一种石灰回转窑自动生产控制方法与流程

1.本发明涉及石灰回转窑生产技术领域，尤其是及一种石灰回转窑自动生产控制方法。


背景技术：

2.国内石灰回转窑生产控制水平差别比较大，大部分控制水平都不高。基本上是通过计算机画面手动操作进行生产，通过操作工分别调节控制进料量、燃料量、一次风、二次风、输送风、卸料量、引风量，检查窑的窑头压力、窑尾压力，窑头温度、窑尾温度、烟气温度等，最终完成石灰生产操作。
3.对于这么多的参数变化控制，一般需要极高的操作经验和极高的专注度才能较好的进行参数调整和响应，实现较好的生产。在实际生产应用中，一般很少有连续的极高操作经验的人员，更难有连续的极高专注度，所以很难能持续做到及时反应各类情况变化，常造成产品产量和质量波动大，窑况波动大，生产能耗大。
4.对于这种多变量控制，也有采用各类技术方案形成的专家系统，模型预测分析系统等，但实现成本特别高，且实现效果很不理想，功能投运率很低。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对上述问题，提供一种石灰回转窑自动生产控制方法。
6.本发明的目的是这样实现的：一种石灰回转窑自动生产控制方法，包括以下步骤：步骤一：设定石灰的产量，设定产量的单位为吨每天，根据设定产量计算出需求的石灰石量，再计算出预热器的推头时间单位秒，根据计算的时间周期循环控制推头动作，从而将石灰石按照需求加进回转窑内；步骤二：设定生产热耗，单位kcal每公斤，即生产1公斤石灰需要的消耗的综合热量，通过生产热耗、石灰产量、燃料热值可以自动计算出需要的燃料量，将计算的燃料量作为设定值，传送给现有的高精度燃料供应系统，实现对燃料的精确控制；步骤三：设定空气系数，根据燃料量和空气系数，计算需要的燃烧空气量，对于以煤粉为燃料的石灰窑，进窑燃烧的空气包括一次风，二次风，喷枪输送风，一次风和输送风不需要频繁调整，因此风量的控制就为对二次风量的控制，通过控制二次风机的转速，可以实现风量的精确控制。
7.步骤一中的计算方法为，，石灰系数：石灰和石灰石的比例，通过石灰石化验获得，推料量：竖式预热器均匀环形配置了14-20个推头，通过推头的顺序动作，将石灰石加入窑内，每个推头动作的行程固定，推入窑的石灰石体积一样，可以据此算出每次动作的推入的石灰石量，单位kg。
8.步骤二中的计算方法为燃料量计算公式：，
燃料量：单位为kg/小时，此是燃料为煤粉时的单位，当为燃气类燃料时，燃料量单位变换为标立方每小时；设定热耗：单位为kcal/kg，此是燃料为煤粉时的单位，当为燃气类燃料时，单位为kcal/nm3；燃料热值：单位kcal/kg，化验数据获得，当为燃气类燃料时，单位为kcal/nm3。
9.步骤三的计算方法为；，初始空气量：完全燃烧单位燃料需要的理论空气量，单位nm3，可以根据理论计算获得，为固定值，根据不同的燃料，该值有所不同；一次风空气量：单位nm3，通过安装在一次风管道上的流量计测量出来或者根据风机转速计算理论风量，实时变化；煤粉输送风量：单位nm3，通过安装在煤粉输送风管道上的流量计测量出来或者根据风机转速计算理论风量，实时变化；空气系数：无单位，取1.00-2.00的值，通过调整该值，可以调整进入的风量多少。
10.本发明的有益效果是：通过本发明的提供的方法，可以将石灰回转窑的复杂调节控制简化为根据产量自动控制物料、燃料和空气。呈现给操作者的只是产量、热耗、空气系数三个关键参数的调整，而热耗和空气系数只需微调，这样极大的简化了生产操作。
11.通过本发明的提供的方法，从根本上实现了回转窑的精益生产，生产的产品质量稳定，窑况稳定，极大的降低了回转窑生产的热耗，并本质上保障了生产的安全。
12.本发明的提供的方法实施的成本低，易实现，投运率高。
附图说明
13.图1是本发明的流程图。
具体实施方式
