CN104534504B - 一种回转窑燃烧控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种回转窑燃烧控制装置及方法，属于回转窑燃烧设备及方法技术领域，用于钒生产过程中的回转窑燃烧控制。其技术方案是：本发明利用煤气成分分析仪表及烟气含氧量测量仪表，构建空燃比自动计算模型，使空燃比实时自动计算，并将经验空燃比值同时引入自动控制系统中，预防分析仪表出现故障时，系统可以继续自动控制，做到真正的回转窑智能优化控制系统。回转窑燃烧自动控制方式采用煤气单回路控制，克服现有燃烧控制采用交叉限幅或前馈等复杂控制方式，参数不宜整定、不宜投用，系统稳定时间长等缺点。本发明简单实用、易于实现，可以将回转窑温度偏差控制在±5℃的范围内，降低转炉煤气消耗3%，提高钒的转化率3%以上，带来可观的经济效益。

Description

一种回转窑燃烧控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种生产钒的回转窑燃烧控制装置，属于回转窑燃烧控制设备及方法技术领域。

背景技术

回转窑是钒生产的重要设备之一，回转窑的生产过程的关键是自动控制的程度和水平，这关系到回转窑在同等生产条件下能否实现钒的高转化率、窑的稳定运行、杜绝有害物排放和煤气能耗高低。在回转窑的生产过程中，实现节能减排和提高转化率是回转窑生产追求的目标，其中特别重要的是煤气的合理燃烧，使能量得到充分利用。但是在实际生产中，由于煤气热值波动、压力不稳定、空燃比设定不合理等原因，经常造成回转窑温度波动大、钒渣的转化率低、能耗增加等问题。

炉窑的燃烧控制与优化问题一直被称为是世界性难题，很多公司为此进行过长期的研究，国外普遍基于物料平衡和能量平衡的复杂数学模型，而我国基本思路是采用先进的控制理论和以废气含氧量等为优化目标。但由于控制思想和数学模型复杂、实施难度大、对现场条件要求苛刻和严重偏离现场实际情况等原因，很难使燃烧装置运行达到最佳。燃烧控制基本依靠操作人员经验手工操作，由于操作员控制水平参差不齐，造成回转窑煤气消耗增大，钒的烧损增加、转化率降低，结块严重，这种情况至今没有得到有效解决，对钒的稳定生产是非常不利的。因此开发一种适合国情、易于实施的回转窑控制装置及方法具有重大的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种回转窑燃烧控制装置及方法，这种装置和方法可以使转炉回转窑燃烧过程处于全自动控制状态，实现回转窑的空气与煤气自动配比，以达到节能减排和提高钒转化率的目的。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种回转窑燃烧控制装置，它的回转窑煤气管道、助燃风管道、烟道分别与回转窑连接，回转窑煤气管道上依次安装煤气成分测量装置、煤气流量测量装置、煤气流量调节装置、煤气压力测量装置、煤气温度测量装置，助燃风管道上依次安装助燃风流量测量装置、助燃风流量调节装置、助燃风压力测量装置、助燃风温度测量装置，在回转窑的外壁上安装有回转窑无线测温装置，烟道上依次安装烟道温度测量装置和烟道含氧量测量装置，上述煤气流量测量装置、煤气流量调节装置、煤气压力测量装置、煤气温度测量装置、助燃风流量测量装置、助燃风流量调节装置、助燃风压力测量装置、助燃风温度测量装置、回转窑无线测温装置、烟道温度测量装置、烟道含氧量测量装置和煤气成分测量装置的输出电信号与输入模件连接，煤气流量调节装置、助燃风流量调节装置的输入电信号与输出模件连接，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上。

上述回转窑燃烧控制装置，所述煤气流量测量装置和助燃风流量测量装置分别为标准节流装置，煤气压力测量装置和助燃风压力测量装置分别为压力变送器，煤气温度测量装置、助燃风温度测量装置和烟道温度测量装置分别为热电偶或热电阻，煤气流量调节装置和助燃风流量调节装置分别为调节阀或变频器、烟道含氧量测量装置为氧化锆分析仪、煤气成分测量装置为煤气分析专用气相色谱仪或煤气在线分析仪。

