CN111521003A - 一种窑炉用智能控制富氧烧成系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种窑炉用智能控制富氧烧成系统，包括富氧系统、富氧燃烧器、测温分析系统、烧成专家优化系统及智能控制系统。本发明由专有富氧系统生产提供富氧，采用新型富氧燃烧器，根据窑炉系统不同煤粉种类、煤粉量及研磨粒度，由精确测温分析系统获取火焰形状及温度分布，结合窑炉现场所有实际热工参数及状态，通过烧成专家优化系统分析、预测判断及智能控制系统控制专有富氧系统智能调节、动态匹配，使窑炉烧成系统保持最佳运行状态，实现富氧燃烧器煤粉高效、稳定燃烧、减少煤粉用量，提高烧成物料品质，并有效降低NOx的生成和排放，同时可减少因操作人员调试经验和水平差异造成窑炉系统波动，保证窑炉系统的正常稳定运行。

Description

一种窑炉用智能控制富氧烧成系统及方法

技术领域

本发明涉及富氧燃烧技术领域，具体涉及一种窑炉用智能控制富氧烧成系统及方法。

背景技术

随着国内固定资产投资增速总体下滑态势，国内水泥产能过剩明显，在供给侧改革和去产能的背景下，新增水泥生产线逐年降低。大力开发新型干法水泥工艺新技术、新型低碳水泥生产技术、水泥生产先进节能减排技术、水泥窑协同处置成套技术与装备成为水泥行业发展的大趋势。

水泥生产线中回转窑窑头煤粉燃烧器用煤占比在30％～50％之间，燃料费用是水泥熟料的主要成本构成之一，在保证水泥产量且不增加水泥厂额外的生产成本的前提下，通过智能控制的窑炉烧成系统组织能够提高燃料燃烧效率，降低窑炉燃烧反应过程的用煤、提升窑炉烧成物料的品质，同时可以有效控制窑炉烟气中NOx的生产和排放。而不同的窑炉系统、煤粉种类及研磨后颗粒大小、燃烧器的各工艺参数的控制以及不同的操作人员的调试经验和技术水平，都会极大影响窑炉烧成系统的热工制度稳定，造成煤粉燃烧不充分、煤耗增加、产品质量降低、烟气排放NOx量增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种窑炉用智能控制富氧烧成系统及方法，以解决现有技术的不足。

本发明采用以下技术方案：

一种窑炉用智能控制富氧烧成系统，包括富氧系统、富氧燃烧器、测温分析系统、烧成专家优化系统及智能控制系统，

富氧系统，可同时生产低温中压富氧产品、高温低压富氧产品、高温高压富氧产品，分别用于水泥窑炉富氧燃烧器的送煤风、旋流风、轴流风；

富氧燃烧器，用于煤粉燃烧，为水泥窑炉烧成系统提供热能；

测温分析系统，用于实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度，处理得到水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，并实时发送给烧成专家优化系统；

烧成专家优化系统，接收测温分析系统发送的水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，结合水泥窑炉现场实测数据，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统；

智能控制系统，接收烧成专家优化系统对于富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令，并发送给富氧系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配。

进一步地，富氧系统包括压缩模块、分梯度冷能回收预冷模块、纯化模块、精馏模块，

压缩模块，用于过滤、压缩原料空气；

分梯度冷能回收预冷模块，利用精馏模块的冷能对压缩后的原料空气进行预冷；同时回收压缩后的原料空气的热能，获得高温高压富氧产品、高温低压富氧产品分别用于水泥窑炉富氧燃烧器的轴流风和旋流风；

纯化模块，用于对预冷后的原料空气进行纯化；

精馏模块，对纯化后的原料空气精馏，获得低温中压富氧产品用于水泥窑炉送煤风，并为分梯度冷能回收预冷模块提供冷能。

进一步地，压缩模块包括过滤器、透平空气压缩机，

分梯度冷能回收预冷模块包括高温热能回收器、水冷却器、低温冷能回收器，纯化模块包括分子筛吸附器、电加热器，

精馏模块包括主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、增压透平膨胀机，

过滤器、透平空气压缩机、高温热能回收器、水冷却器、低温冷能回收器、分子筛吸附器、电加热器、增压透平膨胀机的增压端设于精馏箱外，主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、增压透平膨胀机设于精馏箱内，冷凝蒸发器设于精馏塔之上；

