CN109141015A - 双膛石灰窑双闭环温度控制装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以使用电装置为特征的温度的控制领域，具体为一种双膛石灰窑双闭环温度控制装置。一种双膛石灰窑双闭环温度控制装置，包括石灰冷却膛(11)、燃烧膛(12)和预热膛(13)，其特征是：燃烧膛(12)内设有燃烧温度调节器(21)、燃料流量调节器(22)、燃料流量调节阀(23)、燃料流量变送器(24)和助燃风机(25)；石灰冷却膛(11)内设有出灰温度调节器(41)、冷却气风机(42)和出灰温度变送器(43)。一种双膛石灰窑双闭环温度控制装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：a.计算理论助燃风流量；b.检测冷却气流量；c.确定助燃风流量。本发明自适应稳定燃烧温度，提高产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及以使用电装置为特征的温度的控制领域，具体为一种双膛石灰窑双闭环温度控制装置及其使用方法。
背景技术
双膛窑煅烧温度的设定值及其稳定性会直接影响到石灰的品质。作为众多石灰窑中生产能耗最低的窑型，双膛窑不但在节能经济方面有着显著的优势，而且因其可以使用低热值燃气对钢厂的燃气平衡也很有好处。但双膛窑的特殊工艺对石灰石煅烧时的窑膛温度及稳定性有着较高的要求。目前，通常采用石灰产量、燃料热值等通过公式计算出需要的燃气量，然后根据燃气量通过公式计算出助燃气量。但是，有些工况不能保持窑膛温度稳定，比如：原料、燃料等外界条件发生变化时，这些情况下通常需要人工干预。但会造成单位能耗上升、石灰品质下降等后果。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种提高产品质量、降低操作强度、自动化程度高、适应性强的炉窑控温设备，本发明公开了一种双膛石灰窑双闭环温度控制装置及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种双膛石灰窑双闭环温度控制装置，包括石灰冷却膛、燃烧膛和预热膛，燃烧膛和预热膛之间通过通道连接，其特征是：
燃烧膛内设有燃烧温度调节器、燃料流量调节器、燃料流量调节阀、燃料流量变送器和助燃风机，
燃烧温度调节器、燃料流量调节器和燃料流量调节阀通过信号线依次连接，燃烧温度调节器还通过信号线连接燃料流量变送器，燃料输送管的进口端连接燃料源，燃料流量调节阀串联在燃料输送管上，燃料输送管的出口端设于燃烧膛外，助燃风机的鼓风方向正对燃烧膛使助燃风机运行时持续地将助燃空气鼓入燃烧膛；通道内设有热电偶，热电偶通过信号线连接燃烧温度调节器；
石灰冷却膛外设有出灰温度调节器、冷却气风机和出灰温度变送器，出灰温度控制器通过信号线分别连接出灰温度调节器、冷却气风机和出灰温度变送器；
燃烧枪冷却气给定量控制器和冷却气流量运算器通过信号线互相连接。
所述的双膛石灰窑双闭环温度控制装置，其特征是：燃烧枪冷却气给定量控制器、出灰温度控制器和冷却气流量运算器都选用单片机或可编程控制器。
本发明使用时，按如下步骤依次实施：
a. 根据燃料计算理论助燃风流量：燃料流量变送器测得燃烧膛内的燃料流量，热电偶测得通道内的温度，根据石灰生产量计算出燃料流量和理论助燃风流量CAF，燃料流量调节器根据计算出的燃料流量通过燃料流量调节阀调节燃料输送管内的燃料流量至计算值；
b. 检测冷却气流量：出灰温度变送器测得石灰冷却膛内的温度，出灰温度控制器根据出灰温度设定值计算出冷却气风机的转速并由冷却气流量运算器换算出相应转速下的冷却气流量FLCB，出灰温度调节器根据计算出的转速调节冷却气风机的转速至计算值；
c. 确定助燃风流量：燃烧枪冷却气给定量控制器、出灰温度控制器和冷却气流量运算器根据计算出的理论助燃风流量CAF、冷却气流量FLaCB、FLCB根据公式(i)和(ii)计算出最终助燃风流量FCMB，并根据FCMB换算成助燃风机的转速ω，控制助燃风机的转速至ω，使助燃风机以合适的风流量向燃烧膛内鼓风；
公式(i)和(ii)如下：
FCMB=CAF-K1×FLCB-K2×FLaCB——(i)
(i)式中：
FCMB：指最终助燃风流量，也即助燃风机需要输出的风量，单位m3/hour，
CAF：根据石灰煅烧温度设定值计算的理论助燃风流量，单位m3/hour，
FLCB：石灰冷却风流量，根据冷却气风机的转速换算而得，单位m3/hour，