上述回转窑燃烧控制装置，所述回转窑无线测温装置由温度测量装置、发射装置和接收装置组成，温度测量装置与发射装置连接并且安装在回转窑的外壁上，接收装置安装在操作室。

上述回转窑燃烧控制装置，所述接口模件与显示器件连接，接口模件为工业交换机、以太网模板、现场总线模板，显示器件为工业计算机或工业触摸屏。

一种使用上述回转窑燃烧控制装置的回转窑燃烧控制方法，它采用以下步骤：

1.确定转炉煤气成分

a.将转炉煤气成分换算成100％的干转炉煤气成分

由煤气成分测量装置获得转炉煤气成分的百分含量(％),或利用显示器件由回转窑操作工输入煤气化验成分，将转炉煤气成分换算成100％的干转炉煤气成分，各组分百分含量换算如下：

(CO″₂)＝n(CO₂)

(CO″)＝n(CO)

(H″₂)＝n(H₂)

$\left(N_2^{\′\′}\right)=n\[\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)\]$

$n=\frac{100}{\left({\mathrm{CO}}_2\right)+\left(CO\right)+\left(H_2\right)+\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)}$

或

式中：(CO₂)、(CO)、(H₂)、(O₂)——煤气的化验成分，％；

(CO″₂)、(CO″)、(H″₂)、(N″₂)——换算后的干转炉煤气成分，％；

n——换算系数。

b.将干转炉煤气成分换算成湿转炉煤气

若已知煤气含水的体积百分数，用下式换算：

若已知干转炉煤气含水的重量(g/m³)，用下式换算：

式中：V_湿——湿转炉煤气中各组分的体积含量，％；

V_干——干转炉煤气中各组分的体积含量，％；

(H₂O)——湿转炉煤气中含水的体积，％；

——1m³干转炉煤气所能吸收的饱和水蒸汽量，g/m³。

算出湿转炉煤气成分：

湿转炉煤气的CO₂成分为

湿转炉煤气的CO成分为

湿转炉煤气的H₂成分为

湿转炉煤气的N₂成分为

2.计算空燃比

a.将烟道含氧量测量装置测得的含氧量换算成空气过剩系数

由烟道含氧量测量装置获得烟道的烟气含氧量，利用下式计算空气过剩系数：

μ＝21/(21-O₂)＝L_n/L₀

式中：μ——空气过剩系数，一般为1.05～1.25；O₂——烟气中含氧量，％；21——空气中含氧量；L_n——燃烧1m³转炉煤气的实际空气量，m³；L₀——燃烧1m³转炉煤气的理论空气量，m³。

b.确定燃烧计算表

当空气过剩系数μ＝1.0时，每100m³空气带入的O₂的体积为

当空气过剩系数μ时，每100m³空气带入的O₂的体积为

c.燃烧1m³转炉煤气的理论空气量L₀为：

$L_0=\[0.5\left({\mathrm{CO}}^{\′\′}\right)+0.5\left(H_2^{\′\′}\right)\]\×\[\frac{100-\left(H_{2}O\right)}{100}\]/21\left(m^3\right).$

d.燃烧1m³转炉煤气的实际空气量L_n为：

$L_n={\mathrm{\μL}}_0=\[0.5\left({\mathrm{CO}}^{\′\′}\right)+0.5\left(H_2^{\′\′}\right)\]\×\[\frac{100-\left(H_{2}O\right)}{100}\]/21\×\mathrm{\μ}\left(m^3\right).$

e.得到理论空燃比β₀＝L₀/1＝L₀，实际空燃比β_n＝L_n/1＝L₀×μ。

本步骤的实际空燃比β_n，当CPU控制器件和烟道含氧量测量装置发生故障时，利用显示器件，回转窑操作工根据手动烧炉的操作经验，输入经验空燃比初始值，不影响计算。

3.回转窑燃烧自动控制方式如下：

主回路为煤气控制回路，采用PID温度单回路调节方式，回转窑温度为设定值，根据温度设定值，由CPU控制器件调节煤气流量调节装置，使煤气流量发生变化；副回路为助燃风控制回路，助燃风流量的调节采用实际空燃比β_n与煤气流量调节装置的位置反馈值的乘积作为助燃风流量调节装置的位置开度值；

