一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制系统及方法
阅读说明：本技术 一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制系统及方法 (Self-adaptive low-nitrogen calcination control system and method for cement kiln ) 是由 崔洪坤 蔡业堃 张自力 李洋 刘银杰 于 2020-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制系统及方法,该系统包括预分解系统、回转窑系统和智能控制系统,预分解系统分别采集分解炉内的相关参数并传送至智能控制系统,智能控制系统针对相应参数控制调节总喂煤量、几个喂煤点的分配量、不同喂料点的分料量；回转窑系统分别采集回转窑内的相关参数并传送至智能控制系统,智能控制系统针对相应参数控制一次风机频率、窑头喂煤量、燃烧器内外风阀门开度比例。本发明本发明首次将熟料产质量与NOx排放紧密关联和深度融合,达到NOx排放量主动调节和控制的效果,解决了人工控制系统滞后性、波动大等问题,显著降低了生产成本和提高了产质量稳定性,综合过程减排NOx较原有超过35％,有效降低对NOx进行末端治理的成本。(The invention discloses a cement kiln self-adaptive low-nitrogen calcination control system and a method, wherein the system comprises a pre-decomposition system, a rotary kiln system and an intelligent control system, the pre-decomposition system respectively collects relevant parameters in a decomposing furnace and transmits the relevant parameters to the intelligent control system, and the intelligent control system controls and adjusts the total coal feeding amount, the distribution amounts of a plurality of coal feeding points and the distribution amounts of different feeding points according to the corresponding parameters; the rotary kiln system respectively collects relevant parameters in the rotary kiln and transmits the relevant parameters to the intelligent control system, and the intelligent control system controls the frequency of the primary air fan, the coal feeding amount of the kiln head and the opening ratio of the internal air valve and the external air valve of the combustor according to the corresponding parameters. According to the invention, the clinker production quality and NOx emission are closely related and deeply fused for the first time, the effect of actively adjusting and controlling the NOx emission is achieved, the problems of hysteresis, large fluctuation and the like of a manual control system are solved, the production cost is obviously reduced, the stability of the production quality is improved, the emission reduction of NOx in the comprehensive process is over 35% of that in the prior art, and the cost for performing tail end treatment on the NOx is effectively reduced.)