14.针对这些情况，本发明提供了一种石灰回转窑自动生产控制技术方案，用一种简单的方法可以较好的解决这种多变量的复杂控制问题，实现效果好，生产稳定，且实现成本低，投运率高。
15.技术方案1、石灰回转窑，一般包括废气引风机，废气除尘器，竖式预热器，回转窑、竖式冷却器，出料鳞板输送机，燃料供应系统等主要设备及其配套电机、风机、仪表的完整工艺生产线。
16.2、石灰回转窑，还包括配套的控制器（plc或dcs）、计算机、开发工具。
17.3、设定石灰的产量，设定产量的单位为吨每天，根据设定产量自动计算出需求的石灰石量，再计算出预热器的推头时间（单位秒），根据计算的时间周期循环控制推头动作，从而将石灰石按照需求加进回转窑内。
18.计算方法： ， 。
19.计算数据说明石灰系数：石灰和石灰石的比例，通过石灰石化验可以获得。
20.推料量：竖式预热器均匀环形配置了若干个推头，通过推头的顺序动作，将石灰石加入窑内，每个推头动作的行程固定，推入窑的石灰石体积一样，可以据此粗算出每次动作的推入的石灰石量，单位kg。
21.4、设定生产热耗，单位kcal每公斤，即生产1公斤石灰需要的消耗的综合热量，通过生产热耗、石灰产量、燃料热值可以自动计算出需要的燃料量。将计算的燃料量作为设定值，传送给高精度燃料供应系统，可以很容易实现对燃料的精确控制。
22.燃料量计算公式：。
23.计算数据说明燃料量：单位为kg/小时，此是燃料为煤粉时的单位，当为燃气类燃料时，燃料量单位变换为标立方每小时；设定热耗：单位为kcal/kg，此是燃料为煤粉时的单位，当为燃气类燃料时，单位为kcal/nm3；燃料热值：单位kcal/kg，化验数据获得，当为燃气类燃料时，单位为kcal/nm3。
24.5、设定空气系数，根据燃料量和空气系数，自动计算需要的燃烧空气量。对于以煤粉为燃料的石灰窑，进窑燃烧的空气包括一次风，二次风，喷枪输送风，考虑到一次风的主要用途是将煤粉形成较长燃烧火焰，输送风主要用途是保障一定的固气比，所以通常情况下，一次风和输送风不需要频繁调整，因此风量的控制就简化为了对二次风量的控制。通过控制二次风机的转速，可以实现风量的精确控制。
25.通过限定空气系数的最小值，可以保证一定的空气过剩量，从而从根本上保障了燃烧的安全性。
26.燃烧空气总量计算公式：；。
27.计算数据说明初始空气量：理论上完全燃烧单位燃料需要的空气量，单位nm3，为固定值，根据不同的燃料，该值有所不同；一次风空气量：单位nm3，通过安装在一次风管道上的流量计测量出来或者根据风机转速计算理论风量，实时变化；煤粉输送风量：单位nm3，通过安装在煤粉输送风管道上的流量计测量出来或者根据风机转速计算理论风量，实时变化；空气系数：无单位，通常取大于1.00的值，通过调整该值，可以调整进入的风量多少。
28.6、利用前述第3，第4，第5步骤方法，可以将回转窑燃烧控制的核心因素（物料、燃料、空气）简化分解为一系列明确的控制逻辑：由产量获得物料量和燃料量，由燃料量获得
空气量，实现了根据产量自动控制物料、燃料和空气。使用该方法，一定程度上实现了多目标，多参数的解耦控制。
29.7、利用前述第3，第4，第5步骤方法时，还要考虑使回转窑的窑头保持适度的负压，实现安全环保生产。回转窑燃烧后的烟气，经环保除尘器后由废气引风机排出，通过常规pid控制废气引风机的转速可以使窑头压力自动保持在设定的负压范围内，这个负压设定值（-5到-50pa）一般不需要改变。
30.当空气系数改变时，进气量的变化必然反应到窑头负压上，那么窑头负压控制器就可以及时响应并调整废气引风机转速大小，从而使负压控制在设定范围内。
31.8、利用前述第3，第4，第5步骤方法时，当原料稳定时，石灰系数、推料量可视为常数；当燃料稳定时，燃料热值可视为常数。这样，石灰回转窑的复杂调节控制呈现给操作者的只是产量、热耗、空气系数三个关键参数的调整。
