[發明專利]一種回轉窯燃燒控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201410825987.0
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104534504A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 魏金輝;張述明
• 申請（專利權）人: 河北鋼鐵股份有限公司承德分公司
• 主分類號: F23N1/02
• 分類號: F23N1/02;F27B7/42
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 曹淑敏

1.一種回轉窯燃燒控制裝置，它的回轉窯煤氣管道(1)、助燃風管道(6)、煙道(23)分別與回轉窯(22)連接，其特征在于：回轉窯煤氣管道(1)上依次安裝煤氣成分測量裝置(14)、煤氣流量測量裝置(2)、煤氣流量調節裝置(3)、煤氣壓力測量裝置(4)、煤氣溫度測量裝置(5)，助燃風管道(6)上依次安裝助燃風流量測量裝置(7)、助燃風流量調節裝置(8)、助燃風壓力測量裝置(9)、助燃風溫度測量裝置(10)，在回轉窯(22)的外壁上安裝有回轉窯無線測溫裝置(11)，煙道(23)上依次安裝煙道溫度測量裝置(12)和煙道含氧量測量裝置(13)，上述煤氣流量測量裝置(2)、煤氣流量調節裝置(3)、煤氣壓力測量裝置(4)、煤氣溫度測量裝置(5)、助燃風流量測量裝置(7)、助燃風流量調節裝置(8)、助燃風壓力測量裝置(9)、助燃風溫度測量裝置(10)、回轉窯無線測溫裝置(11)、煙道溫度測量裝置(12)、煙道含氧量測量裝置(13)和煤氣成分測量裝置(14)的輸出電信號與輸入模件(15)連接，煤氣流量調節裝置(3)、助燃風流量調節裝置(8)的輸入電信號與輸出模件(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)通過總線底板模件(20)連接并安裝在總線底板模件(20)上。

2.根據權利要求1所述的回轉窯燃燒控制裝置，其特征在于：所述煤氣流量測量裝置(2)和助燃風流量測量裝置(7)分別為標準節流裝置，煤氣壓力測量裝置(4)和助燃風壓力測量裝置(9)分別為壓力變送器，煤氣溫度測量裝置(5)和助燃風溫度測量裝置(10)分別為熱電偶或熱電阻，煤氣流量調節裝置(3)和助燃風流量調節裝置(8)分別為調節閥或變頻器、煙道含氧量測量裝置(13)為氧化鋯分析儀、煤氣成分測量裝置(14)為煤氣分析專用氣相色譜儀或煤氣分析儀。

3.根據權利要求2所述的回轉窯燃燒控制裝置，其特征在于：所述回轉窯無線測溫裝置(11)由溫度測量裝置、發射裝置和接收裝置組成，溫度測量裝置與發射裝置連接并且安裝在回轉窯(22)的外壁上，接收裝置安裝在操作室。

4.根據權利要求3所述的回轉窯燃燒控制裝置，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)為工業交換機、以太網模板、現場總線模板，顯示器件(21)為工業計算機或工業觸摸屏。

5.一種使用上述回轉窯燃燒控制裝置的回轉窯燃燒控制方法，其特征在于：它采用以下步驟：

A.確定轉爐煤氣成分

a.將轉爐煤氣成分換算成100％的干轉爐煤氣成分

由煤氣成分測量裝置(14)獲得轉爐煤氣成分的百分含量(％),或利用顯示器件(21)由回轉窯操作工輸入煤氣化驗成分，將轉爐煤氣成分換算成100％的干轉爐煤氣成分，各組分百分含量換算如下：

(CO^〃₂)＝n(CO₂)

(CO^〃)＝n(CO)

(H^〃₂)＝n(H₂)

