一种多功能焙烧装置及控制方法与流程

本发明属于自动化技术领域，特别涉及一种多功能焙烧装置及控制方法。

背景技术：

在冶金行业，现阶段的焙烧装置只能生产一种产品，要么利用悬浮炉生产氧化铝，要么利用回转窑生产α-氧化铝，要么利用回转干燥筒生产氢氧化铝。采用这些装置生产单一的产品，投资高、占地多、操作不便，影响企业的经济效益，其控制方法单一、分散、滞后、不连续、不统一。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种多功能焙烧装置及控制方法，目的是通过多种控制元器件以及控制方法相互作用实现生产多种产品的焙烧装置控制，从而减少占地面积、减少投资、减轻劳动强度、提高企业经济效益，具有实时性、连续性、可追溯性、适应性和统一性。

本发明的多功能焙烧装置包括干燥单元、分料单元、预热掺风单元、焙烧单元和停留反应单元；

其中，所述的干燥单元包括电子定量给料机、螺旋给料机、文丘里反应器和干燥热发生器，电子定量给料机给料进入螺旋给料机，螺旋给料机给料进入文丘里反应器，文丘里反应器设有文丘里反应器进风管道和文丘里反应器出料管道，文丘里反应器出料管道上安装有测温元件，所述的干燥热发生器包括燃烧器、燃气流量计、燃气气动调节阀门和燃气管道，给文丘里进风管道供热；

所述的分料单元包括一级预热旋风分离器、分料设备和冷却器，其中一级预热旋风分离器设有一级预热旋风分离器出风管道和一级预热旋风分离器分料出料管道，一级预热旋风分离器分料出料管道上设有一级预热旋风分离器分料出料分料支管道，一级预热旋风分离器分料出料分料支管道与分料设备相连，所述的分料设备安装有变频调速电机控制分料量，分料设备与冷却器相连；

所述的预热掺风单元包括二级预热旋风分离器和掺风设备，其中二级预热旋风分离器设有二级预热旋风分离器出风管道和二级预热旋风分离器出料管道，二级预热旋风分离器出风管道上安装有测温元件，所述的掺风设备安装有电动调节阀门，用来调节二级预热旋风分离器出风管道温度；

所述的焙烧单元包括焙烧炉和主燃烧器，其中焙烧炉上设有焙烧炉进风管道和焙烧炉出料管道，焙烧炉上部安装有测温元件，下部安装有主燃烧器，主燃烧器包括燃气流量计、燃气气动调节阀门和燃气管道；

所述的停留反应单元包括三级预热旋风分离器、停留反应器和出料设备，其中三级预热旋风分离器设有三级预热旋风分离器出风管道和三级预热旋风分离器出料管道，出料设备设有出料管道，所述的停留反应器安装有称重传感器，出料设备安装有电动调节阀门；

上述测温元件和称重传感器的信号输出端与DCS控制系统的信号输入端相连。

本发明的多功能焙烧装置的控制方法，包括以下步骤：

当目标产物仅为氢氧化铝产品时，执行步骤（1）~（2），否则执行步骤（1）~（5）：

（1）干燥单元控制：DCS上位机设定文丘里反应器出料管道的出料温度，来自二级预热旋风分离器的热气流从文丘里反应器进风管道进入文丘里反应器，启动电子定量给料机和螺旋给料机，向文丘里反应器内输送含水氢氧化铝，含水氢氧化铝与热气流在文丘里反应器内进行热交换，热交换后从文丘里反应器出料管道出料，文丘里反应器出料管道上的测温元件将出料温度信号反馈到DCS中央控制室，DCS下位机根据文丘里反应器出料管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值反馈偏差来启动或停止干燥热发生器的燃烧器，调节干燥热发生器燃气调节阀门开度，燃气调节阀门开度变化形成燃气流量计流量变化；

