CN111156830A - 一种炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，控制系统包括测温装置、取压装置、图像采集装置和控制装置，控制装置包括逻辑控制器、服务器、路由器、数据采集模块，数据采集模块通过现场总线与逻辑控制器连接，逻辑控制器再通过工业以太网与服务器连接，图像采集装置通过无线以太网经路由器传输给服务器，数据采集模块与测温装置和取压装置连接，测温装置用于在控制装置的控制下实时采集火道内温度，测压装置用于在控制装置的控制下实时采集火道内压力，图像采集装置用于在控制装置的控制下实时获取火道内图像信息；本发明用以在线实时、准确进行煅烧炉温度控制及燃烧情况，及时根据现场炉内情况及挥发份的变化调整冷风门开度，控制火道温度。

Description

一种炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统

技术领域

本发明涉及炭素煅烧技术领域，具体涉及一种炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统。

背景技术

罐式煅烧炉在我国应用已有60多年的历史，以其煅烧质量好，炉子运行稳定，节能性能良好一直应用到今天。罐式煅烧炉最的大优点是炭质烧损率及能耗均低于回转窑，在平时精心维护的情况下，炉体使用寿命可达10年左右，但是按单位产能计算的基建投资较大，热工操作的技术要求比较高，罐式炉的工艺操作主要是调节好火道的温度和负压，控制好排料量及挥发份，为了有效地控制好火道内可燃气体及焰气流速，必须根据每台罐式炉的实际情况及煅烧什么样的原料，制定全炉总负压及各层火道负压的控制参数。

经过现场调研，发现现存罐式炉也有其缺点主要表现在以下方面：

1、目前仍然在靠人的眼睛观察炉温进行人工控制，即手动调温，造成温度波动较大；

2、由于手动调温火道温度滞后调节现象严重，导致火道温度超过1380度以上的频率时有发生；

3、煅烧炉高温带不均衡，经常处于炉子的上游，罐式炉很容易出现四层火道以上部位早期损坏；

4、由于人工控温煅烧炉火道高温带上移现象，特别是超温现象严重，会导致炉子破损而被迫早期拆除大修或整体拆除重建；

5、人工调节温度靠的是责任心和辛勤劳动的工作态度，好员工是企业的财富可遇不可求，所以无形中增加了企业的用人成本；因此，提供一种用以在线实时、准确进行煅烧炉温度控制及燃烧情况分析，及时根据现场炉内情况及挥发份的变化调整冷风门开度，控制火道温度的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种在线实时、准确进行煅烧炉温度控制及燃烧情况分析的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统。

本发明的目的是这样实现的：一种炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，所述控制系统包括测温装置、取压装置、图像采集装置和控制装置，所述控制装置包括逻辑控制器、服务器、路由器、数据采集模块，所述数据采集模块通过现场总线与逻辑控制器连接，所述逻辑控制器再通过工业以太网与服务器连接，所述图像采集装置通过无线以太网经路由器传输给服务器，所述数据采集模块与测温装置和取压装置连接，所述测温装置用于在所述控制装置的控制下实时采集火道内温度，所述测压装置用于在所述控制装置的控制下实时采集火道内压力，所述图像采集装置用于在所述控制装置的控制下实时获取火道内图像信息。

测温装置包括：用于采集火道内温度的热电偶、用于信号传输的补偿导线。

测压装置包括：用于与火道相连接并有一定密封作用的取压管、用于连接取压管和压力变送器的引压管，用于压力采集测量和信号转换的压力变送器。

图像采集装置包括：用于图像采集的摄像机、用于数据通讯的路由器或交换机、用于安装摄像机的采样小车和用于小车行走的轨道。

控制系统采用人工智能解耦控制方法，根据煅烧炉测温装置、取压装置、图像采集装置所采集到的温度、压力和图像数据，进行综合分析，通过主要控制现场冷风门或预热空气风门，微调挥发份调节插板位置，实时、准确地对煅烧炉温度实施有效控制。

冷风门是煅烧炉首层或二层火道冷风口加装一套风门控制装置；所述预热空气风门是煅烧炉首层或二层火道预热空气口加装一套风门控制装置；所述挥发份调节插板指煅烧炉首层或二层火道加装的一套电动插板控制装置。

图像采集装置根据实时获取火道内挥发分逸出和燃烧图像信息，进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的燃烧状况，根据图片灰度阶差做进一步识别处理，得出一组可量化的数据模型，这些模型与理想化数据模型进行比对，得到一组评价函数，通过对燃烧状况的一系列处理和评价，得出该火道的挥发分逸出和燃烧状况的评价结果。

