一种回转窑燃烧控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生产饥的回转塞燃烧控制装置，属于回转塞燃烧控制设备及方法
技术领域。
【背景技术】
[0002] 回转塞是饥生产的重要设备之一，回转塞的生产过程的关键是自动控制的程度和 水平，该关系到回转塞在同等生产条件下能否实现饥的高转化率、塞的稳定运行、杜绝有害 物排放和煤气能耗高低。在回转塞的生产过程中，实现节能减排和提高转化率是回转塞生 产追求的目标，其中特别重要的是煤气的合理燃烧，使能量得到充分利用。但是在实际生产 中，由于煤气热值波动、压力不稳定、空燃比设定不合理等原因，经常造成回转塞温度波动 大、饥渣的转化率低、能耗增加等问题。
[0003] 炉塞的燃烧控制与优化问题一直被称为是世界性难题，很多公司为此进行过长期 的研究，国外普遍基于物料平衡和能量平衡的复杂数学模型，而我国基本思路是采用先进 的控制理论和W废气含氧量等为优化目标。但由于控制思想和数学模型复杂、实施难度大、 对现场条件要求苛刻和严重偏离现场实际情况等原因，很难使燃烧装置运行达到最佳。燃 烧控制基本依靠操作人员经验手工操作，由于操作员控制水平参差不齐，造成回转塞煤气 消耗增大，饥的烧损增加、转化率降低，结块严重，该种情况至今没有得到有效解决，对饥的 稳定生产是非常不利的。因此开发一种适合国情、易于实施的回转塞控制装置及方法具有 重大的现实意义。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种回转塞燃烧控制装置及方法，该种装置和 方法可W使转炉回转塞燃烧过程处于全自动控制状态，实现回转塞的空气与煤气自动配 比，W达到节能减排和提高饥转化率的目的。
[0005] 解决上述技术问题的技术方案是：
[0006] 一种回转塞燃烧控制装置，它的回转塞煤气管道、助燃风管道、烟道分别与回转塞 连接，回转塞煤气管道上依次安装煤气成分测量装置、煤气流量测量装置、煤气流量调节装 置、煤气压力测量装置、煤气温度测量装置，助燃风管道上依次安装助燃风流量测量装置、 助燃风流量调节装置、助燃风压力测量装置、助燃风温度测量装置，在回转塞的外壁上安装 有回转塞无线测温装置，烟道上依次安装烟道温度测量装置和烟道含氧量测量装置，上述 煤气流量测量装置、煤气流量调节装置、煤气压力测量装置、煤气温度测量装置、助燃风流 量测量装置、助燃风流量调节装置、助燃风压力测量装置、助燃风温度测量装置、回转塞无 线测温装置、烟道温度测量装置、烟道含氧量测量装置和煤气成分测量装置的输出电信号 与输入模件连接，煤气流量调节装置、助燃风流量调节装置的输入电信号与输出模件连接， 输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总 线底板模件上。
[0007] 上述回转塞燃烧控制装置，所述煤气流量测量装置和助燃风流量测量装置分别为 标准节流装置，煤气压力测量装置和助燃风压力测量装置分别为压力变送器，煤气温度测 量装置、助燃风温度测量装置和烟道温度测量装置分别为热电偶或热电阻，煤气流量调节 装置和助燃风流量调节装置分别为调节阀或变频器、烟道含氧量测量装置为氧化铅分析 仪、煤气成分测量装置为煤气分析专用气相色谱仪或煤气在线分析仪。
[0008] 上述回转塞燃烧控制装置，所述回转塞无线测温装置由温度测量装置、发射装置 和接收装置组成，温度测量装置与发射装置连接并且安装在回转塞的外壁上，接收装置安 装在操作室。
[0009] 上述回转塞燃烧控制装置，所述接口模件与显示器件连接，接口模件为工业交换 机、W太网模板、现场总线模板，显示器件为工业计算机或工业触摸屏。
