CN103226350A - 水泥生产水足迹的计量与在线控制方法 - Google Patents

Abstract

水泥生产水足迹的计量与在线控制方法属于水泥生产的水资源管理领域，其特征在于，是在一个受控于中控计算机的水泥生产水足迹的计量与在线控制系统中完成的，在中控计算机控制下，实时测量新鲜补充水量、循环水量、排出水量和有效利用水量，据此计算出综合用水量和损失水量，以及水资源循环率、有效利用率和损失率，依次判断水资源循环率是否达标、水资源损失率和水资源循环率是否同时满足设定阈值，水资源有效利用率是否高于50%，并对应于不同阶段采取故障消除措施，直到满足设定的目标为止；本发明有利于在节约利用水资源条件下推进水泥行业绿色化进程，并且有利于节省初期投资费用及运行成本。

Description

水泥生产水足迹的计量与在线控制方法

技术领域

本发明属于水泥生产的水资源管理领域，具体涉及水泥生产水足迹的计量与在线控制方法。

背景技术

本发明公开了水泥生产水足迹的计量与在线控制系统，属于水泥生产的水资源管理领域。

“水足迹”是一个国家、一个地区或一个人，在一定时间内消费的所有产品和服务所需要的水资源数量。我国水环境面临着水体污染、水资源短缺和洪涝灾害等多方面压力。长期以来，我国经济增长方式粗放，企业单纯追求经济效益，忽视环境效益和生态效益。工业发展中，水消耗量大、利用率低。不仅单位产值污水排放量大，而且万元产值用水量各行业间差距悬殊。水泥行业是我国重要的基础工业之一，2010年我国规模以上水泥企业的总产量超过18.8亿吨，占同期世界水泥产量的50%以上，产量连续二十余年位居世界第一。随着资源、环境问题的日益加剧，大力发展循环经济，走可持续发展的道路在我国已经成为全社会的共识与未来发展的重要战略目标。目前我国的大型水泥企业、集团已经逐渐走出了基于经验的粗放型阶段，正在向注重高效节能的集约型阶段过渡，将进入全面发展资源循环型、环境友好型的生态型阶段、实现发展模式的根本转变。部分先进的水泥企业在快速发展中，着力转变发展方式，持续强化研发环境友好型和资源循环型技术，逐步向环保都市型工业转型。如今，在经济、社会持续发展的大背景下，我国的大型水泥企业已经由监管部门强制实施环境保护措施而发展为将水泥工业发展定位在与自然环境协调共融的绿色产业。水泥生产中对水资源的合理开发和循环利用，也将逐步走上科学化管理轨道。

水泥生产的水足迹是指，在水泥生产过程中全部工序所需要的水资源总量。如何对水泥生产中的各个工序的综合水量、循环水量、新鲜水补充量、有效利用耗水量、排出水量、损失水量等精确计量，对水资源进行合理利用和提高循环使用率，并且通过计量结果实时调整用水量，对水泥生产水资源的使用进行科学化管理，是一个新的课题。目前，还没有文献及专利涉及这种水泥生产水足迹的计量与在线控制方法。

发明内容

本发明在保证水泥稳定生产的基础上，对水泥生产中原材料的储存和制备、生料粉磨、煤粉的制备和储存、熟料煅烧、水泥粉磨和储存、以及供电、供水、供风和供暖的动力系统等工序所用水量进行实施精确计量和监测，并且通过计量结果对水资源的使用进行记录和分析，控制使用量，并且提高水资源的循环利用率，对水泥生产水资源的使用进行科学化管理和自动控制。本发明对水泥生产中的各个工序的综合水量、循环水量、新鲜水补充量、有效利用耗水量、排出水量、损失水量进行精确计量，对水资源进行合理利用和提高循环使用率，并且通过计量结果实时调整用水量，对水泥生产水资源的使用进行科学化管理，据此有效地指导并推进水泥行业的绿色化进程，并向政府相关部门提供用水量的精确信息，为进入环境友好型社会提供有力支持，具有环保、节约资源、以及投资及运行成本低廉等优点。本发明在水泥厂原有设施和中控计算机上建立了水资源循环与使用的存储记录模块，方便企业管理，帮助决策，设有自动提示功能，当出现用水量超过临界值时，会自动报警。在不增加企业成本负担和不干扰水泥生产系统的正常运行的前提下，提高水资源利用综合效率。

水泥生产水足迹的计量与在线控制方法，其特征在于，是在一个受控于中央控制计算机的水泥生产水足迹的计量与在线控制系统中，依次按照以下步骤实现的：

步骤（1）、构建一个受所述的水泥生产水足迹的计量与在线控制系统，其中，除了中央控制计算机还包括：

新鲜补充水流量计，安装于水井处，测量新鲜补充水量W_s，单位为“m³/h”，下同，

水泥生产设备冷却用的循环水流量计，安装在凉水池处，测量循环水量W_r，其中，水泥厂生产用水所需的水是设备冷却水，用于设备冷却的水使用后温度升高，有一部分水进入凉水池，经降温后经中央水泵室泵入生产系统继续循环使用，这部分水定义为循环水，认为始终在生产系统内循环不外排，并且与新鲜补充水一起由水泵泵入生产系统进行循环使用，