技术领域
本发明涉及水泥生产智能控制技术领域，特别是涉及一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制系统及方法。
背景技术
目前，我国水泥熟料生产进入平稳期，年平均18亿吨左右。但水泥行业产能过剩、劳动强度大、熟料生产过程智能化程度低的现状依然存在。特别是越来越严的环保政策，越来越多的省份加入超低排放队伍。目前国内大部分水泥熟料生产系统基本是人工操作为主，而针对污染物排放特别是NOx的排放，主要以末端选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction，简称SNCR)被动式的治理为主，生产过程和排放过程的结合度较低，人工控制滞后性的缺陷一直存在，造成现有生产过程熟料产质量和污染物排放波动较大、生产成本增加等问题。基于以上问题，需要一种智能的控制方法，将水泥生产过程中熟料的产质量和污染物特别是NOx的排放有机的结合，以主动控制污染物的排放量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制系统及方法，以解决水泥熟料生产过程存在的人工控制波动大、熟料产质量和NOx排放关联性低等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制系统，包括预分解系统、回转窑系统和智能控制系统，所述预分解系统、回转窑系统分别与智能控制系统电连接；
所述预分解系统分别采集分解炉锥部温度参数、分解炉中部温度参数、分解炉出口温度参数、烟室气体CO浓度参数、入窑生料分解率参数和分解炉出口NOx浓度参数，将采集的参数发送给智能控制系统，智能控制系统控制调节预分解系统中总喂煤量、几个喂煤点的分配量、不同喂料点的分料量；
所述回转窑系统分别采集回转窑主电机电流参数、窑内火焰温度参数、烟室温度参数、烟室气体NOx浓度参数、烟室气体CO浓度参数、生料饱和比参数、生料硅率参数和生料喂料量参数，并将采集的参数发送给智能控制系统，智能控制系统控制一次风机频率、窑头喂煤量、燃烧器内外风阀门开度比例。
进一步的，所述预分解系统包括第一热电偶温度传感器、第二热电偶传感器、第三热电偶传感器、第一在线气体分析仪、第二在线气体分析仪和第一输入面板。
进一步的，所述入窑生料分解率参数采用人工检测的方式采集，并通过第一输入面板手动输入设定。
进一步的，所述回转窑系统包括电流表、比色计、第四热电偶温度传感器、第三在线气体分析仪、喂料称和第二输入面板。
进一步的，所述生料饱和比参数和生料硅率参数均采用人工检测的方式采集，并通过第二输入面板手动输入设定。
同时，还提供了一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制方法，主要包括以下步骤：
(1)设定预控制参数：在智能控制系统中预设各种与预分解系统和回转窑系统所采集参数相对应的参数参考值值域；
(2)实际参数采集：预分解系统和回转窑系统分别通过各自的信号采集部件采集所对应的参数实际值，并传送至智能控制系统；
(3)参数比对分析：智能控制系统对收集到的各个参数的实际值与预设的参考值值域进行对应地比对分析，判断每个参数的实际值是否位于对应的参考值值域内；
(4)终端设备控制：通过步骤(3)，若某个参数的实际值位于对应的参考值值域之外，则智能控制系统发出对应的控制信号给对应的参数调节终端设备，以相应地调整参数的实际值；
(5)动态平衡控制：循环执行步骤(2)—(4)，直至所有的参数的实际值都处于对应参数参考值值域内，达到动态平衡。
进一步的，在步骤(2)中，若某个参数的实际值采集返回信号为空，则智能控制系统自动发出警报信号，并提示对应的参数。
进一步的，在步骤(5)中，单次循环执行的间隔周期为5min—10min。
进一步的，在步骤(5)中，循环执行三次后，若采集的某个参数的实际值位于对应的参考值值域之外，则智能控制系统自动发出警报信号，并提示对应的参数。
本发明的有益效果如下：
1.本发明首次将熟料产质量与NOx排放紧密关联，将熟料生产过程中预分解系统和回转窑系统的控制和NOx排放深度融合，且贯穿熟料生产全过程，达到NOx排放量主动调节和控制的效果，解决了人工控制系统滞后性、波动大等问题；
2.本发明通过智能控制系统动态控制熟料生产的整个过程，实现生产过程各个相关参数的智能化控制，极大提高了熟料生产的稳定性，显著降低了生产成本和提高了产质量稳定性；
3.本发明将NOx的排放量检测与调节控制贯穿熟料生产过程的智能控制中，也能有效降低对NOx进行末端治理的成本。
附图说明
图1为本发明的系统框架结构示意图；