[0010] 一种使用上述回转塞燃烧控制装置的回转塞燃烧控制方法，它采用W下步骤：
[0011] 1.确定转炉煤气成分
[0012] a.将转炉煤气成分换算成100 %的干转炉煤气成分
[0013] 由煤气成分测量装置获得转炉煤气成分的百分含量（％ )，或利用显示器件由回 转塞操作工输入煤气化验成分，将转炉煤气成分换算成100 %的干转炉煤气成分，各组分百 分含量换算如下：
[0014] (C0 " 2) = n (C〇2)
[0015] (C0")=n(C0)
[001 引（H"2)=n0g
【主权项】
1. 一种回转窑燃烧控制装置，它的回转窑煤气管道（I)、助燃风管道（6)、烟道（23) 分别与回转窑（22)连接，其特征在于：回转窑煤气管道（1)上依次安装煤气成分测量装 置（14)、煤气流量测量装置（2)、煤气流量调节装置（3)、煤气压力测量装置（4)、煤气温度 测量装置（5)，助燃风管道（6)上依次安装助燃风流量测量装置（7)、助燃风流量调节装置 (8)、助燃风压力测量装置（9)、助燃风温度测量装置（10)，在回转窑（22)的外壁上安装有 回转窑无线测温装置（11)，烟道（23)上依次安装烟道温度测量装置（12)和烟道含氧量测 量装置（13)，上述煤气流量测量装置（2)、煤气流量调节装置（3)、煤气压力测量装置（4)、 煤气温度测量装置（5)、助燃风流量测量装置（7)、助燃风流量调节装置（8)、助燃风压力 测量装置（9)、助燃风温度测量装置（10)、回转窑无线测温装置（11)、烟道温度测量装置 (12)、烟道含氧量测量装置（13)和煤气成分测量装置（14)的输出电信号与输入模件（15) 连接，煤气流量调节装置（3)、助燃风流量调节装置（8)的输入电信号与输出模件（16)连 接，输入模件（15)、输出模件（16)、电源模件（17)、CPU控制器件（18)、接口模件（19)通过 总线底板模件（20)连接并安装在总线底板模件（20)上。
2. 根据权利要求1所述的回转窑燃烧控制装置，其特征在于：所述煤气流量测量装置 (2)和助燃风流量测量装置（7)分别为标准节流装置，煤气压力测量装置（4)和助燃风压力 测量装置（9)分别为压力变送器，煤气温度测量装置（5)和助燃风温度测量装置（10)分别 为热电偶或热电阻，煤气流量调节装置（3)和助燃风流量调节装置（8)分别为调节阀或变 频器、烟道含氧量测量装置（13)为氧化锆分析仪、煤气成分测量装置（14)为煤气分析专用 气相色谱仪或煤气分析仪。
3. 根据权利要求2所述的回转窑燃烧控制装置，其特征在于：所述回转窑无线测温装 置（11)由温度测量装置、发射装置和接收装置组成，温度测量装置与发射装置连接并且安 装在回转窑（22)的外壁上，接收装置安装在操作室。
4. 根据权利要求3所述的回转窑燃烧控制装置，其特征在于：所述接口模件（19)与显 示器件（21)连接，接口模件（19)为工业交换机、以太网模板、现场总线模板，显示器件（21) 为工业计算机或工业触摸屏。
5. -种使用上述回转窑燃烧控制装置的回转窑燃烧控制方法，其特征在于：它采用以 下步骤： A.确定转炉煤气成分 a.将转炉煤气成分换算成100 %的干转炉煤气成分 由煤气成分测量装置（14)获得转炉煤气成分的百分含量（％)，或利用显示器件（21) 由回转窑操作工输入煤气化验成分，将转炉煤气成分换算成100 %的干转炉煤气成分，各组 分百分含量换算如下：
式中：(CO2)、（CO)、（H2)、（O2)--煤气的化验成分，％ ; (CO" 2)、（CO" )、（H" 2)、（N" 2)--换算后的干转炉煤气成分，％ ; η--换算系数。 b.将干转炉煤气成分换算成湿转炉煤气 若已知煤气含水的体积百分数，用下式换算：
若已知干转炉煤气含水的重量（g/m3)，用下式换算：