本发明的有益效果：现有煅烧炉每四个罐为一组，每组包含四条火道，每组的挥发份由一组集合管分出，由于手动调温时四条火道的温度相互影响，温度控制难度很大，劳动强度高。本发明通过在煅烧炉每组首层或二层冷风口加装一套风门控制装置，挥发份调节插板改为电动控制，通过插入火道中的测温元件或红外测温仪实时监测煅烧炉火道温度，通过与插入火道中的取压管连接的压力变送器实时监测火道负压，所有监测数据按照预设的人工智能解耦控制算法，每组四条火道协调控制，自动调整时主要调节煅烧炉首层或二层的一个或几个冷风门（或预热空气风门）开度，辅助调节挥发份调节插板的位置来控制火道温度，通过烟气闸阀的开关调节来控制煅烧炉总烟气量，通过冷风门前轨道式火道图像采集小车，周期性监控每条火道燃烧状况，并可根据现场情况，特殊情况下实时监控制定火道燃烧状况，并对火道燃烧图像分类存储后进行分析，智能识别火道内挥发份与空气的过剩状况，根据分析结果调整自动控制参数，从而实现煅烧炉火道温度自动按照工艺设定温度范围运行的目的。

本发明提供一种罐式煅烧炉温度自动控制方法及装置，在控制装置的控制下，通过在现有焙烧炉火焰控制系统基础上，增加一套检测控制系统，通过插入火道中的测温装置实时监测预热区温度，通过与插入火道中的取压管连接的压力变送器实时监测火道压力，并通过专业摄像头监测火道内挥发分燃烧情况，将实时采集火道内挥发分燃烧情况和状态图像并传输至控制装置，控制装置通过数据采集系统得到火道温度、压力，烟气闸阀开度等现场工况数据，根据预设数学模型，得到理想化数据模型。利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的燃烧状况，这些图片利用软件根据图片灰度阶差做进一步识别处理，得出一组可量化的数据模型，这些模型与理想化数据模型进行比对，得到一组评价函数，通过对燃烧状况的一系列处理和评价，得出该火道的燃烧状况的评价结果，这个结果提供给控制系统，通过控制装置内部的智能解耦控制算法、最小二乘法等控制算法，结合煅烧炉每组四条火道的温度变化情况，进行煅烧炉全系统的协调控制，从而实现整个煅烧炉的燃烧过程平衡，达到煅烧炉火道温度自动按照工艺设定温度范围平稳运行的目的。

附图说明

图1是本发明煅烧炉控制装置结构示意图。

图2是本发明煅烧炉风门控制装置结构示意图。

图3是本发明图像采集装置结构示意图。

图中 1、逻辑控制器 2、服务器 3、路由器 4、数据采集模块 5、图像采集装置 6、电动执行器 7、目镜检修螺丝 8、观测目镜 9、转动轴 10、散热装置 11、翻板阀 12、专业摄像机 13、控制箱 14、图像采集小车 15、通讯天线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1-3所示，图1是本发明一实施例的煅烧炉控制装置的结构示意图。参见图1，本实施例提供的煅烧炉控制装置,包括:逻辑控制器1、服务器02、路由器3、数据采集模块4、图像采集装置5，逻辑控制器采用PLC，服务器为PC端；具体实施时实时采集火道内的温度、压力传入数据采集模块04，数据采集模块4通过现场总线与逻辑控制器1进行数据通讯，逻辑控制器1再将数据传输给服务器2；图像采集装置5所采集的火道图像信息通过无线以太网经路由器3传输给服务器2，服务器2得到火道温度、压力，排烟架阀门开度等现场工况数据，根据预设数学模型，得到理想化数据模型。利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的燃烧状况，这些图片利用软件根据图片灰度阶差做进一步识别处理，得出一组可量化的数据模型，这些模型与理想化数据模型进行比对，得到一组评价函数，通过对燃烧状况的一系列处理和评价，得出该火道的燃烧状况的评价结果，这个结果提供给控制系统，通过控制装置内部的智能解耦控制算法、最小二乘法等控制算法，结合煅烧炉每组四条火道的温度变化情况，进行煅烧炉全系统的协调控制，从而实现整个煅烧炉的燃烧过程平衡，达到煅烧炉火道温度自动按照工艺设定温度范围平稳运行的目的。

图2是本发明一实施例的煅烧炉风门控制装置的结构示意图，参见图2，本实施例提供的煅烧炉风门控制装置,包括电动执行器6、目镜检修螺丝7、观测目镜8、转动轴9、散热装置10、翻板阀11等部件。

具体地，工作时，控制装置给电动执行器6控制信号，电动执行器6按照控制装置信号带动转动轴9转动，并使翻板阀11进行开关动作，图像采集装置可通过观测目镜8观测火道内状况，当观测目镜8需要维修时，拧松目镜检修螺丝7，打开观测目镜8进行维修，维修完毕后关闭观测目镜8并拧紧目镜检修螺丝7。