K1：石灰冷却风流量利用系数，人工设定的[0,1]范围内的常数，
FLaCB：燃烧枪冷却风流量，根据燃烧枪内冷却风机的转速换算而得，单位m3/hour，
K2：燃烧枪冷却风流量利用系数，人工设定的[0,1]范围内的常数，
CAF=FFng×Sang×EAN——(ii)
(ii)式中：
CAF：理论助燃风流量，单位m3/hour，
FFng：燃料的流量，单位kg/hour，
SAng：燃料彻底燃烧所需的空气量的理论值，根据燃料完全氧化的化学方程式计算而得，单位m3/kg，
EAN：燃烧过剩系数，取[1.1,1.2]范围内的常数。
目前的技术通常是燃料部分采用单环PID调节，助燃风采用跟随控制，对温度相应较差。双膛石灰窑运行时为了保持温度稳定需要同时协调控制燃料流量、助燃气量、冷却气量等，这些变量的波动都会对石灰冷却膛温度带来扰动，本发明针对双膛石灰窑的燃烧需要燃料和助燃气的特点，通过设置以石灰冷却膛的通道温度作为主参数、燃气量作为副参数组成的石灰冷却膛双闭环温度控制系统从而有效克服这些扰动，较好的控制温度波动，保持石灰冷却膛温度的稳定性。
本发明在原有窑膛温度开环控制方案基础上，通过窑体内安装的热电偶实时采集窑膛温度从而增加了炉膛温度反馈控制，作为燃烧温度调节器的给定值，燃料流量调节器的输出是燃气流量调节回路的给定值，组成以燃料流量变送器副控制、热电偶主控制的窑膛温度双闭环串级控制系统。燃料流量变送器为副回路，是一个随动控制系统，把变化较为频繁的主要扰动都包含在副控制回路中，提高了对燃气流量干扰的克服能力和炉膛温度控制过程的动态特性。
本发明的有益效果是：自适应稳定燃烧温度，提高产品质量，降低操作强度，自动化程度高，适应性强。
附图说明
图1是本发明的拓扑示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种双膛石灰窑双闭环温度控制装置，包括石灰冷却膛11、燃烧膛12、预热膛13、通道14、燃料输送管15、燃烧温度调节器21、燃料流量调节器22、燃料流量调节阀23、燃料流量变送器24、助燃风机25、热电偶26、燃烧枪冷却气给定量控制器31、出灰温度控制器32、冷却气流量运算器33、出灰温度调节器41、冷却气风机42和出灰温度变送器43，如图1所示，具体结构是：
燃烧膛12和预热膛13之间通过通道14连接，燃烧膛12内设有燃烧温度调节器21、燃料流量调节器22、燃料流量调节阀23、燃料流量变送器24和助燃风机25；
燃烧温度调节器21、燃料流量调节器22和燃料流量调节阀23通过信号线依次连接，燃烧温度调节器21还通过信号线连接燃料流量变送器24，燃料输送管15的进口端连接燃料源，燃料流量调节阀23串联在燃料输送管15上，燃料输送管15的出口端设于燃烧膛12外，助燃风机25的鼓风方向正对燃烧膛12使助燃风机25运行时持续地将助燃空气鼓入燃烧膛12；通道14内设有热电偶26，热电偶26通过信号线连接燃烧温度调节器21；
石灰冷却膛11外设有出灰温度调节器41、冷却气风机42和出灰温度变送器43，出灰温度控制器32通过信号线分别连接出灰温度调节器41、冷却气风机42和出灰温度变送器43；
燃烧枪冷却气给定量控制器31和冷却气流量运算器33通过信号线互相连接。
本实施例中：燃烧枪冷却气给定量控制器31、出灰温度控制器32和冷却气流量运算器33都选用单片机或可编程控制器。
本实施例使用时，按如下步骤依次实施：
a. 根据燃料计算理论助燃风流量：燃料流量变送器24测得燃烧膛12内的燃料流量，热电偶26测得通道14内的温度，根据石灰生产量计算出燃料流量和理论助燃风流量CAF，燃料流量调节器22根据计算出的燃料流量通过燃料流量调节阀23调节燃料输送管15内的燃料流量至计算值；
b. 检测冷却气流量：出灰温度变送器43测得石灰冷却膛11内的温度，出灰温度控制器32根据出灰温度设定值计算出冷却气风机42的转速并由冷却气流量运算器33换算出相应转速下的冷却气流量FLCB，出灰温度调节器41根据计算出的转速调节冷却气风机42的转速至计算值；
c. 确定助燃风流量：燃烧枪冷却气给定量控制器31、出灰温度控制器32和冷却气流量运算器33根据计算出的理论助燃风流量CAF、冷却气流量FLaCB、FLCB根据公式i和ii计算出最终助燃风流量FCMB，并根据FCMB换算成助燃风机25的转速ω，控制助燃风机25的转速至ω，使助燃风机25以合适的风流量向燃烧膛12内鼓风，从而有效克服因各项因素造成的扰动，较好的控制温度波动，保持石灰冷却膛温度的稳定性。