（2）分料单元控制：来自文丘里反应器出料管道的干燥后物料进入一级预热旋风分离器进行气固分离，分离后的热气流从一级预热旋风分离器出风管道送入除尘装置，预热后物料

进入一级预热旋风分离器分料出料管道；

当生产目标为冶金级氧化铝或α-氧化铝时，关闭分料设备，预热后物料经一级预热旋风分离器分料出料管道进入掺风单元的二级预热旋风分离器；

当生产目标为氢氧化铝时，开启分料设备，预热后物料经一级预热旋风分离器分料出料管道上的一级预热旋风分离器分料出料分料支管道进入分料设备，调节分料设备中的变频调速电机，使全部预热后物料进入冷却器，冷却后得到氢氧化铝产品；

当生产目标为氢氧化铝及冶金级氧化铝或α-氧化铝时，一部分预热后物料经一级预热旋风分离器分料出料管道上的一级预热旋风分离器分料出料分料支管道进入分料设备，调节分料设备中的变频调速电机控制分料量，分料设备分料后进入冷却器，冷却后得到氢氧化铝产品；剩余的预热后物料经一级预热旋风分离器分料出料管道进入掺风单元的二级预热旋风分离器；

（3）掺风单元控制：DCS上位机设定二级预热旋风分离器出风管道的出风温度，来自一级预热旋风分离器的预热后物料与来自三级预热旋风分离器的热气流在二级预热旋风分离器中进行气固分离，分离后的二级预热后物料通过二级预热旋风分离器出料管道进入焙烧单元的焙烧炉，分离后的热气流从二级预热旋风分离器出风管道进入干燥单元的文丘里反应器，二级预热旋风分离器出风管道上的测温元件检测出风温度，将出风温度信号反馈到DCS中央控制室，DCS下位机根据二级预热旋风分离器出风管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值的反馈偏差，调节掺风设备电动调节阀门开度；

（4）焙烧单元控制：DCS上位机根据目标产物设定焙烧炉的焙烧温度，启动主燃烧器，

来自二级预热旋风分离器的预热后物料与从焙烧炉进风管道进入的热气流混合，在焙烧炉内进行焙烧，焙烧后物料送入三级预热旋风分离器，焙烧炉的测温元件将检测的焙烧温度信号反馈到DCS中央控制室，根据DCS设定的焙烧炉温度与实际检测温度反馈偏差来调节主燃烧器燃气调节阀门开度，燃气调节阀门开度变化形成燃气流量计流量变化；

（5）停留反应单元控制：DCS上位机根据目标产物，设定停留反应器称重质量；来自焙烧炉的焙烧后物料进入三级预热旋风分离器进行气固分离，分离后的热气流与一级预热旋风分离器出料管道的物料混合，分离后的焙烧物料经三级预热旋风分离器进入停留反应器，停留反应器的称重传感器将称重信号反快到DCS中央控制室，根据DCS设定的停留反应器称重质量与实际检测质量反馈偏差来调节出料设备电动调节阀门开度，进而实现停留时间变化，得到不同目标产物，从而形成完整的闭环停留反应单元控制。

其中，所述的DCS下位机根据文丘里反应器出料管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值反馈偏差来启动或停止干燥热发生器的燃烧器具体是：

当文丘里反应器出料管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值差值的绝对值≤设定温度值的百分之十时，如果干燥热发生器的燃烧器没有启动则不启动，如果干燥热发生器的燃烧器处于启动状态，则燃气气动调节阀门开度不调整；当其差值的绝对值＞设定温度值的百分之十时，如果干燥热发生器的燃烧器没有启动则启动，如果干燥热发生器的燃烧器处于启动状态，则调整燃气气动调节阀门开度，保证文丘里反应器出料管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值趋同，形成干燥单元PID调节回路。

所述的DCS下位机根据二级预热旋风分离器出风管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值的反馈偏差，调节掺风设备电动调节阀门开度具体是：

将DCS下位机将二级预热旋风分离器出风管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值作比较，当其差值绝对值≤设定温度值的百分之十五，则不调整掺风设备电动调节阀门的开度；当其差值绝对值＞设定温度值的百分之十五，则调整掺风设备电动调节阀门的开度，使二级预热旋风分离器出风管道检测实际温度值与DCS上位机设定的温度值趋同，即形成预热掺风单元PID调节回路。

