專利名稱：一種水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水泥生產(chǎn)領域，具體涉及ー種水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法。
背景技術：
本發(fā)明公開了ー種水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法，屬于水泥生產(chǎn)領域。水泥熟料的正常生產(chǎn)是在氧化氣氛下進行的，燃料充分燃燒生成ニ氧化碳，燃料所蘊含的熱量全部釋放出來，若氧氣不足時，煤粉不完全燃燒生成一氧化碳、非甲烷揮發(fā)性 有機化合物NMV0C、甲烷以及其他金屬碳化物，產(chǎn)生還原氣氛。還原氣氛對水泥生產(chǎn)過程中的熟料燒成階段產(chǎn)生嚴重的影響，燒成中出現(xiàn)黃心料，熟料易磨性差，并會嚴重影響水泥的顔色。并且不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物排放進大氣中后會對人體健康造成嚴重損害。正常情況下，如果窯內(nèi)無結圈，噴煤系統(tǒng)正常，煤粉不完全燃燒生成的碳化物來自分解爐內(nèi)。根據(jù)頭、尾煤燃燒特點，在煤質變差時不完全燃燒更多是在分解爐內(nèi)發(fā)生；預熱器塌料造成一氧化碳等不完全燃燒生成的碳化物升高也是因為分解爐內(nèi)生料瞬間涌入使爐內(nèi)溫度降低、煤粉不能充分混合燃燒而成?；蚴怯捎陬^煤引起的，如各種原因引起的喂煤量大幅波動，一二次風異常減小破壞燃燒制度帶來不完全燃燒，會導致出預熱器ロ的廢氣中不完全燃燒生成的碳化物升高。水泥生產(chǎn)過程中不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物主要包括一氧化碳、非甲烷揮發(fā)性有機化合物NMV0C、甲烷以及其他金屬碳化物等。由于種類較多至少需要四套不同的氣體檢測儀才能測得各種不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物，不僅成本較高而且檢測儀較多現(xiàn)場不易安裝；并且不完全燃燒生成的碳化物在廢氣中含量較少不易直接測得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在針對不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物不易直接測得、現(xiàn)有檢測儀器監(jiān)測成本高、有毒的碳化物排放不易實時控制等現(xiàn)有問題，提供一種水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法。本發(fā)明提出了 CO2臨界值、CO2減排值的計算公式及控制不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物的方法，還適用于利用電石渣替代部分原料的水泥生產(chǎn)線，具有環(huán)保、節(jié)約資源與能源、以及投資及運行成本低廉等優(yōu)點。本發(fā)明水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法包括如下裝置ニ氧化碳傳感器、生料的喂料稱重計量裝置、窯頭煤粉喂料計量裝置、入分解爐煤粉喂料計量裝置、熟料稱重計量裝置、二次風閥門、窯頭噴煤管、分解爐噴煤管、冷卻機至煤磨管的閥門、冷卻機風機、三次風閥門以及位于水泥廠中央控制室的控制整個系統(tǒng)的中控計算機。技術方案如下根據(jù)實際的水泥生產(chǎn)過程，如果水泥生產(chǎn)過程中全部為完全燃燒，即不存在不完全燃燒的情況和由此產(chǎn)生的碳化物，那么，一段時間內(nèi)的CO2排放總量即CO2臨界值來源于兩個部分，即生料煅燒成熟料過程中生料和煤中的碳酸鹽物質分解產(chǎn)生的CO2排放量，以及煅燒成熟料過程中煤中碳的物質燃燒產(chǎn)生的CO2排放量。