过滤器、透平空气压缩机、高温热能回收器、水冷却器、低温冷能回收器、分子筛吸附器、主换热器依次连接，主换热器和精馏塔底部的原料空气进口连接；

精馏塔底部的富氧液空出口和过冷器连接，过冷器和冷凝蒸发器连接，过冷器和冷凝蒸发器的连接管路上设有节流阀，冷凝蒸发器的富氧空气出口和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器的富氧空气复热出口提供低温中压富氧产品用于水泥窑炉送煤风；主换热器的富氧空气部分复热出口分别连至低温冷能回收器、增压透平膨胀机的增压端，低温冷能回收器和高温热能回收器连接，再和节流阀连接，以提供高温低压富氧产品用于水泥窑炉富氧燃烧器的旋流风；增压透平膨胀机的增压端和高温热能回收器连接，以提供高温高压富氧产品用于水泥窑炉富氧燃烧器的轴流风；

精馏塔顶部的带压氮气出口分别和冷凝蒸发器、主换热器连接，冷凝蒸发器的液氮出口分别和外部液氮产品储罐、精馏塔顶部连接，冷凝蒸发器的液氮出口和外部液氮产品储罐连接管路上设有节流阀；主换热器的带压氮气部分复热出口和增压透平膨胀机连接，增压透平膨胀机和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器提供低温常压氮气，分别和电加热器、低温冷能回收器连接，电加热器和分子筛吸附器连接；低温冷能回收器和高温热能回收器连接，高温热能回收器和外部放空管道连接。

进一步地，富氧燃烧器为套筒式燃烧器，包括中心点火通道、旋流风通道、内轴流风通道、煤粉风通道、外轴流风通道、冷却风通道；

中心点火通道置于燃烧器中心，旋流风通道置于中心点火通道与内轴流风通道之间，内轴流风通道置于旋流风通道外环，煤粉风通道置于内轴流风通道外环，外轴流风通道置于煤粉风通道外环，冷却风通道置于外轴流风通道外环。

进一步地，所述煤粉风通道为锯齿状通道，包括内层和外层，内层外壁上均匀设有若干轴向锯齿，外层内壁上配套均匀设有若干轴向锯齿，安装时，内层外壁轴向锯齿和外层内壁轴向锯齿相错，形成锯齿形通道；内层外壁上设有多个凸块，用于内外层安装时定位、支撑。

进一步地，测温分析系统包括温度采集模块、数据处理及控制模块、显示模块，

温度采集模块，实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度数据，并将采集的数据发送给数据处理及控制模块；

数据处理及控制模块，接收温度采集模块传送的数据，处理后得到窑炉内火焰温度分布及形状数据并发送给烧成专家优化系统及显示模块；

显示模块，实时显示水泥窑炉内火焰温度分布及形状。

进一步地，图像采集模块为红外高温测温仪。

进一步地，烧成专家优化系统，通过对水泥窑炉现场各实测数据的统计、分析及原理性计算，并结合近200条水泥窑炉热工标定数据的分析、总结、比对，实现通过监测水泥窑炉内火焰形状及温度分布，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，总结出火焰形状及温度分布和富氧燃烧器富氧流量、压力及纯度的对应关系，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统。

进一步地，智能控制系统分别和烧成专家优化系统、富氧系统连接，接收烧成专家优化系统对于富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令，并发送给富氧系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配。

利用上述系统智能控制富氧烧成的方法，包括如下步骤：

利用富氧系统同时生产低温中压富氧产品、高温低压富氧产品、高温高压富氧产品分别用于水泥窑炉的送煤风、旋流风、轴流风；其中，低温中压富氧产品含25％-50％O₂，温度为12-20℃，压力为60-80KPa；高温低压富氧产品含25％-50％O₂，温度为90-115℃，压力为20-35KPa；高温高压富氧产品含25％-50％O₂，温度为90-115℃，压力为80-100KPa；

测温分析系统实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度，处理得到水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，并实时发送给烧成专家优化系统；

烧成专家优化系统接收测温分析系统发送的水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，结合水泥窑炉现场实测数据，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统；

智能控制系统接收烧成专家优化系统对于富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令，并发送给富氧系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配。

本发明的有益效果：

1、本发明由专有富氧系统生产提供富氧，采用新型富氧燃烧器，根据窑炉系统不同煤粉种类、煤粉量及研磨粒度，由精确测温分析系统获取火焰形状及温度分布，结合窑炉现场所有实际热工参数及状态，通过烧成专家优化系统分析、预测判断及智能控制系统控制专有富氧系统智能调节、动态匹配，使窑炉烧成系统保持最佳运行状态，实现富氧燃烧器煤粉高效、稳定燃烧、减少煤粉用量，提高烧成物料品质，并有效降低NOx的生成和排放，同时可减少因操作人员调试经验和水平差异造成窑炉系统波动，保证影响窑炉系统的正常稳定运行。