煤气控制回路由于煤气压力波动较大，使煤气流量波动较大，控制采用简单实用的PID控制，能够很好的克服扰动的影响。助燃风控制回路由于助燃风压力稳定，流量波动较小，采用实际空燃比直接控制助燃风流量调节装置的位置开度值的方式，使助燃风流量很快稳定；当转炉煤气成分发生变化和回转窑烟气含氧量发生变化时，实际空燃比β_n发生变化，两个回路控制，最终将回转窑温度按实际空燃比β_n控制在给定的数值上；

同时，CPU控制器件还对煤气流量调节装置和助燃风流量调节装置的位置开度值的上下限值进行限制，限制值在0-100％的范围内任意设定，最终使回转窑燃烧自动控制安全稳定可靠。

本发明的有益之处在于：

本发明利用煤气成分在线或离线分析仪表及烟气含氧量测量仪表，构建空燃比自动计算模型，使空燃比实时自动计算，并将操作工人工经验所获得的空燃比值同时引入自动控制系统中，预防分析仪表出现故障时，系统可以继续自动控制，做到真正的回转窑智能优化控制系统。回转窑燃烧自动控制方式采用煤气单回路控制，克服现有燃烧控制采用交叉限幅或前馈等复杂控制方式，参数不宜整定、不宜投用，系统稳定时间长等缺点。本发明简单实用、易于实现。实际运行表明，本发明可以将回转窑温度偏差控制在±5℃的范围内，降低转炉煤气消耗3％，提高钒的转化率3％以上，带来可观的经济效益。

附图说明

图1是本发明的回转窑燃烧控制装置结构示意图。

图中标记如下：煤气管道1、煤气流量测量装置2、煤气流量调节装置3、煤气压力测量装置4、煤气温度测量装置5、助燃风管道6、助燃风流量测量装置7、助燃风流量调节装置8、助燃风压力测量装置9、助燃风温度测量装置10、回转窑无线测温装置11、烟道温度测量装置12、烟道含氧量测量装置13、煤气成分测量装置14、输入模件15、输出模件16、电源模件17、CPU控制器件18、接口模件19、总线底板模件20、显示器件21、回转窑22、烟道23。

具体实施方式

图中显示，本发明包括煤气流量测量装置2、煤气流量调节装置3、煤气压力测量装置4、煤气温度测量装置5、助燃风流量测量装置7、助燃风流量调节装置8、助燃风压力测量装置9、助燃风温度测量装置10、回转窑无线测温装置11、烟道温度测量装置12、烟道含氧量测量装置13和煤气成分测量装置14。本发明还包括输入模件15、输出模件16、电源模件17、CPU控制器件18、接口模件19、总线底板模件20和显示器件21。其中：输入模件15、输出模件16、电源模件17、CPU控制器件18、接口模件19、总线底板模件20和显示器件21均为PLC或DCS标准硬件。

图中显示，煤气管道1、助燃风管道6分别与回转窑22连接，煤气管道1上依次安装煤气成分测量装置14、煤气流量测量装置2、煤气流量调节装置3、煤气压力测量装置4、煤气温度测量装置5，以上装置根据煤气管道1实际长度留足安装距离。煤气流量测量装置2、煤气压力测量装置4和煤气温度测量装置5组成具有温压补偿功能的煤气流量测量系统，煤气流量调节装置3是煤气管道1的煤气流量调节的执行单元。煤气成分测量装置14可以安装在化验室，为化验室煤气分析仪，或为安装在煤气管道1上的煤气在线分析仪表。

