一種回轉(zhuǎn)窯燃燒控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)饑的回轉(zhuǎn)塞燃燒控制裝置，屬于回轉(zhuǎn)塞燃燒控制設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 回轉(zhuǎn)塞是饑生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，回轉(zhuǎn)塞的生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵是自動(dòng)控制的程度和 水平，該關(guān)系到回轉(zhuǎn)塞在同等生產(chǎn)條件下能否實(shí)現(xiàn)饑的高轉(zhuǎn)化率、塞的穩(wěn)定運(yùn)行、杜絕有害 物排放和煤氣能耗高低。在回轉(zhuǎn)塞的生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和提高轉(zhuǎn)化率是回轉(zhuǎn)塞生 產(chǎn)追求的目標(biāo)，其中特別重要的是煤氣的合理燃燒，使能量得到充分利用。但是在實(shí)際生產(chǎn) 中，由于煤氣熱值波動(dòng)、壓力不穩(wěn)定、空燃比設(shè)定不合理等原因，經(jīng)常造成回轉(zhuǎn)塞溫度波動(dòng) 大、饑渣的轉(zhuǎn)化率低、能耗增加等問(wèn)題。
[0003] 爐塞的燃燒控制與優(yōu)化問(wèn)題一直被稱為是世界性難題，很多公司為此進(jìn)行過(guò)長(zhǎng)期 的研究，國(guó)外普遍基于物料平衡和能量平衡的復(fù)雜數(shù)學(xué)模型，而我國(guó)基本思路是采用先進(jìn) 的控制理論和W廢氣含氧量等為優(yōu)化目標(biāo)。但由于控制思想和數(shù)學(xué)模型復(fù)雜、實(shí)施難度大、 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件要求苛刻和嚴(yán)重偏離現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況等原因，很難使燃燒裝置運(yùn)行達(dá)到最佳。燃 燒控制基本依靠操作人員經(jīng)驗(yàn)手工操作，由于操作員控制水平參差不齊，造成回轉(zhuǎn)塞煤氣 消耗增大，饑的燒損增加、轉(zhuǎn)化率降低，結(jié)塊嚴(yán)重，該種情況至今沒(méi)有得到有效解決，對(duì)饑的 穩(wěn)定生產(chǎn)是非常不利的。因此開(kāi)發(fā)一種適合國(guó)情、易于實(shí)施的回轉(zhuǎn)塞控制裝置及方法具有 重大的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種回轉(zhuǎn)塞燃燒控制裝置及方法，該種裝置和 方法可W使轉(zhuǎn)爐回轉(zhuǎn)塞燃燒過(guò)程處于全自動(dòng)控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)塞的空氣與煤氣自動(dòng)配 比，W達(dá)到節(jié)能減排和提高饑轉(zhuǎn)化率的目的。
[0005] 解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：
[0006] 一種回轉(zhuǎn)塞燃燒控制裝置，它的回轉(zhuǎn)塞煤氣管道、助燃風(fēng)管道、煙道分別與回轉(zhuǎn)塞 連接，回轉(zhuǎn)塞煤氣管道上依次安裝煤氣成分測(cè)量裝置、煤氣流量測(cè)量裝置、煤氣流量調(diào)節(jié)裝 置、煤氣壓力測(cè)量裝置、煤氣溫度測(cè)量裝置，助燃風(fēng)管道上依次安裝助燃風(fēng)流量測(cè)量裝置、 助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置、助燃風(fēng)壓力測(cè)量裝置、助燃風(fēng)溫度測(cè)量裝置，在回轉(zhuǎn)塞的外壁上安裝 有回轉(zhuǎn)塞無(wú)線測(cè)溫裝置，煙道上依次安裝煙道溫度測(cè)量裝置和煙道含氧量測(cè)量裝置，上述 煤氣流量測(cè)量裝置、煤氣流量調(diào)節(jié)裝置、煤氣壓力測(cè)量裝置、煤氣溫度測(cè)量裝置、助燃風(fēng)流 量測(cè)量裝置、助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置、助燃風(fēng)壓力測(cè)量裝置、助燃風(fēng)溫度測(cè)量裝置、回轉(zhuǎn)塞無(wú) 線測(cè)溫裝置、煙道溫度測(cè)量裝置、煙道含氧量測(cè)量裝置和煤氣成分測(cè)量裝置的輸出電信號(hào) 與輸入模件連接，煤氣流量調(diào)節(jié)裝置、助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置的輸入電信號(hào)與輸出模件連接， 輸入模件、輸出模件、電源模件、CPU控制器件、接口模件通過(guò)總線底板模件連接并安裝在總 線底板模件上。