生料和煤中的碳酸鹽物質分解產(chǎn)生的CO2排放量可由熟料成分分析得到的CaO和MgO的質量分數(shù)推算得到；煤中碳的物質燃燒產(chǎn)生的CO2排放量可由煤的碳元素含量計算得到。完全燃燒的情況下，考慮到水泥窯漏風等實際情況，在一段時間內(nèi)預熱器出口連接的廢氣管道處CO2實際排放量應該等于或略微小于在相同時段內(nèi)CO2臨界值。如果水泥生產(chǎn)過程中存在不完全燃燒，即生料和煤中的碳生成了非甲烷揮發(fā)性有機化合物(NMV0C)、一氧化碳、甲烷以及其他金屬碳化物等不完全燃燒碳化物，那么在一段時間內(nèi)廢氣管道處CO2實際排放量小于在相同時段內(nèi)CO2臨界值。這時需要采取相應措施控制不完全燃燒碳化物，以穩(wěn)定水泥的正常生產(chǎn)?！N水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法，其特征在干，是在ー個由水泥生產(chǎn)設備和中控計算機共同組成的水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制系統(tǒng)，依次按以下步驟實現(xiàn)的步驟(I)、水泥生產(chǎn)設備初始化，在與預熱器出口連接的廢氣管道處安裝一個ニ氧化碳傳感器，測量排出的廢氣中CO2實際排放量Faj2，在生料喂料ロ連接ー個加入生料的喂料稱重計量裝置，測量生料的喂料量，在窯頭噴煤管上連著ー個入窯頭的煤粉喂料稱重計量裝置，測量加入窯內(nèi)燃燒的煤粉的質量，在分解爐噴煤管上連著ー個入分解爐的煤粉喂 料稱重計量裝置，測量加入分解爐內(nèi)燃燒的煤粉的質量，在冷卻機出口的鏈式輸送機連接著一個熟料稱重計量裝置，即鏈式輸送機秤測量熟料的質量，在窯頭噴煤管路上安裝ー個窯頭一次風閥門，控制進入的一次風風量。步驟(2)、中控計算機初始化，設有用于計算CO2臨界值的程序，按照下式測量計算ー個周期T內(nèi)完全燃燒情況下應該排放的CO2總量Fttrtal,以此作為CO2排放總量臨界值，并存儲Ftotal = Frw+Fcoal，其中步驟(2. 1)、F 為生料和煤粉中的碳酸鹽物質分解后應該產(chǎn)生的CO2排放量，
_ 2] Frw = (― a,o +-^MgoWcl -^MCa{OH\，其中表示熟料中的CaO成分的質量分數(shù)，采用離線的方法對在周期T內(nèi)生產(chǎn)的熟料按照“ GB/T 176-2008《水泥化學分析方法》”進行化學成分分析得到的數(shù)據(jù)，表示熟料中的MgO成分的質量分數(shù)，采用與所述相同的離線分析方法獲得，Mcl表示在ー個周期T內(nèi)生產(chǎn)的熟料的質量，由在冷卻機出ロ的鏈式輸送機連接著一個熟料稱重計量裝置，即鏈式輸送機秤測量熟料的質量，MCa(0H)2表示在ー個周期T內(nèi)所述的生料喂料ロ加入的壓濾烘干后的電石渣的質量，以代替水泥生產(chǎn)過程中的部分鈣質原料，由所述的生料的喂料稱重計量裝置測量得到，而且，を,,的值即為CO2的減排量。步驟(2. l)、FMal表示在ー個周期T內(nèi)生料煅燒成熟料過程中煤粉中含碳物質的燃燒產(chǎn)生的CO2的排放量，由煤粉的化學成分分析中碳元素的含量計算得到，も》;=T^ffliCMeoa/，其中ω。表示煤粉中碳元素的含量，采用離線的方法，對在ー個周期T內(nèi)消耗的煤粉根據(jù)“GB/T476-2001《煤的元素分析方法》”進行化學成分分析得到，
Mraal表示在ー個周期T內(nèi)進入所述的水泥生產(chǎn)設備的煤粉總質量，分成進入窯頭噴煤管的煤粉，由所述入窯頭的煤粉喂料計量裝置稱重得到，進入分解爐噴煤管的煤粉，由所述入分解爐的煤粉喂料計量裝置稱重得到。