图中显示，助燃风管道6上依次安装助燃风流量测量装置7、助燃风流量调节装置8、助燃风压力测量装置9、助燃风温度测量装置10，以上装置根据助燃风管道6实际长度留足安装距离。助燃风流量测量装置2、助燃风压力测量装置4和助燃风温度测量装置5组成具有温压补偿功能的助燃风流量测量系统，助燃风流量调节装置3是助燃风管道6的助燃风流量调节的执行单元。

图中显示，回转窑无线测温装置11由温度测量装置、发射装置和接收装置组成，温度测量装置与发射装置连接并且安装在回转窑22的外壁上，与回转窑22一同旋转，接收装置安装在操作室或地面其他合适位置，发射装置和接收装置之间通过无线方式传输数据。

图中显示，烟道23与回转窑22连接，烟道23上依次安装烟道温度测量装置12和烟道含氧量测量装置13。

图中显示，煤气成分测量装置14、煤气流量测量装置2、煤气流量调节装置3、煤气压力测量装置4、煤气温度测量装置5、助燃风流量测量装置7、助燃风流量调节装置8、助燃风压力测量装置9、助燃风温度测量装置10、回转窑无线测温装置11的接收装置、烟道温度测量装置12、烟道含氧量测量装置13和煤气成分测量装置14的输出电信号与输入模件15连接。煤气流量调节装置3、助燃风流量调节装置8的输入电信号与输出模件16连接。输入模件15、输出模件16、电源模件17、CPU控制器件18、接口模件19通过总线底板模件20连接并安装在总线底板模件20上。

图中显示，煤气流量测量装置2和助燃风流量测量装置7分别为标准节流装置，煤气压力测量装置4和助燃风压力测量装置9分别为压力变送器，煤气温度测量装置5、助燃风温度测量装置10和烟道温度测量装置12分别为热电偶或热电阻，煤气流量调节装置3和助燃风流量调节装置8分别为调节阀或变频器、烟道含氧量测量装置13为氧化锆分析仪、煤气成分测量装置14为煤气分析专用气相色谱仪或煤气分析仪，煤气在线分析仪安装在煤气管道1上。

图中显示，接口模件19与显示器件21连接，接口模件19为工业交换机、以太网模板、现场总线，显示器件21为工业计算机或工业触摸屏。

本发明的一个实施例中的部分器件型号如下：

煤气管道1的规格为焊接钢管φ416*8；助燃风管道2的规格为焊接钢管φ520*10；煤气流量测量装置2为环形孔板配差压变送器，孔板型号为LGH，差压变送器为EJA110A；煤气流量调节装置3为ZKJW-0.6S型电动调节蝶阀，DN400；煤气压力测量装置4为EJA530A型压力变送器；煤气温度测量装置5为WZP-240型热电阻；助燃风流量测量装置7为标准节流装置配差压变送器，孔板型号为LGB，差压变送器为EJA110A；助燃风流量调节装置8为ZKJW-0.6S型电动调节蝶阀，DN500；助燃风压力测量装置9为EJA530A型压力变送器；助燃风温度测量装置10为WZP-240型热电阻；回转窑无线测温装置11的温度测量装置为WRN-130型热电偶，发射装置和接收装置为LDT-2003型仪表；烟道温度测量装置12为WRK-240型热电偶；烟道含氧量测量装置13为RHO-702型高温直插氧分析仪；煤气成分测量装置14为GS-101M煤气自动分析仪。

输入模件15的型号为AI810和DI810；输出模件16的型号为AO810和DO810；电源模件17的型号为SA811F；CPU控制器件18的型号为PM803F；接口模件19的型号为Moxa EDS-G205、CI840、EI813F和FI830F；总线底板模件20的型号为RLM01、TU847和TU810V1；显示器件21的型号为研华IPC-610H型工控机。