所述的根据DCS设定的焙烧炉温度与实际检测温度反馈偏差来调节主燃烧器燃气调节阀门开度具体是：

DCS下位机将焙烧炉检测温度值与DCS上位终端设定温度值作比较，当其差值绝对值≤设定温度值的百分之三，则不调整燃气气动调节阀门的开度；当其差值绝对值＞设定温度值的百分之三，则调整燃气气动调节阀门的开度，使焙烧炉检测实际温度值与DCS上位终端设定温度值趋同，即形成焙烧单元PID调节回路。

所述的根据DCS设定的停留反应器称重质量与实际检测质量反馈偏差来调节出料设备电动调节阀门开度具体是：

DCS下位机将停留反应器检测称重质量值与DCS上位机设定称重质量值作比较，当其差值绝对值≤设定称重质量值的百分之五，则不调整出料设备电动调节阀门的开度；当其差值绝对值＞设定称重质量值的百分之五，则调整出料设备电动调节阀门的开度，保证停留反应器检测实际称重质量值与DCS上位终端设定称重质量值趋同，即形成停留反应单元PID调节回路。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明通过多种控制元器件以及控制方法相互作用实现了生产多种产品的焙烧装置控制，从而减少占地面积、减少投资、减轻劳动强度、提高企业经济效益，具有实时性、连续性、可追溯性、适应性和统一性。

附图说明

图1是本发明的多功能焙烧装置的结构示意如图；

其中：1：干燥单元；2：分料单元；3：预热掺风单元；4：焙烧单元；5：停留反应单元；

A：热气流；B：干燥后物料；C：预热后物料；D-焙烧后物料；

Ⅰ：氢氧化铝；Ⅱ：冶金级氧化铝；Ⅲ：α-氧化铝；Ⅳ：原料；

图2是图1中干燥单元的结构示意图；

其中：1-1：电子定量给料机；1-2：螺旋给料机；1-3文丘里反应器；1-4干燥热发生器；

1-5：文丘里反应器出料管道测温元件；

图3是图1中分料单元的结构示意图；

其中：2-1：一级预热旋风分离器；2-2：分料设备；2-3：冷却器；

图4是图1中预热掺风单元的结构示意图；

其中：3-1：二级预热旋风分离器；3-2：掺风设备；3-3：二级预热旋风分离器出风管道测温元件；

图5是图1中焙烧单元的结构示意图；

其中：4-1：焙烧炉；4-2主燃烧器；4-3焙烧炉测温元件；

图6是图1中停留反应单元的结构示意图；

其中：5-1：三级预热旋风分离器；5-2：停留反应器；5-3：出料设备；

图2~图6中出现的各字母表示的控制元件对应的DCS控制功能是：首位字母：T-温度、F-流量、S-速度、W-重量、Z-阀位，后续字母：I-指示、A-报警、T-变送、C-调节、R-记录、Q-计算，代表电机。

具体实施方式

本发明实施例涉及的DCS系统采用和利时HOLLiAS MACS-K或罗克韦尔Contrologix自动化控制系统，测温元件为常规K热电偶与S热电偶，流量计为巴氏流量计，称重传感器为梅特勒-托利多称重传感器及称重终端，速度控制采用变频器，阀位控制采用电动调节阀和气动调节阀。

下面结合附图1~6详细说明具有五个单元的多功能焙烧装置及控制方法。

本发明的多功能焙烧装置如图1所示，包括干燥单元1、分料单元2、预热掺风单元3、焙烧单元4和停留反应单元5；

其中，所述的干燥单元1包括电子定量给料机1-1、螺旋给料机1-2、文丘里反应器1-3和干燥热发生器1-4，电子定量给料机1-1给料进入螺旋给料机1-2，螺旋给料机1-2给料进入文丘里反应器1-3，文丘里反应器1-3设有文丘里反应器进风管道和文丘里反应器出料管道，文丘里反应器出料管道上安装有文丘里反应器出料管道测温元件1-5，所述的干燥热发生器1-4包括燃烧器、燃气流量计、燃气气动调节阀门和燃气管道，给文丘里进风管道供热；