排出水流量计，安装在污水池处，测量排出水量W_o，其中，排出水不进入凉水池，作为废水进入污水池，经处理后排出水泥厂，

有效利用水流量计，有多个分别安装在水泥窑、煤磨、生料磨、水泥磨、增湿塔、余热发电取水处、动力系统取水处、绿化灌溉系统取水处，以及消防系统取水处，测量有效利用水量W_e，其中，在水泥窑、煤磨、生料磨、水泥磨和增湿塔的有效利用水主要用于喷淋冷却设备，

在凉水池处安装液体流量计，读数显示的即为循环水量，用W_s表示，

损失水量W_l，至少管线损失和外漏的损失水，为计算值，

水泥生产的水足迹是指，水泥生产中所需要的综合用水量W_t，W_t=W_s＋W_r，为新鲜补充水量W_s与循环水量W_r之和，其中：

新鲜补充水量W_s为：排出水量W_o、有效利用水量W_e与损失水量W_l之和，

W_s=W_o＋W_e＋W_l，

W_l=W_s－(W_o＋W_e)，

定义以下参数：

η_r=W_r/W_t，称为水资源循环率，

η_e=W_e/W_s，称为水资源有效利用率，

η_l=W_l/W_s，称为水资源损失率；

步骤（2）、所述中央控制计算机依次按以下步骤实现水泥生产水足迹的在线控制：

步骤（2.1）、实时测量W_s、W_r、W_o、W_e，并计算W_t和W_l，

步骤（2.2）、实时计算η_r、η_e和η_l，

步骤（2.3）、实时判断：η_r≥80%否，

若：η_r＜80%，则发出操作指令，采用部分循环水以代替新鲜补充水来作为增湿塔的喷淋水，使用后作为循环水送至凉水池进行冷却，同时检查甚至更换密闭式散热器，使其达到正常运行状态，再启动循环水的电动阀，以增加循环水进入凉水池的流量，，直到η_r≥80%为止，并执行步骤（2.4），

若：η_r≥80%，则执行步骤（2.4），

步骤（2.4）、判断η_l＞20%否，

若：η_l≤20%时，则执行步骤（2.5），

若：η_l＞20%，则执行步骤（2.4.1），

步骤（2.4.1）、当η_l＞20%时，判断同时η_r＜95%否，

若：η_r≥95%时，则执行步骤（2.5），

若：η_r＜95%时，则发出下降指令，改变水箱水位，启动液位电动阀，防止水溢流，直到η_l≤20%为止，并执行步骤（2.5）；

步骤（2.5）、判断η_e≥50%否，

若：η_e＜50%，则发出检查动力系统的锅炉供水情况的指令，直到η_e≥50%为止，

若：η_e≥50%，则转入下一个在线控制周期，直到设定的在线控制周期数终止。

本发明的效果是：

（1）在保证水泥稳定生产的基础上，对水泥生产中原材料的储存和制备、生料粉磨、煤粉的制备和储存、熟料煅烧、水泥粉磨和储存、以及供电、供水、供风和供暖的动力系统等工序所用水量进行实施精确计量和监测，并且通过计量结果对水资源的使用进行记录和分析，控制使用量，并且提高水资源的循环利用率，对水泥生产水资源的使用进行科学化管理和自动控制。

（2）水泥生产水足迹的计量与在线控制系统，与中控计算机相连，对水泥生产中的各个工序的综合水量、循环水量、新鲜水补充量、有效利用耗水量、排出水量、损失水量进行精确计量，对水资源进行合理利用和提高循环使用率，并且通过计量结果实时调整用水量，对水泥生产水资源的使用进行科学化管理，具有环保、节约资源等优点，有利于节省初期投资费用及运行成本。

（3）本发明可以有效地指导并推进水泥行业的绿色化进程，并向政府相关部门提供用水量的精确信息，为进入环境友好型社会提供有力支持，在水泥厂原有设施和中控计算机上建立了水资源循环与使用的存储记录模块，方便企业管理，帮助决策，设有自动提示功能，当出现用水量超过临界值时，会自动报警，在不增加企业成本负担和不干扰水泥生产系统的正常运行的前提下，提高水资源利用综合效率。