步驟(3)、按以下步驟對水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物進行在線監(jiān)測控制步驟(3. I)、在第一個周期Tl內(nèi)，若Fro2 SFttrtal，則判斷為水泥生產(chǎn)過程完全燃燒，進入第二個周期T2。步驟(3. 2)、在第一個周期Tl內(nèi)，若Ftotal-Faj2 < O. IFtotal，則表示水泥生產(chǎn)過程產(chǎn)生了非甲烷揮發(fā)性有機化合物NMV0C、一氧化碳、甲烷以及其他金屬碳化物等，處于不完全燃燒狀態(tài)，此時通過所述中控計算機同時增加下述風量，分別是窯頭噴煤管的一次風風量、分解爐噴煤管的一次風風量、通過回轉窯二次風閥門的開啟度來控制二次風風量，通過分解爐的三次風閥門的開啟度來控制三次風風量，保持過剩空氣系數(shù)為I. 05，但過剩空氣系數(shù)最高不得超過I. 3，一直到使得
Ftotal ^C02 彡 O. OlFtotal 為止。步驟(3. 3)、在第一個周期Tl內(nèi)，若Ftrtal-Faj2彡O. IFttrtal，則表示水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒情況比較嚴重，則執(zhí)行以下步驟在所述分解爐出口處或離所述分解爐最近的旋風筒下料ロ處，用風速測量儀測量第一個周期Tl內(nèi)的風速，根據(jù)管道體積算得第一個周期Tl內(nèi)的風量，通過輸氧管道向所述分解爐內(nèi)輸送氧氣，輸送的氧氣量為第一個周期Tl內(nèi)風量的O. 5%，用所述中控計算機通過步進電機控制輸氧量，其中，所述輸氧量=氧氣閥門開啟度數(shù)X輸氧風速X送氧時間；操作時通過觀察中控室內(nèi)水泥窯系統(tǒng)的回轉窯和分解爐內(nèi)燃燒情況，人工控制是否中斷輸氧，若需要中斷輸氧，則中斷后穩(wěn)定一段時間再次輸氧，一直到使得Fttrtal-Faj2彡O. 01Ft()tai為止。本發(fā)明的效果是(I)本發(fā)明解決了需要安裝多種不同的氣體檢測儀來測得ー氧化碳、非甲烷揮發(fā)性有機化合物NMV0C、甲烷以及其他金屬碳化物等不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物的問題，解決了上述檢測儀較多、成本較高而且現(xiàn)場不易安裝等問題，投資及運行成本低廉。(2)提出了 CO2臨界值、CO2減排值的計算公式，提出的在線監(jiān)測控制方法還適用于利用電石渣替代部分原料的水泥熟料生產(chǎn)線，CO2臨界值、CO2減排值的計算公式可以指導企業(yè)的碳減排行為，具有環(huán)保、節(jié)約資源與能源等優(yōu)點。(3)本發(fā)明提出的水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法能夠有效控制不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物的排放，能夠有效減少由于不完全燃燒在熟料燒成階段產(chǎn)生嚴重的影響，應用后，熟料出現(xiàn)黃心料的機率大大降低，熟料易磨性加強，水泥的顔色均正常，提高了熟料和水泥的質量，穩(wěn)定了水泥回轉窯和分解爐系統(tǒng)的運行。


圖I為本發(fā)明的水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法系統(tǒng)示意圖；圖2為主程序流程圖。圖中1與預熱器出ロ連接的廢氣管道，在此安裝ニ氧化碳傳感器；2生料的喂料ロ，也是經(jīng)過壓濾烘干處理后電石渣即Ca(OH)2的喂料ロ，在此安裝生料的喂料稱重計量裝置；3分解爐出口，在此安裝輸氧管道；4 二次風閥門，以此控制進入回轉窯的二次風風量；5窯頭噴煤管，可以控制一次風風量，與煤磨的入窯頭煤粉喂料計量裝置相連；6從冷卻機引出的二次風管道，與回轉窯的窯頭相連接冷卻機的出口，在此取得熟料；8在冷卻機出ロ的鏈式輸送機處連接著一個熟料稱重計量裝置，即鏈式輸送機秤，測量熟料的質量；9冷卻機的風機，可以控制二次風、三次風風量；10分解爐噴煤管，與煤磨的入分解爐煤粉喂料計量裝置相連。Cl、C2、C3、C4、C5分別為ー級旋風筒、ニ級旋風筒、三級旋風筒、四級旋風筒、五級旋風筒。NSF指NSF型分解爐，也可以其他分解爐代替。
