一种分仓式煤磨原煤仓及高、中低热值煤精细化配烧系统及方法与流程

本发明属于预分解窑系统配置，具体涉及一种分仓式煤磨原煤仓及高、中低热值煤精细化配烧系统及方法。

背景技术：

1、面对当前水泥产能过剩、利润微薄的形势，须从“产能过剩、低效运行”转向“合理产能、高效运转”，而这类转变会导致熟料产能利用率下降，偏离设计产能，篦冷机单位面积熟料产能下降，必然出现篦冷机热回收效率下降，导致二、三次风温偏低；目前，存在利用替代燃料代替优质烟煤，大比例替代燃料的使用导致熟料结粒性稍差，冷却机热回收效率下降，使二、三次风温进一步下降；

2、经研究，在预分解窑系统的配置中，大部分厂家采用大窑头罩，小窑头罩的诞生时间晚，小窑头罩的内用风和分解炉用风是从篦冷机不同位置引风的，而大窑头罩结构二、三次风在同一个地方取风，经实践可知小窑头罩在低产、高替代燃料工厂能取得优秀的二次风温度，对熟料煅烧能力有所提高，但存在大部分工厂如果按照小窑头罩设计则需要将大窑头罩拆除重新制作壳体、浇筑浇注料及结构支撑，同时还要重新制作三次风取风管道，需要对原窑头混凝土平台破坏、加固及恢复，此改造工程量巨大、施工难度高且投资大；

3、另外，劣质煤（如高水分褐煤、高灰分无烟煤）在仓储过程中极易吸潮结块、形成“鼠洞”或结拱，导致下料不畅甚至完全堵塞，引发窑头或分解炉断煤，严重破坏热工制度；

4、传统水泥窑依赖人工经验调节头/尾煤比例，面对入炉劣质煤热值、水分的频繁波动，人工调节存在严重的滞后性，极易导致分解炉温度大幅波动、碳酸钙分解率不稳定，甚至引起回转窑结圈或产生黄心料；且固定的头/尾煤比例无法适应生料易烧性变化、窑况波动及煤质变化，导致系统过度烧成浪费燃料，或欠烧影响熟料质量；另外，传统工艺对高热值优质烟煤依赖度高，燃料成本较大。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种分仓式煤磨原煤仓及高、中低热值煤精细化配烧系统及方法，首创分仓防堵与动态调节软硬协同技术，实现劣质煤高比例稳定掺烧与显著节能降耗。

2、本发明采取的技术方案具体如下：

3、一种分仓式煤磨原煤仓，包括：

4、原煤仓，所述原煤仓的内部通过固定设置的隔板分隔开设有东仓以及西仓，且原煤仓的顶部设置有用于分别向东仓与西仓补充原煤的分料器；

5、防堵机构，所述防堵机构包括沿原煤仓周身阵列式设置的臂槽室，每个所述臂槽室的内部均铰接组装有顶料板，使阵列分布的顶料板呈交替式插入与伸出原煤仓内部，提供内部煤块可松动的空间。

6、进一步的，还包括：安装于操作平台上的液压缸，液压缸的输出端固定组装有环架；

7、沿所述原煤仓周身阵列式设置有撬杆一以及撬杆二，所述撬杆一与撬杆二呈相间设置且分别铰接组装于对应的臂槽室内侧，所述撬杆一与撬杆二的一端分别与对应的顶料板相连接，且另一端与阵列式焊接于环架内壁的连杆相连接。

8、一种高、中低热值煤精细化配烧系统，物理层包括分仓式煤磨原煤仓，以及连接篦冷机与旋转煅烧炉窑头的窑头罩；

9、所述窑头罩的一端设置有用于连接旋转煅烧炉窑头的二次风管，所述窑头罩顶部棱角处开设有深入窑头罩的切角，且切角处连接有三次风管，所述篦冷机通过顶部开设的风口连接有热风管，且热风管的末端连接窑头罩位于切角的侧壁。

10、系统层包括数据采集与感知层、数据处理与评估层、智能决策与控制层、执行驱动与安全联锁层、数据存储与追溯层；

11、所述数据采集与感知层负责物理世界数据的实时获取与初步标准化，具体设置有温度感知单元、煤质在线分析单元以及工况与计量单元；

12、所述数据处理与评估层负责多源数据融合、特征提取与状态评估，具体设置有：

13、实时数据库：用于缓存和高速读写秒级/毫秒级的生产时序数据；

14、热工状态评估模块：计算窑头与分解炉的温度偏差，估算碳酸钙分解率，并计算实际单位熟料热耗；

15、煤质波动与适配性分析模块：计算优质/劣质煤的质波动指数，评估劣质煤在分解炉中的燃烧适配性指数，并生成相应的比例约束条件；

16、效果评估指标计算模块：计算温度控制精度、煤耗偏差和燃烧稳定性，为反馈修正提供量化依据；

17、所述智能决策与控制层本层采用双层协同控制架构，具体设置有：

18、上位机apc服务器，包含：mpc与遗传算法优化模块，用于预测未来工况，通过遗传算法在内存中迭代寻优，计算全局最优的优质煤/劣质煤配比初值；自适应参数调整模块，根据定时器触发逻辑，自动微调底层控制器的pid参数和mpc权重系数；

19、底层dcs控制器，包含：模糊pid与前馈补偿模块，用于接收apc下发的设定值，结合实时温度偏差和煤质突变前馈量，进行快速微调计算；约束校验与安全闭锁逻辑块：执行物理限幅，并基于氧含量和劣质煤适配性指数执行安全闭锁；