以上部分器件均为市场上成型的仪表设备、PLC或DCS系统成熟产品。

本发明的使用上述回转窑燃烧控制装置的回转窑燃烧控制方法采用以下步骤：

A.确定转炉煤气成分

a.将转炉煤气成分换算成100％的干转炉煤气成分

由煤气成分测量装置14获得转炉煤气成分的百分含量(％),或利用显示器件21由回转窑操作工输入表1的煤气化验成分，将转炉煤气成分换算成100％的干转炉煤气成分。各组分百分含量换算如下：

(CO″₂)＝n(CO₂)

(CO″)＝n(CO)

(H″₂)＝n(H₂)

$\left(N_2^{\′\′}\right)=n\[\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)\]$

$n=\frac{100}{\left({\mathrm{CO}}_2\right)+\left(CO\right)+\left(H_2\right)+\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)}$

或

式中：(CO₂)、(CO)、(H₂)、(O₂)——煤气的化验成分，％；

(CO″₂)、(CO″)、(H″₂)、(N″₂)——换算后的干转炉煤气成分，％；

n——换算系数。

转炉煤气化验成分如表1所示。

表1转炉煤气化验成分(％)

b.将干转炉煤气成分换算成湿转炉煤气

若已知煤气含水的体积百分数，用下式换算：

若已知干转炉煤气含水的重量(g/m³)，用下式换算：

式中：V_湿——湿转炉煤气中各组分的体积含量，％；

V_干——干转炉煤气中各组分的体积含量，％；

(H₂O)——湿转炉煤气中含水的体积，％；

——1m³干转炉煤气所能吸收的饱和水蒸汽量，g/m³。

算出湿转炉煤气成分，如表2所示。

表2转炉煤气成分整理表(％)

B.计算空燃比

a.将烟道含氧量测量装置13测得的含氧量换算成空气过剩系数

由烟道含氧量测量装置13获得烟道23的烟气含氧量，利用下式计算空气过剩系数：

μ＝21/(21-O₂)＝L_n/L₀

式中：μ——空气过剩系数，一般为1.05～1.10；O₂——烟气中含氧量，％；21——空气中含氧量；L_n——燃烧1m³转炉煤气的实际空气量，m³；L₀——燃烧1m³转炉煤气的理论空气量，m³。

b.确定燃烧计算表，如表3所示。

表3燃烧计算表

c.燃烧1m³转炉煤气的理论空气量L₀为：

$L_0=\[0.5\left({\mathrm{CO}}^{\′\′}\right)+0.5\left(H_2^{\′\′}\right)\]\×\[\frac{100-\left(H_{2}O\right)}{100}\]/21\left(m^3\right).$

d.燃烧1m³转炉煤气的实际空气量L_n为：

$L_n={\mathrm{\μL}}_0=\[0.5\left({\mathrm{CO}}^{\′\′}\right)+0.5\left(H_2^{\′\′}\right)\]\×\[\frac{100-\left(H_{2}O\right)}{100}\]/21\×\mathrm{\μ}\left(m^3\right).$

e.得到理论空燃比β₀＝L₀/1＝L₀，实际空燃比β_n＝L_n/1＝L₀×μ。

本步的实际空燃比β_n，当CPU控制器件18和烟道含氧量测量装置13发生故障时，利用显示器件21，回转窑操作工根据手动烧炉的操作经验，输入经验空燃比初始值，不影响步骤C的计算。

C.回转窑燃烧自动控制方式如下：

主回路为煤气控制回路，采用PID温度单回路调节方式，回转窑温度为设定值，根据温度设定值，由CPU控制器件18调节煤气流量调节装置3，使煤气流量发生变化。副回路为助燃风控制回路，助燃风流量的调节采用实际空燃比β_n与煤气流量调节装置3的位置反馈值的乘积作为助燃风流量调节装置8的位置开度值；

煤气控制回路由于煤气压力波动较大，使煤气流量波动较大，控制采用简单实用的PID控制，能够很好的克服扰动的影响。助燃风控制回路由于助燃风压力稳定，流量波动较小，采用实际空燃比直接控制助燃风流量调节装置8的位置开度值的方式，使助燃风流量很快稳定。当转炉煤气成分发生变化和回转窑烟气含氧量发生变化时，实际空燃比β_n发生变化，两个回路控制，最终将回转窑温度按实际空燃比β_n控制在给定的数值上；