公式(i)和(ii)如下：
FCMB=CAF-K1×FLCB-K2×FLaCB——(i)
(i)式中：
FCMB：指最终助燃风流量，也即助燃风机(25)需要输出的风量，单位m3/hour，
CAF：根据石灰煅烧温度设定值计算的理论助燃风流量，单位m3/hour，
FLCB：石灰冷却风流量，根据冷却气风机(42)的转速换算而得，单位m3/hour，
K1：石灰冷却风流量利用系数，人工设定的[0,1]范围内的常数，
FLaCB：燃烧枪冷却风流量，根据燃烧枪内冷却风机的转速换算而得，单位m3/hour，
K2：燃烧枪冷却风流量利用系数，人工设定的[0,1]范围内的常数，
CAF=FFng×Sang×EAN——(ii)
(ii)式中：
CAF：理论助燃风流量，单位m3/hour，
FFng：燃料的流量，单位kg/hour，
SAng：燃料彻底燃烧所需的空气量的理论值，根据燃料完全氧化的化学方程式计算而得，单位m3/kg，
EAN：燃烧过剩系数，取[1.1,1.2]范围内的常数。
Claims (3)
1.一种双膛石灰窑双闭环温度控制装置，包括石灰冷却膛(11)、燃烧膛(12)和预热膛(13)，燃烧膛(12)和预热膛(13)之间通过通道(14)连接，其特征是：
燃烧膛(12)内设有燃烧温度调节器(21)、燃料流量调节器(22)、燃料流量调节阀(23)、燃料流量变送器(24)和助燃风机(25)，
燃烧温度调节器(21)、燃料流量调节器(22)和燃料流量调节阀(23)通过信号线依次连接，燃烧温度调节器(21)还通过信号线连接燃料流量变送器(24)，燃料输送管(15)的进口端连接燃料源，燃料流量调节阀(23)串联在燃料输送管(15)上，燃料输送管(15)的出口端设于燃烧膛(12)外，助燃风机(25)的鼓风方向正对燃烧膛(12)使助燃风机(25)运行时持续地将助燃空气鼓入燃烧膛(12)；通道(14)内设有热电偶(26)，热电偶(26)通过信号线连接燃烧温度调节器(21)；
石灰冷却膛(11)外设有出灰温度调节器(41)、冷却气风机(42)和出灰温度变送器(43)，出灰温度控制器(32)通过信号线分别连接出灰温度调节器(41)、冷却气风机(42)和出灰温度变送器(43)；
燃烧枪冷却气给定量控制器(31)和冷却气流量运算器(33)通过信号线互相连接。
2.如权利要求1所述的双膛石灰窑双闭环温度控制装置，其特征是：燃烧枪冷却气给定量控制器(31)、出灰温度控制器(32)和冷却气流量运算器(33)都选用单片机或可编程控制器。
3.如权利要求1或2所述的双膛石灰窑双闭环温度控制装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
a. 根据燃料计算理论助燃风流量：燃料流量变送器(24)测得燃烧膛(12)内的燃料流量，热电偶(26)测得通道(14)内的温度，根据石灰生产量计算出燃料流量和理论助燃风流量CAF，燃料流量调节器(22)根据计算出的燃料流量通过燃料流量调节阀(23)调节燃料输送管(15)内的燃料流量至计算值；
b. 检测冷却气流量：出灰温度变送器(43)测得石灰冷却膛(11)内的温度，出灰温度控制器(32)根据出灰温度设定值计算出冷却气风机(42)的转速并由冷却气流量运算器(33)换算出相应转速下的冷却气流量FLCB，出灰温度调节器(41)根据计算出的转速调节冷却气风机(42)的转速至计算值；
c. 确定助燃风流量：燃烧枪冷却气给定量控制器(31)、出灰温度控制器(32)和冷却气流量运算器(33)根据计算出的理论助燃风流量CAF、冷却气流量FLaCB、FLCB根据公式(i)和(ii)计算出最终助燃风流量FCMB，并根据FCMB换算成助燃风机(25)的转速ω，控制助燃风机25的转速至ω，使助燃风机25以合适的风流量向燃烧膛(12)内鼓风；
公式(i)和(ii)如下：
FCMB=CAF-K1×FLCB-K2×FLaCB——(i)
(i)式中：
FCMB：指最终助燃风流量，也即助燃风机(25)需要输出的风量，单位m3/hour，
CAF：根据石灰煅烧温度设定值计算的理论助燃风流量，单位m3/hour，
FLCB：石灰冷却风流量，根据冷却气风机(42)的转速换算而得，单位m3/hour，
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190104 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |