CN107388260A - 用于逆流式回转窑系统的控制方法和控制系统 - Google Patents

用于逆流式回转窑系统的控制方法和控制系统 Download PDF

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朱亮
钱中华
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洪益州
杨应永
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Abstract

本发明提供了一种用于逆流式回转窑系统的控制方法和控制系统，所述控制方法包括：通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度；通过调节电源的频率，控制所述回转窑的转速和转动角度，从而控制废料在所述回转窑中的停留时间；以及基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例。本发明解决了逆流式回转窑的转速控制、燃烧控制安全可靠的问题，满足回转窑设备的复杂相互联动控制要求，提高了控制系统的可靠性和抗干扰性。

Description

用于逆流式回转窑系统的控制方法和控制系统
技术领域
本发明涉及工业废物处理领域，具体而言涉及用于逆流式回转窑系统的控制方法和控制系统。
背景技术
随着各种工业的快速发展，给经济带来了快速增长，然而各种工业废物的处理在我国国内仍处于粗放式的填埋为主，但随着土地资源紧缺以及环境保护等问题，现在国家正在积极推广其他处理方法，焚烧是目前最有效的无害化和减量化的废物处理方法。
逆流式回转窑系统是其中的一种废物处理系统，如图1所示是逆流式回转窑系统的结构示意图。该系统通过调节入口风量，可以控制危险废弃物进行从热解到完全燃烧的过程，其逆流式进料方式巧妙地把固相废物和气相废物的焚烧分离，加长二次燃烧室，可以减小回转窑尺寸，整体工艺具有设备小巧、燃尽率高、运营成本低、无结焦等优点。
逆流式回转窑系统运行的状况直接影响到整个系统的焚烧的稳定、设备安全，因此，有必要提出一种用于逆流式回转窑系统的控制方法和控制系统，以解决现有的技术问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供一种用于逆流式回转窑系统的控制方法，包括：
通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度；
通过调节电源的频率，控制所述回转窑的转速和转动角度，从而控制废料在所述回转窑中的停留时间；以及
基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例。
进一步地，基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例还包括：控制所述一次风由窑尾风门进入，并通过调整窑内负压和所述窑尾风门大小来控制所述一次风的进风量。
进一步地，基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例还包括：控制所述二次风从窑头与固定段连接缝隙处进入，并通过调节缝隙面积及窑内外压差来控制所述二次风的进风量。
根据本发明的一个实施例，进一步包括：当所述回转窑的温度升高时，控制所述回转窑的转速增加；当所述回转窑的温度降低时，控制所述回转窑的转速减少。
进一步地，通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度还包括：当所述回转窑内温度的温度变化率大于预定温变率时，控制所述回转窑的转速随之线性变化。
根据本发明的一个实施例，控制所述回转窑的转速在预定的最大值和最小值之间变化。
根据本发明的一个实施例，所述预定温度包括800℃～900℃。
根据本发明的一个实施例，所述预定温度包括850℃。
根据本发明的一个实施例，所述预定温变率包括25℃/50s～35℃/50s。
根据本发明的一个实施例，所述预定温变率包括30℃/50s。
本发明的另一方面还提供了一种用于逆流式回转窑系统的控制系统，包括：温度控制模块、转动控制模块和风量控制模块，其中，
所述温度控制模块用于通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度；
所述转动控制模块用于通过调节电源的频率，控制所述回转窑的转速和转动角度，从而控制废料在所述回转窑中的停留时间；以及
所述风量控制模块用于基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例。
进一步地，所述转动控制模块进一步包括转速控制器和转角控制器。
进一步地，所述风量控制模块进一步包括一次风控制器和二次风控制器。
本发明解决了逆流式回转窑的转速控制、燃烧控制安全可靠的问题，满足回转窑设备的复杂相互联动控制要求，提高了控制系统的可靠性和抗干扰性。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理和装置。
附图中：
图1示出了逆流式回转窑系统的结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的用于逆流式回转窑系统的控制系统的结构框图；以及
图3示出了用于实现本发明的控制方法的控制系统的模块结构框图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构以及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
为了更加清楚地理解本发明，下面简单介绍逆流式回转窑系统的主要系统单元之一——逆流式回转窑。
与顺流式回转窑不同的是，逆流式回转窑的废料从窑头进入，助燃空气(一次风)从窑尾进入，两者在窑内的流向相反。废料进入回转窑以后，首先接触高温、氧含量低的烟气，进行热解，产生大量可燃气体进入二燃室；废料向窑尾行进中，接触的助燃空气氧含量越来越高，使废料充分燃烧。焚烧后的灰渣由窑尾的一次风冷却至150℃左右进入渣仓，定期送到安全填埋场进行填埋处理。
上述逆流式回转窑系统通过调节入口风量，可以控制危险废弃物进行从热解到完全燃烧的过程，其逆流式进料方式巧妙地把固相废物和气相废物的焚烧分离，加长二次燃烧室，可以减小回转窑尺寸，整体工艺具有设备小巧、燃尽率高、运营成本低、无结焦等优点。
针对逆流式回转窑系统，本发明提供了一种用于逆流式回转窑系统的控制系统和控制方法。
图2示出了根据本发明的实施例的用于逆流式回转窑系统的控制系统的结构框图。如图2所示，控制系统10包括现场控制站100、上位机200和受控设备300。现场控制站100连接上位机200和受控设备300。现场控制站100根据上位机200的命令进行操作以控制受控设备300，从而实现根据本发明实施例的用于逆流式回转窑系统的控制方法。
其中，现场控制站100的控制器可采用工业上通用的控制设备，示例性地，可采用西门子S7-400系列的PLC(可编程逻辑)控制器作为现场控制站100的控制器，该控制器是工业上成熟通用的控制器，带以太网通信接口。
其中，上位机200可采用DELL工程师站。
根据本发明的实施例的用于逆流式回转窑系统的控制方法包括：通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度；通过调节电源的频率，控制所述回转窑的转速和转动角度，从而控制废料在所述回转窑中的停留时间；以及基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例。
其中，电源的频率升高，回转窑的转速增加；电源的频率降低，回转窑的转速减小。
其中，所述预定温度可以在上位机200处进行设定。例如，所述预定温度可包括800℃～900℃。示例性地，所述预定温度设置为850℃。具体地，当回转窑内的温度升高时，可控制回转窑的转速增加，这样回转窑摇摆一次(即反转1圈正转1圈)所用的时间变短，从而废料在回转窑内的停留时间变短，进而降低回转窑内的温度；反之，当回转窑内的温度降低时，可控制回转窑的转速减少，这样回转窑摇摆一次(即反转1圈正转1圈)所用的时间变长，从而废料在回转窑内的停留时间变长，进而升高回转窑内的温度。
其中，设置摇摆功能的目的在于：控制回转窑按一定转速一定角度来回转动，让废料在窑内翻转，增加废料停留时间，让废料燃烧更充分。在本发明的一个实施例中，回转窑的摇摆功能是一定的，即按设定的工况参数来调整。例如，按转速0.25r/min，回转角度360度计算，摇摆1次(反转1圈正转1圈)需8min，加上变频器启动(20s)、停止(30s)时间，摇摆1次约10分钟，即增加物料停留时间约为10分钟。
进一步地，通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度还包括：当所述回转窑内温度的温度变化率大于预定温变率时，控制所述回转窑的转速随之线性变化。其中，所述预定温变率可以包括25℃/50s～35℃/50s。示例性地，所述预定温变率可以设置为30℃/50s。举例而言，可设置将回转窑窑头温度控制在850℃左右，预定温变率为30℃/50s，则当温升或温降大于30℃/50s时，回转窑转速按照850—1100℃、0—0.25r/min的线性关系减少或者增加转速。
进一步地，控制回转窑的转速可在预定的最大值和最小值之间变化。示例性地，回转窑的转速在基准转速0.25r/min的基础上增加或减少，最小为0.1r/min，最高为0.3r/min。
上面仅示出了回转窑转速模式。在本发明的一个实施例中，回转窑在上位机200处可以设置为变频器频率和回转窑转速两种模式，方便不同人员对参数、工况的理解，更直观地体现回转窑的运行状态。对于回转窑的变频器频率模式，在此不再详述。
进一步地，基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例还包括：控制所述一次风由窑尾风门进入，并通过调整窑内负压和窑尾风门大小来控制所述一次风的进风量。由于控制一次风从窑尾进入，而废料从窑头进入，两者在窑内流向相反。废料进入回转窑以后，首先接触高温、氧含量低的烟气，进行热解，产生大量可燃气体进入二燃室；废料向窑尾行进中，接触的助燃空气氧含量越来越高，使废料充分燃尽。
进一步地，基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例还包括：控制所述二次风从窑头与固定段连接缝隙处进入，并通过调节缝隙面积及窑内外压差来控制所述二次风的进风量。由于在窑头有二次风进入，除了给二燃室燃烧提供足够的助燃空气以外，二次风还对窑头周边有冷却作用，以降低二燃室对窑头及固定段的热辐射及结焦的风险。
现在参考图3，图3示出了用于实现上述控制方法的控制系统的模块结构框图。具体地，如图3所示，控制系统10可以包括温度控制模块、转动控制模块和风量控制模块，可以用于实施根据本发明的用于逆流式回转窑系统的控制方法。其中，所述温度控制模块用于通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度；所述转动控制模块用于通过调节电源的频率，控制所述回转窑的转速和转动角度，从而控制废料在所述回转窑中的停留时间；以及所述风量控制模块用于基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例。
其中，所述转动控制模块进一步包括转速控制器和转角控制器。其中，转速控制器用于控制回转窑的转速(例如，0.25r/min)，转角控制器用于控制回转窑的回转角度(例如，360度)。
其中，所述风量控制模块进一步包括一次风控制器和二次风控制器。其中，一次风控制器用于控制一次风由窑尾风门进入，并通过调整窑内负压和窑尾风门大小来控制一次风的进风量；二次风控制器用于控制二次风从窑头与固定段连接缝隙处进入，并通过调节缝隙面积及窑内外压差来控制二次风的进风量。
进一步地，所述风量控制模块还包括量比控制器，用于控制一次风和二次风的比例，进而调整回转窑中废料热解和燃烧的比例，保证二燃室有足够的挥发性可燃气体，从而使得在无辅助燃烧器的情况下保证二燃室内温度达1100℃以上，烟气停留时间超过2s。
本发明的控制系统可以采用面向对象的开发模式，开发调用通用功能块，以大大简化整个程序的设计结构，通过结构化软件开发，可以大大缩短软件的开发和调试周期，提高控制系统的可靠性和抗干扰性。该通用功能块可以包括：开关功能块、电机功能块、阀门功能块、模拟量功能块、控制器功能块、顺控功能块，实现对IO接口单元的控制。控制系统各个子程序调用通用模块，将处理数据以相同的数据结构存储在内存中，实现对各个不同设备的控制。使用标准的功能块完成设备数据采集及自动控制功能，系统最大限度地实现易安装，易维护性，易操作性，运行稳定，安全可靠。
为了使上述控制系统更加人性化，在上位机200处，可设置现场操作、远程操作，并设置变频器正反两个方向转动即回转窑摇摆功能。
此外，虽然本发明仅详细描述了逆流式回转窑系统的主要系统单元之一的回转窑的控制模块和控制方法，但应理解的是，本发明的控制系统和控制方法还包括对逆流式回转窑系统的其他单元的控制模块和控制方法，在此不再详述。
本发明提供了逆流式回转窑系统的控制系统的整体解决方案，解决了逆流式回转窑的转速控制、燃烧控制安全可靠的问题，满足回转窑设备的复杂相互联动控制要求，提高了控制系统的可靠性和抗干扰性。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (13)

1.一种用于逆流式回转窑系统的控制方法，其特征在于，包括：
通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度；
通过调节电源的频率，控制所述回转窑的转速和转动角度，从而控制废料在所述回转窑中的停留时间；以及
基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例还包括：控制所述一次风由窑尾风门进入，并通过调整窑内负压和所述窑尾风门大小来控制所述一次风的进风量。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例还包括：控制所述二次风从窑头与固定段连接缝隙处进入，并通过调节缝隙面积及窑内外压差来控制所述二次风的进风量。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，进一步包括：当所述回转窑的温度升高时，控制所述回转窑的转速增加；当所述回转窑的温度降低时，控制所述回转窑的转速减少。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度还包括：当所述回转窑内温度的温度变化率大于预定温变率时，控制所述回转窑的转速随之线性变化。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，控制所述回转窑的转速在预定的最大值和最小值之间变化。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述预定温度包括800℃～900℃。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述预定温度包括850℃。
9.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述预定温变率包括25℃/50s～35℃/50s。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述预定温变率包括30℃/50s。
11.一种用于逆流式回转窑系统的控制系统，其特征在于，包括：温度控制模块、转动控制模块和风量控制模块，其中，
所述温度控制模块用于通过调节回转窑的转速，将所述回转窑内的温度控制在预定温度；
所述转动控制模块用于通过调节电源的频率，控制所述回转窑的转速和转动角度，从而控制废料在所述回转窑中的停留时间；以及
所述风量控制模块用于基于所述回转窑中废料的热解和燃烧的比例，控制一次风与二次风的风量和比例。
12.如权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述转动控制模块进一步包括转速控制器和转角控制器。
13.如权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述风量控制模块进一步包括一次风控制器和二次风控制器。
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