具體實施例方式下面根據(jù)說明書附圖的圖I和圖2，以及實施例對該發(fā)明進ー步做出說明。如圖I的(I)和圖2所示，在與預熱器出口連接的廢氣管道處安裝ニ氧化碳傳感器，并且傳感器與位于中控室的控制整個系統(tǒng)的計算機相連。設相隔時間段為T。根據(jù)實施例，該熟料生產(chǎn)線的設計規(guī)模為3000噸/天，實際生產(chǎn)規(guī)模為3600噸/天，則根據(jù)水泥廠實際情況，T取值為I小吋。在I小時內(nèi)ニ氧化碳傳感器測得的CO2實際排放量，設為Fro2,Fro2的數(shù)值由ニ氧化碳傳感器自動輸入計算機，可以認為輸入數(shù)值的過程無延吋。在I小時內(nèi)生料煅燒形成熟料過程中，由水泥廠配備的化學成分分析室根據(jù)“GB/T 176-2008《水泥化學分析方法》”對在I小時內(nèi)生產(chǎn)的熟料進行化學成分分析，得到
和coMgQ的取值。為64. 52%，ωΜβ0為2. 58%，熟料取自冷卻機出ロ，如圖I的(7)所示。在I小時內(nèi)生產(chǎn)的熟料的質量由熟料稱重計量裝置進行測量，如圖I的(7)、(8)所示。熟料的質量Mcd的值為150噸。在I小時內(nèi)在喂料ロ加入的壓濾烘干后的電石渣的質量由生料的喂料稱重計量裝置進行測量，如圖I的(2)所示 MCa(0H)2 的值為50噸。F 計算如下
權利要求
1.一種水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法，其特征在于，是在ー個由水泥生產(chǎn)設備和中控計算機共同組成的水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制系統(tǒng)，依次按以下步驟實現(xiàn)的 步驟(I)、水泥生產(chǎn)設備初始化， 在與預熱器出ロ連接的廢氣管道處安裝一個ニ氧化碳傳感器，測量排出的廢氣中CO2實際排放量Fkk, 在生料喂料ロ連接ー個加入生料的喂料稱重計量裝置，測量生料的喂料量， 在窯頭噴煤管上連著ー個入窯頭的煤粉喂料稱重計量裝置，測量加入窯內(nèi)燃燒的煤粉的質量， 在分解爐噴煤管上連著ー個入分解爐的煤粉喂料稱重計量裝置，測量加入分解爐內(nèi)燃燒的煤粉的質量， 在冷卻機出ロ的鏈式輸送機連接著一個熟料稱重計量裝置，即鏈式輸送機秤，測量熟料的質量， 在窯頭噴煤管路上安裝一個窯頭一次風閥門，控制進入的一次風風量， 步驟(2 )、中控計算機初始化， 設有用于計算CO2臨界值的程序，按照下式測量計算ー個周期T內(nèi)完全燃燒情況下應該排放的CO2總量Fttrtal,以此作為CO2排放總量臨界值，并存儲Ftotal = Frw+FeMl，其中 步驟(2. I)、Frw為生料和煤粉中的碳酸鹽物質分解后應該產(chǎn)生的CO2排放量， Ft,r=K—0,CaO + — coMg0)Mc,-令MCa(0Hl_ ,其中 ω030表示熟料中的CaO成分的質量分數(shù)，采用離線的方法對在周期T內(nèi)生產(chǎn)的熟料按照“GB/T 176-2008《水泥化學分析方法》”進行化學成分分析得到的數(shù)據(jù)，表示熟料中的MgO成分的質量分數(shù)，采用與所述相同的離線分析方法獲得，Mcl表不在ー個周期T內(nèi)生產(chǎn)的熟料的質量，由在冷卻機出ロ的鏈式輸送機連接著ー個熟料稱重計量裝置，即鏈式輸送機秤進行測量， MCa_2表示在ー個周期T內(nèi)所述的生料喂料ロ加入的壓濾烘干后的電石渣的質量，以代替水泥生產(chǎn)過程中的部分鈣質原料，由所述的生料的喂料稱重計量裝置測量得到， 而且，的值即為CO2的減排量， 步驟(2. l)、FMal表示在ー個周期T內(nèi)生料煅燒成熟料過程中煤粉中含碳物質的燃燒產(chǎn)生的CO2的排放量，由煤粉的化學成分分析中碳元素的含量計算得到， Pcoal = —coal ,其中 ω。