所述的分料单元2包括一级预热旋风分离器2-1、分料设备2-2和冷却器2-3，其中一级预热旋风分离器2-1设有一级预热旋风分离器出风管道和一级预热旋风分离器分料出料管道，一级预热旋风分离器分料出料管道上设有一级预热旋风分离器分料出料分料支管道，一级预热旋风分离器分料出料分料支管道与分料设备2-2相连，所述的分料设备2-2安装有变频调速电机控制分料量，分料设备2-2与冷却器2-3相连；

所述的预热掺风单元3包括二级预热旋风分离器3-1和掺风设备3-2，其中二级预热旋风分离器3-1设有二级预热旋风分离器出风管道和二级预热旋风分离器出料管道，二级预热旋风分离器出风管道上安装有二级预热旋风分离器出风管道测温元件3-3，所述的掺风设备3-2安装有电动调节阀门，用来调节二级预热旋风分离器出风管道温度；

所述的焙烧单元4包括焙烧炉4-1和主燃烧器4-2，其中焙烧炉4-1上设有焙烧炉进风管道和焙烧炉出料管道，焙烧炉上部安装有焙烧炉测温元件4-3，下部安装有主燃烧器4-2，主燃烧器包括燃气流量计、燃气气动调节阀门和燃气管道；

所述的停留反应单元5包括三级预热旋风分离器5-1、停留反应器5-2和出料设备5-3，其中三级预热旋风分离器5-1设有三级预热旋风分离器出风管道和三级预热旋风分离器出料管道，出料设备5-3设有出料管道，所述的停留反应器5-2安装有称重传感器，出料设备5-3安装有电动调节阀门；

上述测温元件和称重传感器的信号输出端与DCS控制系统的信号输入端相连。

本发明的多功能焙烧装置的控制方法，包括以下步骤：

当目标产物仅为氢氧化铝产品时，执行步骤（1）~（2），否则执行步骤（1）~（5）：

（1）干燥单元控制：DCS上位机设定文丘里反应器出料管道的出料温度，来自二级预热旋风分离器3-1的热气流A从文丘里反应器进风管道进入文丘里反应器1-3，启动电子定量给料机1-1和螺旋给料机1-2，向文丘里反应器1-3内输送含水氢氧化铝原料Ⅳ，含水氢氧化铝原料Ⅳ与热气流A在文丘里反应器1-3内进行热交换，热交换后从文丘里反应器出料管道出料，文丘里反应器出料管道测温元件1-5将出料温度信号反馈到DCS中央控制室，DCS下位机根据文丘里反应器出料管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值反馈偏差来启动或停止干燥热发生器1-4的燃烧器，调节干燥热发生器1-4燃气调节阀门开度，燃气调节阀门开度变化形成燃气流量计流量变化，具体是：

当文丘里反应器出料管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值差值的绝对值≤设定温度值的百分之十时，如果干燥热发生器1-4的燃烧器没有启动则不启动，如果干燥热发生器1-4的燃烧器处于启动状态，则燃气气动调节阀门开度不调整；当其差值的绝对值＞设定温度值的百分之十时，如果干燥热发生器1-4的燃烧器没有启动则启动，如果干燥热发生器1-4的燃烧器处于启动状态，则调整燃气气动调节阀门开度，保证文丘里反应器出料管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值趋同，形成干燥单元PID调节回路；

（2）分料单元控制：来自文丘里反应器出料管道的干燥后物料B进入一级预热旋风分离器2-1进行气固分离，分离后的热气流从一级预热旋风分离器出风管道送入除尘装置，预热后物料进入一级预热旋风分离器分料出料管道；

当生产目标为冶金级氧化铝或α-氧化铝时，关闭分料设备2-2，预热后物料C经一级预热旋风分离器分料出料管道进入掺风单元的二级预热旋风分离器3-1；

当生产目标为氢氧化铝时，开启分料设备2-2，预热后物料C经一级预热旋风分离器分料出料管道上的一级预热旋风分离器分料出料分料支管道进入分料设备2-2，调节分料设备2-2中的变频调速电机，使全部预热后物料进入冷却器2-3，冷却后得到氢氧化铝产品；