同时，CPU控制器件18还对煤气流量调节装置3和助燃风流量调节装置8的位置开度值的上下限值进行限制，限制值在0-100％的范围内任意设定，最终使回转窑燃烧自动控制安全稳定可靠。

本发明的一个实施例如下：

某钒厂回转窑，转炉煤气流量0-8000Nm³/h，煤气压力0-16kPa，助燃风流量0-12000Nm³/h，助燃风压力0-16kPa，转炉煤气化验成分如表4所示。

它的回转窑燃烧控制的方法采用以下步骤：

A.确定转炉煤气成分

a.将转炉煤气成分换算成100％的干转炉煤气成分

由煤气成分测量装置14获得转炉煤气成分的百分含量(％),或利用显示器件21由回转窑操作工输入表4的煤气化验成分，将转炉煤气成分换算成100％的干转炉煤气成分。各组分百分含量换算如下：

(CO″₂)＝n(CO₂)

(CO″)＝n(CO)

(H″₂)＝n(H₂)

$\left(N_2^{\′\′}\right)=n\[\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)\]$

$n=\frac{100}{\left({\mathrm{CO}}_2\right)+\left(CO\right)+\left(H_2\right)+\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)}$

或

式中：(CO₂)、(CO)、(H₂)、(O₂)——煤气的化验成分，％；

(CO″₂)、(CO″)、(H″₂)、(N″₂)——换算后的干转炉煤气成分，％；

n——换算系数。

转炉煤气化验成分如表4所示。

表4转炉煤气化验成分(％)

带入表4的数据，

则：(CO″₂)＝n(CO₂)＝1.066×18.8＝20.1

(CO″)＝n(CO)＝1.066×58.1＝61.9

(H″₂)＝n(H₂)＝1.066×1.5＝1.6

$\left(N_2^{\′\′}\right)=n\[\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)\]=1.066\×(20.3-\frac{79}{21}\×1.3)=16.4$

b.将干转炉煤气成分换算成湿转炉煤气

若已知煤气含水的体积百分数，用下式换算：

若已知干转炉煤气含水的重量(g/m³)，用下式换算：

式中：V_湿——湿转炉煤气中各组分的体积含量，％；

V_干——干转炉煤气中各组分的体积含量，％；

(H₂O)——湿转炉煤气中含水的体积，％；

——1m³干转炉煤气所能吸收的饱和水蒸汽量，g/m³。

已知煤气含水10％，则算出湿转炉煤气成分，如表5所示。

表5转炉煤气成分整理表(％)

B.计算空燃比

a.将烟道含氧量测量装置13测得的含氧量换算成空气过剩系数

由烟道含氧量测量装置13获得烟道23的烟气含氧量，利用下式计算空气过剩系数：

μ＝21/(21-O₂)＝L_n/L₀

式中：μ——空气过剩系数，一般为1.05～1.25；O₂——烟气中含氧量，％；21——空气中含氧量；L_n——燃烧1m³转炉煤气的实际空气量，m³；L₀——燃烧1m³转炉煤气的理论空气量，m³。

本实施例中：烟道含氧量测量装置13获得烟道23的烟气含氧量O₂＝3，

μ＝21/(21-3)＝1.17。

b.确定燃烧计算表，如表6所示。

表6燃烧计算表

c.燃烧1m³转炉煤气的理论空气量L₀为：

L₀＝28.55/21＝1.36(m³)。

d.燃烧1m³转炉煤气的实际空气量L_a为：

L_n＝μL₀＝0.577μ＝1.36×1.17＝1.59(m³)。

e.得到理论空燃比β₀＝L₀/1＝1.36，实际空燃比β_n＝L_n/1＝1.59。

本步的实际空燃比β_n，当煤气成分分析单元22和烟道含氧量测量装置13发生故障时，利用显示器件21，回转窑操作工根据手动烧炉的操作经验，输入经验空燃比初始值，不影响步骤3的计算。