2、本发明专有富氧系统可同时生产三股不同类型的富氧产品，一股为低温中压富氧产品，用于水泥窑炉送煤风，该股富氧产品温度低，利于煤粉安全输送，氧组分含量高，促进煤粉高效燃烧；另两股为高温低压富氧产品、高温高压富氧产品，分别用于水泥窑炉富氧燃烧器的旋流风、轴流风(内轴流风和外轴流风)。用作轴流风的高温高压富氧产品，其压力高，为煤粉燃烧提高燃烧用氧的同时，包裹煤粉使得煤粉风进入回转窑后能继续维持射流方向前行至完全燃烧，维持火焰的稳定性；用作旋流风的高温低压富氧产品，其可以卷吸窑炉中的高温二次风，且根据旋流器角度的不同可以控制火焰扩展的形状，可根据煤种不同、窑炉负荷的变化对旋流角度进行适当调节以满足最佳的旋流卷吸强度。这两股富氧产品通过分梯度冷能回收预冷模块获得高温，分梯度冷能回收预冷模块既取代传统预冷模块，降低了进入纯化模块原料空气的温度，减少了用电消耗；同时也回收了压缩模块产生的高温，为富氧燃烧器提供了高温富氧产品，增加窑炉系统热值，促进煤粉燃烧速率，提高煤粉燃尽率，降低水泥窑炉生产煤耗，节约费用，同时减少废气排放。富氧系统各富氧产品压力、流量及氧组分浓度可以自动调节，保证煤粉输送均匀、稳定，保持煤粉燃烧火焰稳定，火焰温度集中，温度场分布合理。

3、本发明专有富氧系统高压富氧的高压力是利用增压透平膨胀机膨胀功增压获得的，提高了能量利用率，节约能耗，同时温度升高，可以增加水泥窑炉系统热值，减少煤粉消耗。且极大降低了专有富氧系统的系统压力，降低了压缩模块排压，从而大大降低能耗。

4、本发明新型富氧燃烧器采用套筒式燃烧器，从内而外依次为中心点火通道、旋流风通道、内轴流风通道、煤粉风通道、外轴流风通道、冷却风通道，具有结构紧凑、操作简单、燃烧稳定、燃烧效率高等优点。中心点火通道用于水泥窑炉启动时点火用。旋流风通道置于中心点火通道与内轴流风通道之间，旋流风通道的主要作用为卷吸回转窑中的高温二次风，且根据旋流器角度的不同可以控制火焰扩展的形状。旋流器本体起一定支撑作用，旋流器初始角度设置为45°，可根据煤种不同、回转窑负荷的变化对旋流角度进行适当调节以满足最佳的旋流卷吸强度。旋流风通道由富氧系统生产的高温低压富氧提供。内轴流风通道置于旋流风通道外环，其主要作用是提供煤粉初始燃烧所需要氧量，增加与煤粉风混合的氧气量，且能够在一定程度上维持火焰刚度，也能维持火焰的稳定性。外轴流风通道设置在煤粉风通道外侧，主要为煤粉燃烧初期提供氧量，并且能够从外侧包裹煤粉使得煤粉风在进入回转窑后能继续维持射流方向前行至完全燃烧，并保证火焰不至于向外扩散开。且双轴流风通道的设计能够减轻回流区燃烧器头部的冲刷，减轻燃烧器头部的磨损。内轴流风通道和外轴流风通道由富氧系统生产的高压高温富氧提供。旋流风通道、内轴流风通道及外轴流风通道所用两股富氧产品温度高，可以增加窑炉系统热值，降低水泥窑炉生产煤耗，节约费用，同时减少废气排放。煤粉风通道优选地采用锯齿形通道，与传统水泥窑炉煤粉燃烧器环形煤风通道相比，锯齿形通道能增加煤粉气流湍动度，并且在同等通流面积情况下增加了通道周长，相对于增加了煤粉与其它通道氧气的接触面积，当煤粉风经过齿形环时，利于煤粉与其他通道中的氧气能更好混合，增强煤粉的燃烧强度与燃烬程度，实现煤粉的高效燃烧。煤粉风通道由富氧系统生产的低温中压富氧输送，该股富氧产品温度低，利于煤粉的安全输送。最外侧设置冷却风，防止燃烧器头部超温，保证燃烧器安全稳定运行。

5、本发明精确测温分析系统可24小时不间断地实时监控水泥窑炉内的煤粉燃烧状态，记录火焰温度分布及形状，并将数据传输给烧成专家优化系统，还可将火焰温度分布及形状等以图形形式在显示器上显示，使工艺操作人员根据工况随时掌握生产状况。