当生产目标为氢氧化铝及冶金级氧化铝、α-氧化铝时，一部分预热后物料经一级预热旋风分离器分料出料管道上的一级预热旋风分离器分料出料分料支管道进入分料设备2-2，调节分料设备2-2中的变频调速电机控制分料量，分料设备2-2分料后进入冷却器2-3，冷却后得到氢氧化铝产品；剩余的预热后物料经一级预热旋风分离器分料出料管道进入掺风单元的二级预热旋风分离器3-1；

（3）掺风单元控制：DCS上位机设定二级预热旋风分离器出风管道的出风温度，来自一级预热旋风分离器2-1的预热后物料C与来自三级预热旋风分离器5-1的热气流A在二级预热旋风分离器3-1中进行气固分离，分离后的二级预热后物料C通过二级预热旋风分离器出料管道进入焙烧单元的焙烧炉4-1，分离后的热气流A从二级预热旋风分离器出风管道进入干燥单元的文丘里反应器1-3，二级预热旋风分离器出风管道测温元件3-3检测出风温度，将出风温度信号反馈到DCS中央控制室，DCS下位机根据二级预热旋风分离器出风管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值的反馈偏差，调节掺风设备3-2电动调节阀门开度，具体是：将DCS下位机将二级预热旋风分离器出风管道检测实际温度值与DCS上位机设定温度值作比较，当其差值绝对值≤设定温度值的百分之十五，则不调整掺风设备3-2电动调节阀门的开度；当其差值绝对值＞设定温度值的百分之十五，则调整掺风设备3-2电动调节阀门的开度，使二级预热旋风分离器出风管道检测实际温度值与DCS上位机设定的温度值趋同，即形成预热掺风单元PID调节回路；

（4）焙烧单元控制：DCS上位机根据目标产物设定焙烧炉的焙烧温度，启动主燃烧器4-2，来自二级预热旋风分离器3-1的预热后物料C与从焙烧炉进风管道进入的热气流A混合，在焙烧炉4-1内进行焙烧，焙烧后物料D送入三级预热旋风分离器5-1，焙烧炉测温元件4-3将检测的焙烧温度信号反馈到DCS中央控制室，根据DCS设定的焙烧炉温度与实际检测温度反馈偏差来调节主燃烧器4-2燃气调节阀门开度，燃气调节阀门开度变化形成燃气流量计流量变化，具体是：DCS下位机将焙烧炉检测温度值与DCS上位终端设定温度值作比较，当其差值绝对值≤设定温度值的百分之三，则不调整燃气气动调节阀门的开度；当其差值绝对值＞设定温度值的百分之三，则调整燃气气动调节阀门的开度，使焙烧炉检测实际温度值与DCS上位终端设定温度值趋同，即形成焙烧单元PID调节回路；

（5）停留反应单元控制：DCS上位机根据目标产物，设定停留反应器称重质量；来自焙烧炉4-1的焙烧后物料D进入三级预热旋风分离器5-1进行气固分离，分离后的热气流A与一级预热旋风分离器出料管道的物料混合，分离后的焙烧物料D经三级预热旋风分离器5-1进入停留反应器5-2，停留反应器5-2的称重传感器将称重信号反快到DCS中央控制室，根据DCS设定的停留反应器称重质量与实际检测质量反馈偏差来调节出料设备5-3电动调节阀门开度，进而实现停留时间变化，得到不同的目标产物，从而形成完整的闭环停留反应单元控制，具体是：DCS下位机将停留反应器5-2检测称重质量值与DCS上位机设定称重质量值作比较，当其差值绝对值≤设定称重质量值的百分之五，则不调整出料设备5-3电动调节阀门的开度；当其差值绝对值＞设定称重质量值的百分之五，则调整出料设备5-3电动调节阀门的开度，保证停留反应器检测实际称重质量值与DCS上位终端设定称重质量值趋同，即形成停留反应单元PID调节回路。