C.回转窑燃烧自动控制方式如下:

主回路为煤气控制回路，采用PID温度单回路调节方式，回转窑温度设定值T＝450℃，PID参数分别为比例度P＝0.5，积分时间T_i＝5min，由CPU控制器件18调节煤气流量调节装置3，使煤气流量发生变化。副回路为助燃风控制回路，助燃风流量的调节采用实际空燃比1.59与煤气流量调节装置3的位置反馈值的乘积作为助燃风流量调节装置8的位置开度值。当转炉煤气成分发生变化和回转窑烟气含氧量发生变化时，实际空燃比1.59发生变化，两个回路控制，最终将回转窑温度按实际空燃比1.59控制在给定的数值(450±5)℃上。

CPU控制器件18还对煤气流量调节装置3和助燃风流量调节装置8的位置开度值的上下限值进行限制，最小开度限制值为20％、最大开度限制值为95％，最终使回转窑燃烧自动控制安全稳定可靠。

Claims (5)

1.一种回转窑燃烧控制装置，它的回转窑煤气管道(1)、助燃风管道(6)、烟道(23)分别与回转窑(22)连接，其特征在于：回转窑煤气管道(1)上依次安装煤气成分测量装置(14)、煤气流量测量装置(2)、煤气流量调节装置(3)、煤气压力测量装置(4)、煤气温度测量装置(5)，助燃风管道(6)上依次安装助燃风流量测量装置(7)、助燃风流量调节装置(8)、助燃风压力测量装置(9)、助燃风温度测量装置(10)，在回转窑(22)的外壁上安装有回转窑无线测温装置(11)，烟道(23)上依次安装烟道温度测量装置(12)和烟道含氧量测量装置(13)，上述煤气流量测量装置(2)、煤气流量调节装置(3)、煤气压力测量装置(4)、煤气温度测量装置(5)、助燃风流量测量装置(7)、助燃风流量调节装置(8)、助燃风压力测量装置(9)、助燃风温度测量装置(10)、回转窑无线测温装置(11)、烟道温度测量装置(12)、烟道含氧量测量装置(13)和煤气成分测量装置(14)的输出电信号与输入模件(15)连接，煤气流量调节装置(3)、助燃风流量调节装置(8)的输入电信号与输出模件(16)连接，输入模件(15)、输出模件(16)、电源模件(17)、CPU控制器件(18)、接口模件(19)通过总线底板模件(20)连接并安装在总线底板模件(20)上。

2.根据权利要求1所述的回转窑燃烧控制装置，其特征在于：所述煤气流量测量装置(2)和助燃风流量测量装置(7)分别为标准节流装置，煤气压力测量装置(4)和助燃风压力测量装置(9)分别为压力变送器，煤气温度测量装置(5)和助燃风温度测量装置(10)分别为热电偶或热电阻，煤气流量调节装置(3)和助燃风流量调节装置(8)分别为调节阀或变频器、烟道含氧量测量装置(13)为氧化锆分析仪、煤气成分测量装置(14)为煤气分析专用气相色谱仪或煤气分析仪。

3.根据权利要求2所述的回转窑燃烧控制装置，其特征在于：所述回转窑无线测温装置(11)由温度测量装置、发射装置和接收装置组成，温度测量装置与发射装置连接并且安装在回转窑(22)的外壁上，接收装置安装在操作室。

4.根据权利要求3所述的回转窑燃烧控制装置，其特征在于：所述接口模件(19)与显示器件(21)连接，接口模件(19)为工业交换机、以太网模板、现场总线模板，显示器件(21)为工业计算机或工业触摸屏。

5.一种使用权利要求1-4任意一种回转窑燃烧控制装置的回转窑燃烧控制方法，其特征在于：它采用以下步骤：

A.确定转炉煤气成分

a.将转炉煤气成分换算成100％的干转炉煤气成分由煤气成分测量装置(14)获得转炉煤气成分的百分含量(％),或利用显示器件(21)由回转窑操作工输入煤气化验成分，将转炉煤气成分换算成100％的干转炉煤气成分，各组分百分含量换算如下：