表示煤粉中碳元素的含量，采用離線的方法，對在ー個周期T內(nèi)消耗的煤粉根據(jù)“GB/T476-2001《煤的元素分析方法》”進行化學成分分析得到， Mraal表示在ー個周期T內(nèi)進入所述的水泥生產(chǎn)設備的煤粉總質量，分成進入窯頭噴煤管的煤粉，由所述入窯頭的煤粉喂料計量裝置稱重得到，進入分解爐噴煤管的煤粉，由所述入分解爐的煤粉喂料計量裝置稱重得到； 步驟(3)、按以下步驟對水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物進行在線監(jiān)測控制步驟(3. I)、在第一個周期Tl內(nèi)，若Faj2 SFttrtal，則判斷為水泥生產(chǎn)過程完全燃燒，進入第二個周期T2， 步驟(3. 2)、在第一個周期Tl內(nèi)，若Ftotal-Faj2 < O. IFttrtal，則表示水泥生產(chǎn)過程產(chǎn)生了非甲烷揮發(fā)性有機化合物NMVOC、一氧化碳、甲烷以及其他金屬碳化物等，處于不完全燃燒狀態(tài)，此時通過所述中控計算機同時增加下述風量，分別是窯頭噴煤管的一次風風量、分解爐噴煤管的一次風風量、通過回轉窯二次風閥門的開啟度來控制二次風風量，通過分解爐的三次風閥門的開啟度來控制三次風風量，保持過?？諝庀禂?shù)為I. 05，但過?？諝庀禂?shù)最高不得超過I. 3，一直到使得Ftotal ^C02 彡 O. OlFtotal 為止， 步驟(3. 3)、在第一個周期Tl內(nèi)，若Ftotal-Faj2彡O. IFttrtal，則表示水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒情況比較嚴重，則執(zhí)行以下步驟 在所述分解爐出口處或離所述分解爐最近的旋風筒下料ロ處，用風速測量儀測量第一個周期Tl內(nèi)的風 速，根據(jù)管道體積算得第一個周期Tl內(nèi)的風量，通過輸氧管道向所述分解爐內(nèi)輸送氧氣，輸送的氧氣量為第一個周期Tl內(nèi)風量的O. 5%，用所述中控計算機通過步進電機控制輸氧量，其中，所述輸氧量=氧氣閥門開啟度數(shù)X輸氧風速X送氧時間；操作吋通過觀察中控室內(nèi)水泥窯系統(tǒng)的回轉窯和分解爐內(nèi)燃燒情況，人工控制是否中斷輸氧，若需要中斷輸氧，則中斷后穩(wěn)定一段時間再次輸氧，一直到使得Ftotal-Fro2 ( O. OlFtotal為止。
全文摘要
一種水泥生產(chǎn)過程不完全燃燒碳化物在線監(jiān)測控制方法屬于水泥生產(chǎn)領域，其特征在于，包括以下步驟安裝二氧化碳傳感器，測量在T時間段內(nèi)CO2實際排放量；計算在T時間段內(nèi)CO2臨界值；將在線監(jiān)測控制系統(tǒng)初始化，如果不完全燃燒碳化物在較高范圍內(nèi)，則輸送的氧氣量為T時間段內(nèi)風量的0.5%；如果不完全燃燒碳化物量較少，則增加二次風、三次風風量，直到CO2實際排放量等于CO2臨界值，誤差不超過1.0%。本發(fā)明提出了CO2臨界值、CO2減排值的計算公式及控制不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物的方法，還適用于利用電石渣替代部分原料的水泥生產(chǎn)線，具有環(huán)保、節(jié)約資源與能源、以及投資及運行成本低廉等優(yōu)點。
文檔編號G05D7/00GK102690072SQ201210146190
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者蘭明章, 崔素萍, 李琛, 王亞麗, 王志宏, 聶祚仁, 龔先政 申請人:北京工業(yè)大學