图2为本发明的智能控制流程结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制系统，包括预分解系统、回转窑系统和智能控制系统，所述预分解系统、回转窑系统分别与智能控制系统电连接。智能控制系统采用工业控制计算机或其他适于工业生产的数据采集和输出设备，内置有与水泥熟料生产工艺相关的控制软件系统，通过运行相应软件系统，可通过预分解系统和回转窑系统采集与生产相关的各个参数实际值，并在配套的显示器上直观显示与生产相关的各个参数动态变化情况。
所述预分解系统包括第一热电偶温度传感器、第二热电偶传感器、第三热电偶传感器、第一在线气体分析仪、第二在线气体分析仪和第一输入面板。第一热电偶温度传感器采集分解炉锥部温度参数、第二热电偶传感器采集分解炉中部温度参数、第三热电偶传感器采集分解炉出口温度参数、第一在线气体分析仪采集烟室气体CO浓度参数、第二在线气体分析仪采集分解炉出口NOx浓度参数、第一输入面板采集入窑生料分解率参数。其中，入窑生料分解率参数采用人工检测的方式采集，并通过第一输入面板手动输入设定。第一输入面板可单独设置或内置集成于控制软件系统中。
预分解系统将采集的参数发送给智能控制系统，智能控制系统控制调节预分解系统中总喂煤设备的进料速率、各个喂煤点喂煤设备进料速率以及不同喂料点的喂料设备的进料速率，从而对应调节总喂煤量、几个喂煤点的分配量、不同喂料点的分料量，进而实现预分解炉中锥部、中部和出口三个位置的温度调节控制，以及由煤料燃烧及熟料分解产生的烟室气体CO浓度的调节控制。
预分解系统控制关键参数及采集方式如表1所示。
表1预分解系统控制关键参数及采集方式
所述回转窑系统包括电流表、比色计、第四热电偶温度传感器、第三在线气体分析仪、喂料称和第二输入面板。电流表采集回转窑主电机电流参数、比色计采集窑内火焰温度参数、第四热电偶温度传感器采集烟室温度参数、第三在线气体分析仪采集烟室气体NOx浓度参数和烟室气体CO浓度参数、第二输入面板采集生料饱和比参数和生料硅率参数、喂料称采集生料喂料量参数。其中，生料饱和比参数和生料硅率参数均采用人工检测的方式采集，并通过第二输入面板手动输入设定。第一输入面板也可单独设置或内置集成于控制软件系统中。
表2回转窑系统控制关键参数及采集方式
回转窑系统将采集的参数发送给智能控制系统，智能控制系统控制回转窑系统中的一次风机频率、窑头喂煤设备的进料速率、燃烧器内外风阀门开度比例，进而调节窑头喂煤量及燃烧气体的供应，进而实现回转窑中窑内火焰温度、烟室温度、烟室气体NOx 浓度和烟室气体CO浓度的调节控制。
回转窑系统控制关键参数及采集方式如表2所示。
请参阅图2，一种水泥炉窑自适应低氮煅烧控制方法，主要包括以下步骤：
(1)设定预控制参数：在智能控制系统中预设各种与预分解系统和回转窑系统所采集参数相对应的参数参考值值域，以及加工时间；
(2)实际参数采集：预分解系统和回转窑系统分别通过各自的信号采集部件采集所对应的参数实际值，并传送至智能控制系统；在本步骤中，若某个参数的实际值采集返回信号为空，则智能控制系统自动发出警报信号，并提示对应的参数，以便技术人员及时发现问题并快速锁定问题点，从而及时进行检测和维修。
(3)参数比对分析：智能控制系统对收集到的各个参数的实际值与预设的参考值值域进行对应地比对分析，判断每个参数的实际值是否位于对应的参考值值域内；
(4)终端设备控制：通过步骤(3)，若某个参数的实际值位于对应的参考值值域之外，则智能控制系统发出对应的控制信号给对应的参数调节终端设备，以相应地调整参数的实际值；
(5)动态平衡控制：循环执行步骤(2)—(4)，直至所有的参数的实际值都处于对应参数参考值值域内，达到动态平衡。在本步骤中，可设定单次循环执行的间隔周期为5min—10min，使得智能控制系统发出相应的调节信号、对应的终端执行设备作出相应响应后，预分解炉或回转窑内的各个生产参数处于稳定状态，以保证调节后参数实际值再次采集时的准确性。同时，可设置相应的故障警报机制，如设定检测调节程序循环执行三次后，若采集的某个参数的实际值位于对应的参考值值域之外，说明数据采集失效或终端执行设备失效，则智能控制系统自动发出警报信号，并提示对应的参数，以便技术人员及时发现问题并快速锁定问题点，从而及时进行检测和维修。
本发明首次将熟料产质量与NOx排放紧密关联，将熟料生产过程中预分解系统和回转窑系统的控制和NOx排放深度融合，且贯穿熟料生产全过程，达到NOx排放量主动调节和控制的效果，解决了人工控制系统滞后性、波动大等问题；通过智能控制系统动态控制熟料生产的整个过程，实现生产过程各个相关参数的智能化控制，极大提高了熟料生产的稳定性，显著降低了生产成本和提高了产质量稳定性；将NOx的排放量检测与调节控制贯穿熟料生产过程的智能控制中，综合过程NOx的减排量较原有技术超过35％，能有效降低现有技术中对NOx进行末端治理的成本，具有良好的市场推广价值和应用前景。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。