附图说明

图1为本发明的水泥生产过程排出水、循环水和新鲜补充水示意图，

图2为本发明的水泥生产水足迹的计量与在线控制系统的计算机流程框图。

具体实施方式

下面根据说明书附图的图1和图2，以及实施例对该发明进一步做出说明。

如图1和图2所示，水泥生产水足迹的计量与在线控制方法，其特征在于，是在一个受控于中央控制计算机的水泥生产水足迹的计量与在线控制系统中，依次按照以下步骤实现的：

步骤（1）、构建一个受所述的水泥生产水足迹的计量与在线控制系统，其中，除了中央控制计算机还包括：

新鲜补充水流量计，安装于水井处，测量新鲜补充水量W_s，单位为“m³/h”，下同，

水泥生产设备冷却用的循环水流量计，安装在凉水池处，测量循环水量W_r，其中，水泥厂生产用水所需的水是设备冷却水，用于设备冷却的水使用后温度升高，其中一部分水进入凉水池，经降温后经中央水泵室泵入生产系统继续循环使用，这部分水定义为循环水，认为始终在生产系统内循环不外排，并且与新鲜补充水一起由水泵泵入生产系统进行循环使用，

排出水流量计，安装在污水池处，测量排出水量W_o，其中，排出水不进入凉水池，作为废水进入污水池，经处理后排出水泥厂，

有效利用水流量计，有多个分别安装在水泥窑、煤磨、生料磨、水泥磨、增湿塔、余热发电取水处、动力系统取水处、绿化灌溉系统取水处，以及消防系统取水处，测量有效利用水量W_e，其中，在水泥窑、煤磨、生料磨、水泥磨和增湿塔的有效利用水主要用于喷淋冷却设备，

在凉水池处安装液体流量计，读数显示的即为循环水量，用W_s表示，

损失水量W_l，至少管线损失和外漏的损失水，为计算值，

水泥生产的水足迹是指，水泥生产中所需要的综合用水量W_t，W_t=W_s＋W_r，为新鲜补充水量W_s与循环水量W_r之和，其中：

新鲜补充水量W_s为：排出水量W_o、有效利用水量W_e与损失水量W_l之和，

W_s=W_o＋W_e＋W_l，

W_l=W_s－(W_o＋W_e)，

定义以下参数：

η_r=W_r/W_t，称为水资源循环率，

η_e=W_e/W_s，称为水资源有效利用率，

η_l=W_l/W_s，称为水资源损失率；

步骤（2）、所述中央控制计算机依次按以下步骤实现水泥生产水足迹的在线控制：

步骤（2.1）、实时测量W_s、W_r、W_o、W_e，并计算W_t和W_l，

步骤（2.2）、实时计算η_r、η_e和η_l，

步骤（2.3）、实时判断：η_r≥80%否，

若：η_r＜80%，则发出操作指令，采用部分循环水以代替新鲜补充水来作为增湿塔的喷淋水，使用后作为循环水送至凉水池进行冷却，同时检查甚至更换密闭式散热器，使其达到正常运行状态，再启动循环水的电动阀，以增加循环水进入凉水池的流量，直到η_r≥80%为止，并执行步骤（2.4），

若：η_r≥80%，则执行步骤（2.4），

步骤（2.4）、判断η_l＞20%否，

若：η_l≤20%时，则执行步骤（2.5），

若：η_l＞20%，则执行步骤（2.4.1），

步骤（2.4.1）、当η_l＞20%时，判断同时η_r＜95%否，

若：η_r≥95%时，则执行步骤（2.5），

若：η_r＜95%时，则发出下降指令，改变水箱水位，启动液位电动阀，防止水溢流，直到η_l≤20%为止，并执行步骤（2.5）；

步骤（2.5）、判断η_e≥50%否，

若：η_e＜50%，则发出检查动力系统的锅炉供水情况的指令，直到η_e≥50%为止，

若：η_e≥50%，则转入下一个在线控制周期，直到设定的在线控制周期数终止。

根据上述系统设定，现在进入第一个在线控制周期T，为方便各区域水资源管理，对水泥生产系统进行划分，其中熟料车间包括水泥窑、煤磨、生料磨和增湿塔等设备，水泥制备车间主要包括水泥磨等设备。

测量并计算出熟料车间的水足迹如下：

循环水量W_r：88m³/h，新鲜补充水量W_s：40m³/h。

计算得到水泥生产中熟料车间所需要的综合用水量W_t=W_s＋W_r=128m³/h，

排出水量W_o：10.7m³/h、有效利用水量W_e：20m³/h，

计算得到损失水量W_l=W_s－(W_o＋W_e)=9.3m³/h，

水资源循环率η_r=W_r/W_t=68.75%，

由于η_r＜80%，则发出操作指令，采用部分循环水以代替新鲜补充水来作为增湿塔的喷淋水，使用后作为循环水送至凉水池进行冷却，同时检查甚至更换密闭式散热器，使其达到正常运行状态，再启动循环水的电动阀，以增加循环水进入凉水池的流量。