式中：Vs--湿转炉煤气中各组分的体积含量，％ ; V干--干转炉煤气中各组分的体积含量，％ ; (H2O)--湿转炉煤气中含水的体积，％ ; gto--Im3干转炉煤气所能吸收的饱和水蒸汽量，g/m 3。
算出湿转炉煤气成分： 湿转炉煤气的CO2成分； 湿转炉煤气的CO成分） 湿转炉煤气的H2成分为 湿转炉煤气的N2成分为 B.计算空燃比 a. 将烟道含氧量测量装置（13)测得的含氧量换算成空气过剩系数 由烟道含氧量测量装置（13)获得烟道（23)的烟气含氧量，利用下式计算空气过剩系 数： μ = 21/(21-O2) = Ln/L〇 式中：μ--空气过剩系数，一般为I. 05?I. 25 ;02--烟气中含氧量，％ ;21--空 气中含氧量；Ln--燃烧Im3转炉煤气的实际空气量，Hi35L tl--燃烧Im3转炉煤气的理论空 气量,m3。 b. 确定燃烧计算表 当空气过剩系数μ =1.0时，每IOOm3空气带入的02的体积为+
当空气过剩系数μ时，每IOOm3空气带入的O 2的体积为[(CO")+ (Η;)] X
c. 燃烧Im3转炉煤气的理论空气量L。为：
d. 燃烧Im3转炉煤气的实际空气量Ln为：
e. 得到理论空燃比β。= L。/1 = L。,实际空燃比β n= Ln/1 = LciX μ。 本步骤的实际空燃比βη，当CPU控制器件（18)和烟道含氧量测量装置（13)发生故障 时，利用显示器件（21)，回转窑操作工根据手动烧炉的操作经验，输入经验空燃比初始值， 不影响计算。 C.回转窑燃烧自动控制方式如下： 主回路为煤气控制回路，采用PID温度单回路调节方式，回转窑温度为设定值，根据温 度设定值，由CPU控制器件（18)调节煤气流量调节装置（3)，使煤气流量发生变化；副回路 为助燃风控制回路，助燃风流量的调节采用实际空燃比β η与煤气流量调节装置（3)的位 置反馈值的乘积作为助燃风流量调节装置（8)的位置开度值； 煤气控制回路由于煤气压力波动较大，使煤气流量波动较大，控制采用简单实用的PID 控制，能够很好的克服扰动的影响。助燃风控制回路由于助燃风压力稳定，流量波动较小， 采用实际空燃比直接控制助燃风流量调节装置（8)的位置开度值的方式，使助燃风流量很 快稳定；当转炉煤气成分发生变化和回转窑烟气含氧量发生变化时，实际空燃比β η发生变 化，两个回路控制，最终将回转窑温度按实际空燃比0"控制在给定的数值上； 同时，CPU控制器件（18)还对煤气流量调节装置（3)和助燃风流量调节装置（8)的位 置开度值的上下限值进行限制，限制值在0-100%的范围内任意设定，最终使回转窑燃烧自 动控制安全稳定可靠。
【专利摘要】一种回转窑燃烧控制装置及方法，属于回转窑燃烧设备及方法技术领域，用于钒生产过程中的回转窑燃烧控制。其技术方案是：本发明利用煤气成分分析仪表及烟气含氧量测量仪表，构建空燃比自动计算模型，使空燃比实时自动计算，并将经验空燃比值同时引入自动控制系统中，预防分析仪表出现故障时，系统可以继续自动控制，做到真正的回转窑智能优化控制系统。回转窑燃烧自动控制方式采用煤气单回路控制，克服现有燃烧控制采用交叉限幅或前馈等复杂控制方式，参数不宜整定、不宜投用，系统稳定时间长等缺点。本发明简单实用、易于实现，可以将回转窑温度偏差控制在±5℃的范围内，降低转炉煤气消耗3%，提高钒的转化率3%以上，带来可观的经济效益。
【IPC分类】F27B7-42, F23N1-02
【公开号】CN104534504
【申请号】CN201410825987
【发明人】魏金辉, 张述明
【申请人】河北钢铁股份有限公司承德分公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月25日