石灰竖窑自动化
现代石灰竖窑大都使用PLC进行控制，并设有上位机或工作站作为监控。
由于石灰竖窑有很多种形式，故只能举例说明，图1示出了140m3焦炭竖窑的工艺流程，它分成3个相对独立的系统：配料系统、上料系统和出灰系统。配料系统采用3台电振给料机及1台圆盘给料机进行给料，3台电子秤进行称量，称量斗底部安装气动闸门，盐斗为可升降装置，盐斗提起时，称好的盐直接下落到运输胶带；另外，焦炭胶带与青石胶带将配好的料通过溜槽落入单斗。上料系统有1台单斗，炉顶布料器、闸板、振动给料机及探尺各一台。单斗按工艺要求的上料周期往复上料，炉顶各设备也相应动作进行均匀布料，在每次布料结束后将探尺动作一次，自动探测料位。出灰系统由圆盘出灰机、三段阀以及相应运输皮带(成品皮带、提升机等)组成。其自动化系统包括：
图1 140m3活性石灰竖窑设备及工艺流程示意图
(1)配料系统自动化。根据上位机给定的设定值由PLC控制三种原料的三个料斗秤的装入量和输出量，并给出“秤满”、“秤空”和“斗空”信号，对每一次的每一种原料的称量值与设定值进行比较，所出现的差值在下次称量时自动加上去以进行补偿，即所谓批重补偿。
在称量系统的软件程序中：
“秤满”条件为：W+W1≥Ws
“秤空”条件为：W≤W2
补偿条件为：Wu新=Ws–W+Wu旧
式中：W为实际重量；Ws为设定值；Wu新、Wu旧分别为新、旧补偿值；W1为秤满控制时停给料机的提前值；W2为秤空关闸门时的提前量。W1、W2将在上位机中自动修正，以使每一次的误差尽量小。
(2)上料系统自动化。包括：1)完成上料漏斗的周期性上料控制。当上料条件满足时(如料线低于某一设定值时)上料漏斗自动以低速上升，当到达低速变高速点时变为高速上升，到达第二个低速点时，再变为低速上升，到炉顶自动停止。下降过程同上升过程，至此实现一个上料周期。2)炉顶设备控制。上料漏斗到达炉顶时依次起动布料器、打开闸板、起动振动给料机。其中布料器的布料速度和给料机的振荡频率由PLC进行控制。布料器起动后进行9点布料并自动记录布料圈数，当布料器布料7圈时，自动停止布料并依次停止振动给料机、关闭闸门。若因计数器故障无法计数时，则漏斗到达底部时强制停止炉顶设备。在每布完一批料后，探尺动作一次，自动检测料位。3)记录和显示。它记录上料批数和漏斗上升及下降过程中的实际位置，并在CRT上显示。
(3)出灰系统自动化。它有两种控制方式，即全自动出灰方式和半全自动出灰方式，前者由PLC根据探尺测得的数据进行判断，自动起动和停止出灰系统；后者由操作人员按操作台上的出灰按钮，PLC自动运行出灰设备。达到低料位时，再次按出灰按钮，PLC自动顺序停止出灰设备。
国内现在运行的石灰窑一般都采用定时出灰法，这种出灰方式出灰量都不能精确控制，而石钢双梁白灰竖窑的出灰系统解决了这一问题。出灰系统共有六个出灰口，每个出灰口下安装一台振动出灰机，每一个振动出灰机下安装一套称重装置，这套称重装置由一个称重传感器、一个出灰斗、一个称重门组成。振动出灰机每振动一次，称重装量就称量一次，并将结果送入计算机，然后自动控制称重门打开，将灰斗中的灰放入灰仓中，计算机接收并处理信息，控制下一个出灰循环。该系统的参数设定为当产量设定为11t/h时、出灰周期为30s时，系统按每小时11t的产量自动计算、每30s控制振动出灰机振动一次，每一个振动出灰机的振动时间根据该口的出灰量自动调整。根据窑况的变化和具体情况可以调整每一个出灰口的出灰比例。一般我们采用均衡出灰，有利于稳定窑况。