[0007] 上述回轉(zhuǎn)塞燃燒控制裝置，所述煤氣流量測(cè)量裝置和助燃風(fēng)流量測(cè)量裝置分別為 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，煤氣壓力測(cè)量裝置和助燃風(fēng)壓力測(cè)量裝置分別為壓力變送器，煤氣溫度測(cè) 量裝置、助燃風(fēng)溫度測(cè)量裝置和煙道溫度測(cè)量裝置分別為熱電偶或熱電阻，煤氣流量調(diào)節(jié) 裝置和助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置分別為調(diào)節(jié)閥或變頻器、煙道含氧量測(cè)量裝置為氧化鉛分析 儀、煤氣成分測(cè)量裝置為煤氣分析專用氣相色譜儀或煤氣在線分析儀。
[0008] 上述回轉(zhuǎn)塞燃燒控制裝置，所述回轉(zhuǎn)塞無(wú)線測(cè)溫裝置由溫度測(cè)量裝置、發(fā)射裝置 和接收裝置組成，溫度測(cè)量裝置與發(fā)射裝置連接并且安裝在回轉(zhuǎn)塞的外壁上，接收裝置安 裝在操作室。
[0009] 上述回轉(zhuǎn)塞燃燒控制裝置，所述接口模件與顯示器件連接，接口模件為工業(yè)交換 機(jī)、W太網(wǎng)模板、現(xiàn)場(chǎng)總線模板，顯示器件為工業(yè)計(jì)算機(jī)或工業(yè)觸摸屏。
[0010] 一種使用上述回轉(zhuǎn)塞燃燒控制裝置的回轉(zhuǎn)塞燃燒控制方法，它采用W下步驟：
[0011] 1.確定轉(zhuǎn)爐煤氣成分
[0012] a.將轉(zhuǎn)爐煤氣成分換算成100 %的干轉(zhuǎn)爐煤氣成分
[0013] 由煤氣成分測(cè)量裝置獲得轉(zhuǎn)爐煤氣成分的百分含量（％ )，或利用顯示器件由回 轉(zhuǎn)塞操作工輸入煤氣化驗(yàn)成分，將轉(zhuǎn)爐煤氣成分換算成100 %的干轉(zhuǎn)爐煤氣成分，各組分百 分含量換算如下：
[0014] (C0 " 2) = n (C〇2)
[0015] (C0")=n(C0)
[001 引（H"2)=n0g
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種回轉(zhuǎn)窯燃燒控制裝置，它的回轉(zhuǎn)窯煤氣管道（I)、助燃風(fēng)管道（6)、煙道（23) 分別與回轉(zhuǎn)窯（22)連接，其特征在于：回轉(zhuǎn)窯煤氣管道（1)上依次安裝煤氣成分測(cè)量裝 置（14)、煤氣流量測(cè)量裝置（2)、煤氣流量調(diào)節(jié)裝置（3)、煤氣壓力測(cè)量裝置（4)、煤氣溫度 測(cè)量裝置（5)，助燃風(fēng)管道（6)上依次安裝助燃風(fēng)流量測(cè)量裝置（7)、助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置 (8)、助燃風(fēng)壓力測(cè)量裝置（9)、助燃風(fēng)溫度測(cè)量裝置（10)，在回轉(zhuǎn)窯（22)的外壁上安裝有 回轉(zhuǎn)窯無(wú)線測(cè)溫裝置（11)，煙道（23)上依次安裝煙道溫度測(cè)量裝置（12)和煙道含氧量測(cè) 量裝置（13)，上述煤氣流量測(cè)量裝置（2)、煤氣流量調(diào)節(jié)裝置（3)、煤氣壓力測(cè)量裝置（4)、 煤氣溫度測(cè)量裝置（5)、助燃風(fēng)流量測(cè)量裝置（7)、助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置（8)、助燃風(fēng)壓力 測(cè)量裝置（9)、助燃風(fēng)溫度測(cè)量裝置（10)、回轉(zhuǎn)窯無(wú)線測(cè)溫裝置（11)、煙道溫度測(cè)量裝置 (12)、煙道含氧量測(cè)量裝置（13)和煤氣成分測(cè)量裝置（14)的輸出電信號(hào)與輸入模件（15) 連接，煤氣流量調(diào)節(jié)裝置（3)、助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置（8)的輸入電信號(hào)與輸出模件（16)連 接，輸入模件（15)、輸出模件（16)、電源模件（17)、CPU控制器件（18)、接口模件（19)通過(guò) 