继续监测，测量并计算出熟料车间的水足迹，如下：

循环水量W_r：101m³/h，新鲜补充水量W_s：25m³/h。

计算得到水泥生产中熟料车间所需要的综合用水量W_t=W_s＋W_r=126m³/h，

排出水量W_o：5m³/h，有效利用水量W_e：19.9m³/h，

计算得到损失水量W_l=W_s－(W_o＋W_e)=0.1m³/h，

水资源循环率η_r=W_r/W_t=80.16%，经判断，η_r＞80%，达标，

水资源损失率η_l=W_l/W_s=0.40%，经判断，η_l＜20%，达标，

水资源有效利用率η_e=W_e/W_s=79.60%，经判断，η_e＞50%，达标，

则转入下一周期，继续监测。

再对水泥制备车间进行测量，并计算出水泥制备车间的水足迹，如下：

循环水量W_r：481.5m³/h，新鲜补充水量W_s：9.9m³/h。

计算得到水泥生产中熟料车间所需要的综合用水量W_t=W_s＋W_r=491.2m³/h，

排出水量W_o：6.7m³/h，有效利用水量W_e：0.1m³/h，

计算得到损失水量W_l=W_s－(W_o＋W_e)=3.1m³/h，

水资源循环率η_r=W_r/W_t=98.02%，经判断，经判断，η_r＞80%，达标，，

水资源损失率η_l=W_l/W_s=31.31%，经判断，虽然η_l＞20%，但这时η_r＞95%，由于循环水量较大，这些损失在合理的范围内，达标，

水资源有效利用率η_e=W_e/W_s=79.60%，经判断，η_e＞50%，达标。

继续监测，并转入下一个在线控制周期，直到设定的在线控制周期数终止。

Claims (1)

1.水泥生产水足迹的计量与在线控制方法，其特征在于，是在一个受控于中央控制计算机的水泥生产水足迹的计量与在线控制系统中，依次按照以下步骤实现的：

步骤（1）、构建一个受所述的水泥生产水足迹的计量与在线控制系统，其中，除了中央控制计算机还包括：

新鲜补充水流量计，安装于水井处，测量新鲜补充水量W_s，单位为“m³/h”，下同，

水泥生产设备冷却用的循环水流量计，安装在凉水池处，测量循环水量W_r，

排出水流量计，安装在污水池处，测量排出水量W_o，

有效利用水流量计有多个，分别安装在水泥窑、煤磨、生料磨、水泥磨、增湿塔、余热发电取水处、动力系统取水处、绿化灌溉系统取水处，以及消防系统取水处，测量有效利用水量W_e，

损失水量W_l，至少包括管线损失和外漏的损失水，为计算值，

水泥生产的水足迹是指，水泥生产中所需要的综合用水量W_t，W_t=W_s＋W_r，为新鲜补充水量W_s与循环水量W_r之和，其中：

新鲜补充水量W_s为：排出水量W_o、有效利用水量W_e与损失水量W_l之和，

W_s=W_o＋W_e＋W_l，

W_l=W_s－(W_o＋W_e)，

定义以下参数：

η_r=W_r/W_t，称为水资源循环率，

η_e=W_e/W_s，称为水资源有效利用率，

η_l=W_l/W_s，称为水资源损失率；

步骤（2）、所述中央控制计算机依次按以下步骤实现水泥生产水足迹的在线控制：

步骤（2.1）、实时测量W_s、W_r、W_o、W_e，并计算W_t和W_l，

步骤（2.2）、实时计算η_r、η_e和η_l，

步骤（2.3）、实时判断：η_r＜80%否，

若：η_r＜80%，则发出操作指令，采用部分循环水以代替新鲜补充水来作为增湿塔的喷淋水，使用后作为循环水送至凉水池进行冷却，同时检查甚至更换密闭式散热器，使其达到正常运行状态，再启动循环水的电动阀，以增加循环水进入凉水池的流量，直到η_r≥80%为止，并执行步骤（2.4），

若：η_r≥80%，则执行步骤（2.4），

步骤（2.4）、判断η_l＞20%否，

若：η_l≤20%时，则执行步骤（2.5），

若：η_l＞20%，则执行步骤（2.4.1），

步骤（2.4.1）、当η_l＞20%时，判断同时η_r＜95%否，

若：η_r≥95%时，则执行步骤（2.5），

若：η_r＜95%时，则发出下降指令，改变水箱水位，启动液位电动阀，防止水溢流，直到η_l≤20%为止，并执行步骤（2.5）；

步骤（2.5）、判断η_e＜50%否，

若：η_e＜50%，则发出检查动力系统的锅炉供水情况的指令，直到η_e≥50%为止，

若：η_e≥50%，则转入下一个在线控制周期，直到设定的在线控制周期数终止。

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