化控制。
下面对本发明进行详细描述
一、安全模块
由于水泥厂系统发生停车工艺故障的潜在因素多，一旦出现工艺故障，轻则迫使减低产量，重则会导致停车事件发生，甚至会导致设备损坏，无论工艺故障大小，都会间接或直接给水泥厂带来经济损失。因此，通过安全模块的故障预测和诊断功能，及早发现系统和设备潜在的工艺故障，预测将来可能出现的异常事件，并及时采取处理措施，可以提高设备和运行的可靠性，确保设备安全、经济地运行。
安全模块是针对水泥厂安全问题的功能模块，包括参数实时监督子模块、在线预警子模块和异常参数侦测子模块。
(一 )参数实时监督子模块
参数实时监督子模块用于实时监督当前水泥生产设备的当前运行参数，当运行参数异常时进行报警。
系统正常运行中所有参数在一个正常的范围内波动，当参数波动超出了正常的范围即超过了阈值，则以报警的形式出现。
判断的阈值包括两种类型
(I)根据设计要求、用户手册和运行经验确定的阈值，可以是一个固定的值。
(2)根据历史数据确定的阈值。可以根据同样运行工况下历史值，有效地发现机组运行中的异常，特别是不明显的隐患。
( 二)在线预警子模块
在线预警子模块用于根据对水泥生产进行超实时仿真计算的结果，判断当前时刻之后运行参数是否正常。
如图3所示,仿真系统运用仿真模型以超实时(Faster Than Real-time,快于实时)速度计算，并将计算结果发送给在线预警子模块，在线预警子模块根据计算结果判断从当前时刻到当前时刻+ AT的运行状态。其中At为周期，Λ T为预测时间长度，为At的整数倍。由此发现重要参数越界和设备的保护动作等信息(如斗提反馈电流、提升机电流等参数)，并分析预警设备运行中即将出现的异常的可能原因和处理建议，并把这些信息提供给用户。
(三)异常参数侦测子模块
异常参数侦测子模块用于根据设备运行实时数据和历史数据分析判断设备运行状态是否正常。具体地，该模块根据水泥生产当 前运行参数、运行参数的变化趋势、运行参数的变化范围、绝对值等，判断水泥生产设备运行状态是否正常。其中，设备运行实时数据为水泥生产当前运行参数，运行参数的变化趋势和运行参数的变化范围可通过设备运行实时数据和历史数据得到。
当异常参数侦测子模块发现有参数异常后，有两种处理办法
(I)对参数本身直接反映了设备问题的情况(如提升机电流异常)，直接(或经过简单分析)作为告警信息输出，提示运行人员处理；
(2)其它情况，如参数异常不能直接反映设备状态信息，可通过异常甄别分析模型进一步分析诊断是哪个设备出现了问题。
另外，该模块还分析设备性能的变化(包括不可用性能下降)及其对设备运行的影响，从而判别是否提出检修建议。比如
(I)超温统计对设备各部件的轴承温度等参数的超温运行次数和时间进行统计分析，其统计分析结果作为可靠性分析、寿命损耗分析的依据。
(2)电气开关操作统计对水泥厂电气开关的操作历史进行统计分析，其中统计开关的带电操作次数、跳闸动作次数、不带电操作次数等。
上述状态分析是实现设备状态检修的基础，通过对设备状态的统计分析，从而判别是否提出检修建议。
二、经济模块
经济模块以水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据为分析的基本要素，在线分析水泥厂设备运行状态，对设备的经济性进行全面分析，通过绩效指标帮助运行人员及时发现设备运行状态，为系统经济运行调整提供依据。另外，针对水泥行业能源消耗、管理及节能技术现状，根据水泥企业能效对标采用的指标和指标体系进行计算，为水泥行业能源消耗、管理及节能提供基本依据。
本模块主要参照如下标准
(I)《水泥单位产品能源消耗限额》
⑵《水泥企业设计规范和能耗限额标准》
⑶《水泥企业能效对标指南》
⑷《GB/T213-2003煤的发热量测定方法》
(5)《GB/T2589综合能耗计算通则》
(6)《JC/T730-2007水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法》
(7)《JC/T733-2007水泥回转窑热平衡测定方法》
经济模块包括相连的在线能耗指标计算子模块和能效对标分析子模块。
(一 )在线能耗指标计算子模块
在线能耗指标计算子模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗。
其中，综合性能耗包括熟料综合能耗、熟料综合煤耗、熟料综合电耗、水泥综合能耗、水泥综合电耗和水泥综合煤耗等。
(I)熟料综合能耗
在统计期内生产每吨熟料消耗的各种能源折算成标准煤所得到综合能耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。
对于部分利用窑 头和窑尾废气进行余热发电或采暖等余热利用的生产线，其发电量和余热利用量不折算成标准煤从熟料综合能耗中扣除。
(2)熟料综合煤耗
在统计期内生产每吨熟料的燃料消耗，包括烘干原燃材料和烧成熟料消耗的燃料，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。
(3)熟料综合电耗
在统计期内生产每吨熟料的综合电力消耗，包括熟料生产过程中的电耗和生产熟料辅助过程的电耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(4)水泥综合能耗