(4)鼓风量控制。工艺要求石灰石(青石)不能过烧也不能生烧，风量大小是控制成品质量的重要因素，过去风机通常是采用恒速交流电动机驱动的，此时只有调节挡板或阀门开度来调节风量和风压。但这种方法能耗大，近来已经采用交流变频装置来调节风机转速以改变鼓风量，不仅风机采用交流变频装置调速，而且上料、出灰等各个设备包括振动给料机都使用变频装置来控制。此时配料中的称量将采用如图2所示的系统，它利用变频装置改变输到振动给料机的频率而使之快振或慢振以达到更准确称量的目的。
图2 使用变频调速的配料流程图
(5)数据采集和竖窑的热工参数检测。包括：对炉体16点温度、炉顶温度、出灰温度、压力、风机的压力和流量等28路模拟信号进行采样和检测。
(6)上位机的功能。主要作为人机对话和打印报表。前者主要是配料设定图表(料单)、上料程序设定、参数越限报警设定值设定、各工艺参数的实际数值和变化趋势以及历史趋势和直方图、工艺流程(含风机、各料槽、称量斗、皮带运输机、提升机等)及其参数动态显示等。后者为打印日报、班报和报警记录等。
对于燃气竖窑的自动化系统和焦炭竖窑的自动化系统的差别主要是增加煤气系统的自动控制，即温度自动控制，因为影响石灰活性的因素为气烧窑各段温度，主要是煅烧带温度，在此以煅烧带温度为控制目标，进炉煤气流量为控制作用(进炉空气流量与煤气流量采用比值控制)，通常是用常规PID控制。由于对象纯滞后较大，PID控制效果不佳，近来已有使用模糊控制算法(如三明钢铁厂的气烧石灰窑)。设温度偏差e，偏差变化ec，和控制作用u的Fuzzy语言变量分别为E、EC和U。根据工艺要求，将E和EC分成7档的Fuzzy集合，分别为负大(NL)、负中(NM)、负小(NS)、零(0)、正小(PS)、正中(PM)和正大(PL)。将U从零至最大分成10档的Fuzzy集合，则Fuzzy控制器的控制规则可表示为：
If Ei And ECj Then Uij (i=1，2，…7；ij=1，2，…7)
上式可用一个Fuzzy关系R来描述，即：
R=Ei×ECj ×Uij
当正常燃烧时，采用模糊控制算法，若火层上移、下移，则依据现场操作工经验建立知识库，通过专家系统来控制，并在使用中不断调整知识库。使用这种模糊控制+专家系统的方法，石灰窑煅烧带温度偏差小于±5℃。
对于燃油竖窑的自动化系统，除了增加煅烧带温度控制以外，还需设置供油、供雾化的压缩空气以及供冷却水等系统的监视，主要是流量指示和累计，压力监视及低压报警等。供冷却水系统还须监视进出口水温度及温差。供雾化的压缩空气系统还须与煅烧带温度控制系统连动，以保证重油良好的雾化。
新型结构的竖窑的自动化系统，与燃气竖窑的自动化系统也差不多，主要是设备结构不同和工艺流程不同，而检测点数和控制项目有所不同，如并流蓄热式双膛竖窑需要进行定时自动换向控制等。
对于使用煤粉加温煅烧石灰的竖窑(如意大利弗卡斯公司生产的FERCALX窑)的自动化系统还须设有如图3所示的煤粉制备及其自动化系统。煤粉制备包括3部分，即上煤、煤粉准备和煤粉输送。原煤经过上煤系统运到原煤仓，原煤仓的煤经过磨煤机磨成粉末以后再经气力输送泵送至煤粉仓。在磨煤机磨细过程中，要加温，并将煤粉温度控制在一定范围内(通常为70℃)，煤粉仓中的煤粉经煤粉输送系统喷入竖窑。
图3煤系统和煤粉制备流程及自动化系统
P—压力；T—温度；F—流量；L—料位；W—称重；M—电机；H—高位；YV—电磁阀；I—显示；
R—记录；S—联锁；A—报警；Q—累计；C—控制；L(在下角时)—低位；PV—调节阀
上煤系统及煤粉制备通常使用一台PLC进行控制，有关其检测和控制在图3已经表明，这里不再重复。气力输送泵用于输送煤粉，有两种控制方式：料位控制和称重控制。正常操作时采用料位控制，在煤粉标定时采用称重控制。气力输送泵在仓内煤粉满时，依靠氮气压力将煤粉喷至石灰竖窑；仓空时，由叶轮给料机加煤粉。有关煤粉制备的安全联锁见图4。