總線底板模件（20)連接并安裝在總線底板模件（20)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯燃燒控制裝置，其特征在于：所述煤氣流量測(cè)量裝置 (2)和助燃風(fēng)流量測(cè)量裝置（7)分別為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，煤氣壓力測(cè)量裝置（4)和助燃風(fēng)壓力 測(cè)量裝置（9)分別為壓力變送器，煤氣溫度測(cè)量裝置（5)和助燃風(fēng)溫度測(cè)量裝置（10)分別 為熱電偶或熱電阻，煤氣流量調(diào)節(jié)裝置（3)和助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置（8)分別為調(diào)節(jié)閥或變 頻器、煙道含氧量測(cè)量裝置（13)為氧化鋯分析儀、煤氣成分測(cè)量裝置（14)為煤氣分析專用 氣相色譜儀或煤氣分析儀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)窯燃燒控制裝置，其特征在于：所述回轉(zhuǎn)窯無(wú)線測(cè)溫裝 置（11)由溫度測(cè)量裝置、發(fā)射裝置和接收裝置組成，溫度測(cè)量裝置與發(fā)射裝置連接并且安 裝在回轉(zhuǎn)窯（22)的外壁上，接收裝置安裝在操作室。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的回轉(zhuǎn)窯燃燒控制裝置，其特征在于：所述接口模件（19)與顯 示器件（21)連接，接口模件（19)為工業(yè)交換機(jī)、以太網(wǎng)模板、現(xiàn)場(chǎng)總線模板，顯示器件（21) 為工業(yè)計(jì)算機(jī)或工業(yè)觸摸屏。
5. -種使用上述回轉(zhuǎn)窯燃燒控制裝置的回轉(zhuǎn)窯燃燒控制方法，其特征在于：它采用以 下步驟： A.確定轉(zhuǎn)爐煤氣成分 a.將轉(zhuǎn)爐煤氣成分換算成100 %的干轉(zhuǎn)爐煤氣成分 由煤氣成分測(cè)量裝置（14)獲得轉(zhuǎn)爐煤氣成分的百分含量（％)，或利用顯示器件（21) 由回轉(zhuǎn)窯操作工輸入煤氣化驗(yàn)成分，將轉(zhuǎn)爐煤氣成分換算成100 %的干轉(zhuǎn)爐煤氣成分，各組 分百分含量換算如下：
式中：(CO2)、（CO)、（H2)、（O2)--煤氣的化驗(yàn)成分，％ ; (CO" 2)、（CO" )、（H" 2)、（N" 2)--換算后的干轉(zhuǎn)爐煤氣成分，％ ; η--換算系數(shù)。 b.將干轉(zhuǎn)爐煤氣成分換算成濕轉(zhuǎn)爐煤氣 若已知煤氣含水的體積百分?jǐn)?shù)，用下式換算：
若已知干轉(zhuǎn)爐煤氣含水的重量（g/m3)，用下式換算：
式中：Vs--濕轉(zhuǎn)爐煤氣中各組分的體積含量，％ ; V干--干轉(zhuǎn)爐煤氣中各組分的體積含量，％ ; (H2O)--濕轉(zhuǎn)爐煤氣中含水的體積，％ ; gto--Im3干轉(zhuǎn)爐煤氣所能吸收的飽和水蒸汽量，g/m 3。
算出濕轉(zhuǎn)爐煤氣成分： 濕轉(zhuǎn)爐煤氣的CO2成分； 濕轉(zhuǎn)爐煤氣的CO成分） 濕轉(zhuǎn)爐煤氣的H2成分為 濕轉(zhuǎn)爐煤氣的N2成分為 B.計(jì)算空燃比 a. 將煙道含氧量測(cè)量裝置（13)測(cè)得的含氧量換算成空氣過(guò)剩系數(shù) 由煙道含氧量測(cè)量裝置（13)獲得煙道（23)的煙氣含氧量，利用下式計(jì)算空氣過(guò)剩系 數(shù)： μ = 21/(21-O2) = Ln/L〇 式中：μ--空氣過(guò)剩系數(shù)，一般為I. 05?I. 25 ;02--煙氣中含氧量，％ ;21--空 氣中含氧量；Ln--燃燒Im3轉(zhuǎn)爐煤氣的實(shí)際空氣量，Hi35L tl--燃燒Im3轉(zhuǎn)爐煤氣的理論空 氣量,m3。 b. 確定燃燒計(jì)算表 當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)μ =1.0時(shí)，每IOOm3空氣帶入的02的體積為+
當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)μ時(shí)，每IOOm3空氣帶入的O 2的體積為[(CO")+ (Η;)] X
c. 燃燒Im3轉(zhuǎn)爐煤氣的理論空氣量L。為：
d. 燃燒Im3轉(zhuǎn)爐煤氣的實(shí)際空氣量Ln為：