20、所述执行驱动与安全联锁层负责将控制指令转化为物理动作，并保障极端工况下的系统安全；

21、所述数据存储与追溯层负责生产知识沉淀与质量追溯。

22、进一步的，所述执行驱动与安全联锁层具体设置有：

23、平滑过渡与驱动单元：包含dcs内部的斜坡发生器、智能煤粉秤、变频螺旋给料机，用于将阶跃设定值转化为平滑的斜坡信号；

24、风煤比匹配单元：包含罗茨风机变频器、气动切换阀及风量pid控制器，实现输送风量随煤粉流量的动态前馈-反馈匹配；

25、硬件级安全联锁模块：在发生窑头断煤、分解炉骤降或管道浓度超标时，直接旁路常规控制，强制覆写执行寄存器。

26、一种高、中低热值煤精细化配烧方法，利用高、中低热值煤精细化配烧系统执行，具体步骤如下：

27、实时采集回转窑窑头温度、分解炉温度，以及分仓式原煤仓中优质煤和劣质煤的实时煤质参数；

28、根据窑头温度和分解炉温度与各自目标值的偏差，评估系统热工状态，并结合实时煤质参数计算优质煤与劣质煤的初始投放配比；

29、基于温度偏差和煤质参数的波动量，通过模糊控制与前馈补偿计算配比调整量，结合预设的物理约束条件进行限幅与安全闭锁校验，得到最优投放配比；

30、将最优投放配比转换为各煤粉秤的流量设定值，通过斜坡发生器进行分级平滑过渡，控制变频给料机和输送风机执行煤粉投放；

31、实时计算温度控制精度和燃烧稳定性指标，根据指标偏差自适应调整控制参数，并在检测到断煤或温度骤降异常时，触发高优先级中断以强制覆写执行寄存器。

32、进一步的，所述实时煤质参数包括低位热值、挥发分和灰分；

33、所述计算优质煤与劣质煤的初始投放配比，具体包括：

34、计算实时煤质参数与各自基准值的相对偏差，并进行加权求和得到煤质波动指数；

35、根据劣质煤的实时热值、挥发分和灰分，通过分段逻辑判断计算其在分解炉中的燃烧适配性指数，并生成劣质煤比例上限约束；

36、基于窑头和分解炉的热平衡需求，采用迭代逼近法计算窑头需煤量和分解炉需煤量，在满足劣质煤比例上限约束的前提下，计算得到初始投放配比。

37、进一步的，所述通过模糊控制与前馈补偿计算配比调整量，结合预设的物理约束条件进行限幅与安全闭锁校验，具体包括：

38、将温度偏差及其变化率进行查表模糊化，检索预设的模糊控制规则表进行推理，并通过重心法解模糊化得到模糊控制输出量；

39、将模糊控制输出量与基于热值变化量计算的前馈补偿量相加，得到初步调节量；

40、对初步调节量执行变化速率限幅和比例范围限幅，并在窑头氧含量低于安全阈值时触发闭锁指令禁止增加煤耗，得到最优投放配比。

41、进一步的，所述通过斜坡发生器进行分级平滑过渡，控制变频给料机和输送风机执行煤粉投放，具体包括：

42、当流量设定值发生变化时，根据偏差大小将调节过程划分为快速响应、平稳过渡和微调稳定三个阶段，并为每个阶段设定不同的最大变化速率；

43、在每个控制周期内，根据最大变化速率计算当前周期允许的最大增量，对设定值进行逐步累加或递减，直至达到目标设定值；

44、同时，根据平滑后的煤粉流量前馈计算目标输送风量，结合气体流量计的实际风量反馈进行闭环修正，并实时校验管道内的煤粉浓度以触发降额或增风指令。

45、进一步的，所述根据指标偏差自适应调整控制参数，并在检测到断煤或温度骤降异常时，触发高优先级中断以强制覆写执行寄存器，具体包括：

46、维护多个保持型定时器，当温度控制精度或燃烧稳定性指标持续超出预设阈值达到设定时长时，自动修改模糊控制的比例增益和积分时间参数；

47、以高频周期扫描煤粉实际流量和温度变化率，当检测到实际流量持续低于下限或温度变化率低于负向阈值时，触发硬件级中断；

48、在中断服务程序中，暂停常规控制任务，直接强制覆写煤粉秤设定值寄存器或切换煤源选择寄存器，并在异常解除后恢复自动控制模式。

49、本发明取得的技术效果为：

50、本发明提供的分仓式原煤仓，融合防堵机构，大幅降低了原煤的内摩擦力和仓壁附着力，确保了原煤（特别是劣质煤），能够连续、均匀、稳定地卸出，保障原煤流动性。

51、本发明通过在线煤质分析仪实时捕捉煤质波动，利用前馈补偿机制在温度发生偏差前提前调整配比；结合模糊pid算法，精准消除窑温和分解炉温度的微小偏差，将温度波动控制在极小范围内；上位机apc系统通过模型预测控制和遗传算法，在满足熟料质量、热耗最低、劣质煤掺加比例最高等多个约束条件下，实时计算出当前工况下的最优头尾煤配比，实现了从经验烧窑到数据驱动智能烧窑的技术跨越。

52、本发明通过底层dcs的斜坡发生器和有限状态机，将配比调整指令分解为“快速响应-平稳过渡-微调稳定”三个阶段，确保煤粉投放量的变化平滑无阶跃，维持热工制度的绝对稳定。

53、本发明得益于硬件的流动性保障和软件的精准温控，生产线可以安全、稳定地大幅提高劣质煤，甚至生物质、垃圾衍生燃料等替代燃料的掺烧比例，显著降低熟料燃料成本。