32.设定产量后，仅需要微调热耗和空气系数，就可以很稳定可靠的完成生产。
33.9、石灰回转窑还包括出料量的控制，出料是通过竖式冷却器完成的。在冷却器上设计料位检测，通过控制竖式冷却器上的多个卸料器的振动频率变化将冷却器的料面控制在一定的料位上，从而完成出料量控制。这些控制都可以通过经典pid完成。
34.以一个实例说明本发明的方法： 1、一座1000t/d活性石灰回转窑生产线，配置了一台变频控制废气引风机，一套布袋废气除尘器，一台竖式预热器（18室），一台ф4.88
×
70m回转窑、一台竖式冷却器，一台出料鳞板输送机，一套燃料供应系统等主要设备，并配套相关电机、风机、仪表等。
35.2、配套的控制器采用西门子的1500系列plc，配置多台计算机，开发工具采用西门子的博图软件和wincc软件。
36.3、设定石灰的产量，设定产量为1000吨每天，通过石灰石化验可以获得石灰系数为0.52，根据设定产量自动计算出需求的石灰石量。
37.石灰石量=1000/0.52=1923吨。
38.粗算出每次动作的推入的石灰石量，既推料量为423公斤。
39.再计算出预热器的推头时间（单位秒）。
40.推头时间=(86400 * 423)/(1923 * 1000)=19秒。
41.通过plc程序很容易实现根据计算的时间周期循环控制18个推头动作，从而将石灰石按照需求加进回转窑内。
42.4、设定生产热耗，设定为980kcal每公斤，本实例使用的燃料是煤粉，由化验数据获得煤粉的平均热值为6750kcal/kg，计算需要的燃料量。
43.燃料量=(980 * 1000 * 1000)/(6750 * 24)=6049公斤。
44.将计算的燃料量作为设定值，通过plc通讯传送给本实例的高精度转子秤设备，转子秤通过本身的变频器可精确的控制给煤量，利用输送风机和煤粉喷枪，将煤粉吹进回转窑头进行燃烧。
45.5、设定空气系数，本实例中设定空气系数为1.12，根据燃料量和空气系数，自动计算需要的燃烧空气量，初始空气量取8标立方。
46.空气总量= 6049 * 1.12 * 8 = 54199标立方。
47.此时进窑的一次风空气量为2530标立方，进窑的煤粉输送风量为2520标立方，计
算需要的二次风量。
48.二次风量=54199
ꢀ‑ꢀ
2530
ꢀ‑ꢀ
2520 = 49149标立方。
49.将此风量做为二次风机控制的设定值，通过常规pid控制逻辑，控制二次风机变频转速，从而实现二次风量的控制。
50.6、通过第3，第4，第5步骤方法，将回转窑燃烧控制的核心因素（物料、燃料、空气）简化分解为一系列明确的控制逻辑：由产量获得物料量和燃料量，由燃料量获得空气量，实现了根据产量自动控制物料、燃料和空气。
51.完成了回转窑的核心控制逻辑后，其它控制如窑头负压和料面控制就比较简单采用常规pid控制器实现。
52.在本实例中，设置窑头负压为-30pa，在plc程序中，设置常规pid控制器，控制变频废气引风机的转速可以使窑头压力自动保持在设定的负压范围内。在冷却器上设计雷达料位检测，通过控制卸料器的振动频率变化将冷却器的料面控制在一定的料位上，从而完成出料量控制。通过本发明的提供的方法，可以将石灰回转窑的复杂调节控制简化为根据产量自动控制物料、燃料和空气。呈现给操作者的只是产量、热耗、空气系数三个关键参数的调整，而热耗和空气系数只需微调，这样极大的简化了生产操作。
53.通过本发明的提供的方法，从根本上实现了回转窑的精益生产，生产的产品质量稳定，窑况稳定，极大的降低了回转窑生产的热耗，并本质上保障了生产的安全。本发明的提供的方法实施的成本低，易实现，投运率高。
54.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。