图3是本发明的图像采集装置的结构示意图，参见图3，本实施例提供的图像采集装置,包括专业摄像机12、控制箱13、图像采集小车14、通讯天线15等部件。

具体地，工作时，控制装置通过无线网络发出指令，通讯天线15、控制箱13收到指令后将图像采集小车14沿预先敷设的铁轨运行到指定的火道观测目镜前停止，专业摄像机12将火道内挥发分燃烧情况图像采集并传给控制装置，作为图像及数据分析的依据。

实施例2

如图1-3所示，一种炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，所述控制系统包括测温装置、取压装置、图像采集装置5和控制装置，所述控制装置包括逻辑控制器1、服务器2、路由器3、数据采集模块4，所述数据采集模块4通过现场总线与逻辑控制器1连接，所述逻辑控制器1再通过工业以太网与服务器2连接，所述图像采集装置5通过无线以太网经路由器3传输给服务器2，所述数据采集模块4与测温装置和取压装置连接，所述测温装置用于在所述控制装置的控制下实时采集火道内温度，所述测压装置用于在所述控制装置的控制下实时采集火道内压力，所述图像采集装置5用于在所述控制装置的控制下实时获取火道内图像信息。

本发明实施例提供一种罐式煅烧炉温度自动控制方法及装置，在控制装置的控制下，通过在现有焙烧炉火焰控制系统基础上，增加一套检测控制系统，通过插入火道中的测温装置实时监测预热区温度，通过与插入火道中的取压管连接的压力变送器实时监测火道压力，并通过专业摄像头监测火道内挥发分燃烧情况，将实时采集火道内挥发分燃烧情况和状态图像并传输至控制装置，控制装置通过数据采集系统得到火道温度、压力，烟气闸阀开度等现场工况数据，根据预设数学模型，得到理想化数据模型。利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的燃烧状况，这些图片利用软件根据图片灰度阶差做进一步识别处理，得出一组可量化的数据模型，这些模型与理想化数据模型进行比对，得到一组评价函数，通过对燃烧状况的一系列处理和评价，得出该火道的燃烧状况的评价结果，这个结果提供给控制系统，通过控制装置内部的智能解耦控制算法、最小二乘法等控制算法，结合煅烧炉每组四条火道的温度变化情况，进行煅烧炉全系统的协调控制，从而实现整个煅烧炉的燃烧过程平衡，达到煅烧炉火道温度自动按照工艺设定温度范围平稳运行的目的。本发明用以在线实时、准确进行煅烧炉温度控制及燃烧情况分析，及时根据现场炉内情况及挥发份的变化调整冷风门开度，控制火道温度的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统。

Claims (7)

1.一种炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，其特征在于：所述控制系统包括测温装置、取压装置、图像采集装置和控制装置，所述控制装置包括逻辑控制器、服务器、路由器、数据采集模块，所述数据采集模块通过现场总线与逻辑控制器连接，所述逻辑控制器再通过工业以太网与服务器连接，所述图像采集装置通过无线以太网经路由器传输给服务器，所述数据采集模块与测温装置和取压装置连接，所述测温装置用于在所述控制装置的控制下实时采集火道内温度，所述测压装置用于在所述控制装置的控制下实时采集火道内压力，所述图像采集装置用于在所述控制装置的控制下实时获取火道内图像信息。

2.如权利要求1所述的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，其特征在于：所述测温装置包括：用于采集火道内温度的热电偶、用于信号传输的补偿导线。

3.如权利要求1所述的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，其特征在于：所述测压装置包括：用于与火道相连接并有一定密封作用的取压管、用于连接取压管和压力变送器的引压管，用于压力采集测量和信号转换的压力变送器。

4.如权利要求1所述的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，其特征在于：所述图像采集装置包括：用于图像采集的摄像机、用于数据通讯的路由器或交换机、用于安装摄像机的采样小车和用于小车行走的轨道。

5.如权利要求1所述的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，其特征在于：所述控制系统采用人工智能解耦控制方法，根据煅烧炉测温装置、取压装置、图像采集装置所采集到的温度、压力和图像数据，进行综合分析，通过主要控制现场冷风门或预热空气风门，微调挥发份调节插板位置，实时、准确地对煅烧炉温度实施有效控制。

6.如权利要求5所述的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，其特征在于：所述冷风门是煅烧炉首层或二层火道冷风口加装一套风门控制装置；所述预热空气风门是煅烧炉首层或二层火道预热空气口加装一套风门控制装置；所述挥发份调节插板指煅烧炉首层或二层火道加装的一套电动插板控制装置。

7.如权利要求1所述的炭素罐式煅烧炉温度自动控制系统，其特征在于：所述图像采集装置根据实时获取火道内挥发分逸出和燃烧图像信息，进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的燃烧状况，根据图片灰度阶差做进一步识别处理，得出一组可量化的数据模型，这些模型与理想化数据模型进行比对，得到一组评价函数，通过对燃烧状况的一系列处理和评价，得出该火道的挥发分逸出和燃烧状况的评价结果。

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