在统计期内生产每吨水泥消耗的各种能源折算成标准煤所得到综合能耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。
在计算水泥综合能耗指标时，应按照GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》 标准中的修正方法将出厂水泥28d抗压强度修正到42. 5等级水平，同时进行混合材掺量等方面修正。
(5)水泥综合电耗
在统计期内生产每吨水泥的综合电力消耗，包括水泥生产各过程中的电耗和生产水泥辅助过程的电耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(6)水泥综合煤耗
在统计期内生产每吨水泥的燃料消耗，包括烘干原燃材料和烧成熟料消耗的燃料以及混合材烘干消耗的燃料，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。
分布能耗包括原料破碎电耗、原料预均化电耗、原料烘干煤耗、生料粉磨电耗、生料均化电耗、燃料烘干煤耗、燃料制备电耗、废气处理电耗、熟料烧成电耗、熟料烧成煤耗、 熟料存储与输送电耗、辅助生产电耗、混合材烘干煤耗、混合材料制备电耗、水泥粉磨电耗坐寸ο
(I)原料破碎电耗
在统计期内用于包括石灰石、砂岩、铁矿石等各种原料破碎的电耗，单位为千瓦时每吨(kwh/1)。
(2)原料预均化电耗
在统计期内用于原料预均化的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(3)原料烘干煤耗
在统计期内用于原料烘干的燃料消耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。
(4)生料粉磨电耗
在统计期内用于原料粉磨的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(5)生料均化电耗
在统计期内用于生料均化的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(6)燃料烘干煤耗
在统计期内用于燃料烘干的燃料消耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。
(7)燃料制备 电耗
在统计期内将进厂的块状燃料进行预均化、破碎和粉磨至适当细度，以满足熟料煅烧要求的过程的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(8)废气处理电耗
在统计期内对出窑尾和出磨系统的废气进行增湿降温和收尘等处理，使排放的废气能达到国家环保要求过程的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(9)熟料烧成电耗
在统计期内用于熟料烧成的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(10)熟料烧成煤耗
在统计期内用于熟料烧成的燃料消耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。
(11)熟料存储与输送电耗
在统计期内用于熟料存储与输送出厂或输送至水泥磨调配库的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(12)辅助生产电耗
在统计期内空压机、循环水泵等辅助生产设备的电力消耗，单位为千瓦时每吨 (kwh/t)。
(13)混合材烘干煤耗
在统计期内用于混合材烘干的燃料消耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。
(14)混合材料制备电耗
在统计期内用于混合材破碎、烘干的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
(15)水泥粉磨电耗
在统计期内用于水泥粉磨过程的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。
经过数据对比后，发现工序能耗大，则可进一步通过数据分析，查找其具体原因。 下表列出各工序的具体分析参数。


本发明公开了一种水泥生产与优化系统，包括安全模块、经济模块和在线决策控制模块，所述安全模块用于根据水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据，分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，以及预测当前时刻之后运行参数是否正常；所述经济模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗，并将能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对；在线决策控制模块用于对水泥生产的生料配料和水泥配料进行优化，对生料磨系统、煤磨机、分解炉、预热器和水泥磨系统进行优化控制。本发明的水泥生产与优化系统集实时生产过程检测、优化控制、实时生产过程管理为一体，提供在线分析和指导，可以提高设备运行的安全性和经济性。