e. 得到理論空燃比β。= L。/1 = L。,實(shí)際空燃比β n= Ln/1 = LciX μ。 本步驟的實(shí)際空燃比βη，當(dāng)CPU控制器件（18)和煙道含氧量測(cè)量裝置（13)發(fā)生故障 時(shí)，利用顯示器件（21)，回轉(zhuǎn)窯操作工根據(jù)手動(dòng)燒爐的操作經(jīng)驗(yàn)，輸入經(jīng)驗(yàn)空燃比初始值， 不影響計(jì)算。 C.回轉(zhuǎn)窯燃燒自動(dòng)控制方式如下： 主回路為煤氣控制回路，采用PID溫度單回路調(diào)節(jié)方式，回轉(zhuǎn)窯溫度為設(shè)定值，根據(jù)溫 度設(shè)定值，由CPU控制器件（18)調(diào)節(jié)煤氣流量調(diào)節(jié)裝置（3)，使煤氣流量發(fā)生變化；副回路 為助燃風(fēng)控制回路，助燃風(fēng)流量的調(diào)節(jié)采用實(shí)際空燃比β η與煤氣流量調(diào)節(jié)裝置（3)的位 置反饋值的乘積作為助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置（8)的位置開(kāi)度值； 煤氣控制回路由于煤氣壓力波動(dòng)較大，使煤氣流量波動(dòng)較大，控制采用簡(jiǎn)單實(shí)用的PID 控制，能夠很好的克服擾動(dòng)的影響。助燃風(fēng)控制回路由于助燃風(fēng)壓力穩(wěn)定，流量波動(dòng)較小， 采用實(shí)際空燃比直接控制助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置（8)的位置開(kāi)度值的方式，使助燃風(fēng)流量很 快穩(wěn)定；當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣成分發(fā)生變化和回轉(zhuǎn)窯煙氣含氧量發(fā)生變化時(shí)，實(shí)際空燃比β η發(fā)生變 化，兩個(gè)回路控制，最終將回轉(zhuǎn)窯溫度按實(shí)際空燃比0"控制在給定的數(shù)值上； 同時(shí)，CPU控制器件（18)還對(duì)煤氣流量調(diào)節(jié)裝置（3)和助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)裝置（8)的位 置開(kāi)度值的上下限值進(jìn)行限制，限制值在0-100%的范圍內(nèi)任意設(shè)定，最終使回轉(zhuǎn)窯燃燒自 動(dòng)控制安全穩(wěn)定可靠。
【專利摘要】一種回轉(zhuǎn)窯燃燒控制裝置及方法，屬于回轉(zhuǎn)窯燃燒設(shè)備及方法技術(shù)領(lǐng)域，用于釩生產(chǎn)過(guò)程中的回轉(zhuǎn)窯燃燒控制。其技術(shù)方案是：本發(fā)明利用煤氣成分分析儀表及煙氣含氧量測(cè)量?jī)x表，構(gòu)建空燃比自動(dòng)計(jì)算模型，使空燃比實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算，并將經(jīng)驗(yàn)空燃比值同時(shí)引入自動(dòng)控制系統(tǒng)中，預(yù)防分析儀表出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以繼續(xù)自動(dòng)控制，做到真正的回轉(zhuǎn)窯智能優(yōu)化控制系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)窯燃燒自動(dòng)控制方式采用煤氣單回路控制，克服現(xiàn)有燃燒控制采用交叉限幅或前饋等復(fù)雜控制方式，參數(shù)不宜整定、不宜投用，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。本發(fā)明簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，可以將回轉(zhuǎn)窯溫度偏差控制在±5℃的范圍內(nèi)，降低轉(zhuǎn)爐煤氣消耗3%，提高釩的轉(zhuǎn)化率3%以上，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類(lèi)】F27B7-42, F23N1-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104534504
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410825987
【發(fā)明人】魏金輝, 張述明
【申請(qǐng)人】河北鋼鐵股份有限公司承德分公司
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日