(N2′′)=n[(N2)-7921(O2)]]]>

n=100(CO2)+(CO)+(H2)+(N2)-7921(O2)]]>

或n=100100-(O2)0.21]]>

式中：(CO₂)、(CO)、(H₂)、(O₂)——煤氣的化驗成分，％；

(CO^〃₂)、(CO^〃)、(H^〃₂)、(N^〃₂)——換算后的干轉爐煤氣成分，％；

n——換算系數。

b.將干轉爐煤氣成分換算成濕轉爐煤氣

若已知煤氣含水的體積百分數，用下式換算：

若已知干轉爐煤氣含水的重量(g/m³)，用下式換算：

式中：V_濕——濕轉爐煤氣中各組分的體積含量，％；

V_干——干轉爐煤氣中各組分的體積含量，％；

(H₂O)——濕轉爐煤氣中含水的體積，％；

——1m³干轉爐煤氣所能吸收的飽和水蒸汽量，g/m³。

算出濕轉爐煤氣成分：

濕轉爐煤氣的CO₂成分為

濕轉爐煤氣的CO成分為

濕轉爐煤氣的H₂成分為

濕轉爐煤氣的N₂成分為

B.計算空燃比

a.將煙道含氧量測量裝置(13)測得的含氧量換算成空氣過剩系數

由煙道含氧量測量裝置(13)獲得煙道(23)的煙氣含氧量，利用下式計算空氣過剩系數：

μ＝21/(21-O₂)＝L_n/L₀

式中：μ——空氣過剩系數，一般為1.05～1.25；O₂——煙氣中含氧量，％；21——空氣中含氧量；L_n——燃燒1m³轉爐煤氣的實際空氣量，m³；L₀——燃燒1m³轉爐煤氣的理論空氣量，m³。

b.確定燃燒計算表

當空氣過剩系數μ＝1.0時，每100m³空氣帶入的O₂的體積為[(CO′′)+(H2′′)]]]>×[100-(H2O)100]/2(m3);]]>

當空氣過剩系數μ時，每100m³空氣帶入的O₂的體積為[(CO′′)+(H2′′)]×]]>[100-(H2O)100]/2×μ(m3).]]>

c.燃燒1m³轉爐煤氣的理論空氣量L₀為：

L0=[0.5(CO′′)+0.5(H2′′)]×[100-(H2O)100]/21(m3).]]>

d.燃燒1m³轉爐煤氣的實際空氣量L_n為：

L0=μL0[0.5(CO′′)+0.5(H2′′)]×[100-(H2O)100]/21×μ(m3).]]>

e.得到理論空燃比β₀＝L₀/1＝L₀，實際空燃比β_n＝L_n/1＝L₀×μ。

本步驟的實際空燃比β_n，當CPU控制器件(18)和煙道含氧量測量裝置(13)發生故障時，利用顯示器件(21)，回轉窯操作工根據手動燒爐的操作經驗，輸入經驗空燃比初始值，不影響計算。

C.回轉窯燃燒自動控制方式如下：

主回路為煤氣控制回路，采用PID溫度單回路調節方式，回轉窯溫度為設定值，根據溫度設定值，由CPU控制器件(18)調節煤氣流量調節裝置(3)，使煤氣流量發生變化；副回路為助燃風控制回路，助燃風流量的調節采用實際空燃比β_n與煤氣流量調節裝置(3)的位置反饋值的乘積作為助燃風流量調節裝置(8)的位置開度值；

煤氣控制回路由于煤氣壓力波動較大，使煤氣流量波動較大，控制采用簡單實用的PID控制，能夠很好的克服擾動的影響。助燃風控制回路由于助燃風壓力穩定，流量波動較小，采用實際空燃比直接控制助燃風流量調節裝置(8)的位置開度值的方式，使助燃風流量很快穩定；當轉爐煤氣成分發生變化和回轉窯煙氣含氧量發生變化時，實際空燃比β_n發生變化，兩個回路控制，最終將回轉窯溫度按實際空燃比β_n控制在給定的數值上；

同時，CPU控制器件(18)還對煤氣流量調節裝置(3)和助燃風流量調節裝置(8)的位置開度值的上下限值進行限制，限制值在0-100％的范圍內任意設定，最終使回轉窯燃燒自動控制安全穩定可靠。