(CO〃₂)＝n(CO₂)

(CO〃)＝n(CO)

(H〃₂)＝n(H₂)

$\begin{array}{c}\left(N_2^{\′\′}\right)=n\[\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)\]\\ n=\frac{100}{\left({\mathrm{CO}}_2\right)+\left(CO\right)+\left(H_2\right)+\left(N_2\right)-\frac{79}{21}\left(O_2\right)}\end{array}$

或

式中：(CO₂)、(CO)、(H₂)、(O₂)——煤气的化验成分，％；

(CO〃₂)、(CO〃)、(H〃₂)、(N〃₂)——换算后的干转炉煤气成分，％；

n——换算系数；b.将干转炉煤气成

分换算成湿转炉煤气若已知煤气含水的体积

百分数，用下式换算：

若已知干转炉煤气含水的重量(g/m³)，用下式换算：

式中：V_湿——湿转炉煤气中各组分的体积含量，％；V

_干——干转炉煤气中各组分的体积含量，％；

(H₂O)——湿转炉煤气中含水的体积，％；

干转炉煤气所能吸收的饱和水蒸汽量，

算出湿转炉煤气成分：

湿转炉煤气的CO₂成分为

湿转炉煤气的CO成分为

湿转炉煤气的H₂成分为

湿转炉煤气的N₂成分为

B.计算空燃比a.将烟道含氧量测量装置(13)测得的含氧量换算成空气过剩系数由烟道含氧量测量装置(13)获得烟道(23)的烟气含氧量，利用下式计

算空气过剩系数：

μ＝21/(21-O₂)＝L_n/L₀

式中：μ——空气过剩系数，一般为1.05～1.25；O₂——烟气中含氧量，％；21——空气中含氧量；L_n——燃烧1m³转炉煤气的实际空气量，m³；L₀——燃烧1m³转炉煤气的理论空气量，m³；b.确定燃烧计算

表

当空气过剩系数μ＝1.0时，每100m³空气带入的O₂的体积为

当空气过剩系数μ时，每100m³空气带入的₂O的体积为

c.燃烧1m³转炉煤气的理论空气量L₀为：

d.燃烧1m³转炉煤气的实际空气量L_n为：

$L_n=\mathrm{\μ}{L}_0=[0.5(\mathrm{CO}\″)+0.5\left(H_2^{\″}\right)]\×\left[\frac{100-\left(H_{2}O\right)}{100}\right]\×\mathrm{\μ}\left(m^3\right);$

e.得到理论空燃比β₀＝L₀/1＝L₀，实际空燃比β_n＝L_n/1＝L₀×μ；本步骤的实际空燃比β_n，当CPU控制器件(18)和烟道含氧量测量装置(13)

发生故障时，利用显示器件(21)，回转窑操作工根据手动烧炉的操作经验，输入经验空燃比初始值，不影响计算；

C.回转窑燃烧自动控制方式如下：

主回路为煤气控制回路，采用PID温度单回路调节方式，回转窑温度为设定值，根据温度设定值，由CPU控制器件(18)调节煤气流量调节装置(3)，使煤气流量发生变化；副回路为助燃风控制回路，助燃风流量的调节采用实际空燃比β_n与煤气流量调节装置(3)的位置反馈值的乘积作为助燃风流量调节装置(8)的位置开度值；

当转炉煤气成分发生变化和回转窑烟气含氧量发生变化时，实际空燃比β_n发生变化，两个回路控制，最终将回转窑温度按实际空燃比β_n控制在给定的数值上；

同时，CPU控制器件(18)还对煤气流量调节装置(3)和助燃风流量调节装置(8)的位置开度值的上限值和下限值进行限制，上限值和下限值在0-100％的范围内任意设定，最终使回转窑燃烧自动控制安全稳定可靠。