6、本发明烧成专家优化系统通过对水泥窑炉现场各实测数据的统计、分析及原理性计算，并结合近200条水泥窑炉热工标定数据的分析、总结、比对，实现通过监测水泥窑炉内火焰形状及温度分布，对水泥烧成系统的最优化烧成状态进行评估、预测，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配，以灵活调节煤粉燃烧火焰形状、长度及火力强度，使窑炉烧成系统保持最佳运行状态，实现富氧燃烧器煤粉高效、稳定燃烧、减少煤粉用量，提高烧成物料品质，并有效降低NOx的生成和排放，同时可减少因操作人员调试经验和水平差异造成窑炉系统波动，保证窑炉系统的正常稳定运行。

附图说明

图1为本发明窑炉用智能控制富氧烧成系统结构示意图。

图2为本发明富氧系统结构示意图。

图3为本发明富氧燃烧器主体结构剖面图。

图4为本发明富氧燃烧器头部轴向示意图。

图5为本发明富氧燃烧器头部结构示意图。

图6为本发明富氧燃烧器煤粉风通道内层结构示意图。

图7为本发明富氧燃烧器煤粉风通道外层结构示意图。

图8为本发明测温分析系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

一种窑炉用智能控制富氧烧成系统，如图1所示，包括富氧系统、富氧燃烧器、测温分析系统、烧成专家优化系统及智能控制系统。

富氧系统，可同时生产低温中压富氧产品、高温低压富氧产品、高温高压富氧产品，分别用于水泥窑炉的送煤风、旋流风、轴流风(外轴流风和内轴流风)。

如图2所示，富氧系统包括压缩模块、分梯度冷能回收预冷模块、纯化模块、精馏模块。

压缩模块，用于过滤、压缩原料空气。

分梯度冷能回收预冷模块，利用精馏模块的冷能对压缩后的原料空气进行预冷；同时回收压缩后的原料空气的热能，获得高温高压富氧产品、高温低压富氧产品分别用于水泥窑炉富氧燃烧器的轴流风和旋流风。

纯化模块，用于对预冷后的原料空气进行纯化。

精馏模块，对纯化后的原料空气精馏，获得低温中压富氧产品用于水泥窑炉送煤风，并为分梯度冷能回收预冷模块提供冷能。

压缩模块包括过滤器101、透平空气压缩机102。

分梯度冷能回收预冷模块包括高温热能回收器103、水冷却器104、低温冷能回收器105。

纯化模块包括分子筛吸附器106、电加热器107。

精馏模块包括主换热器108、精馏塔109、冷凝蒸发器110、过冷器111、增压透平膨胀机112。

过滤器101、透平空气压缩机102、高温热能回收器103、水冷却器104、低温冷能回收器105、分子筛吸附器106、电加热器107、增压透平膨胀机112的增压端设于精馏箱外，主换热器108、精馏塔109、冷凝蒸发器110、过冷器111、增压透平膨胀机112设于精馏箱内，冷凝蒸发器110设于精馏塔109之上。

过滤器101、透平空气压缩机102、高温热能回收器103、水冷却器104、低温冷能回收器105、分子筛吸附器106、主换热器108依次连接，主换热器108和精馏塔109底部的原料空气进口连接；

精馏塔109底部的富氧液空出口和过冷器111连接，过冷器111和冷凝蒸发器110连接，过冷器111和冷凝蒸发器110的连接管路上设有节流阀，冷凝蒸发器110的富氧空气出口和过冷器111连接，过冷器111和主换热器108连接，主换热器108的富氧空气复热出口提供低温中压富氧产品用于水泥窑炉送煤风；主换热器108的富氧空气部分复热出口分别连至低温冷能回收器105、增压透平膨胀机112的增压端，低温冷能回收器105和高温热能回收器103连接，再和节流阀连接，以提供高温低压富氧产品用于水泥窑炉富氧燃烧器的旋流风；增压透平膨胀机112的增压端和高温热能回收器103连接，以提供高温高压富氧产品用于水泥窑炉富氧燃烧器的轴流风；

精馏塔109顶部的带压氮气出口分别和冷凝蒸发器110、主换热器108连接，冷凝蒸发器110的液氮出口分别和外部液氮产品储罐、精馏塔109顶部连接，冷凝蒸发器110的液氮出口和外部液氮产品储罐连接管路上设有节流阀；主换热器108的带压氮气部分复热出口和增压透平膨胀机112连接，增压透平膨胀机112和过冷器111连接，过冷器111和主换热器108连接，主换热器108提供低温常压氮气，分别和电加热器107、低温冷能回收器105连接，电加热器107和分子筛吸附器106连接；低温冷能回收器105和高温热能回收器103连接，高温热能回收器103和外部放空管道连接。

具体制备时，包括如下步骤：

步骤一、原料空气经过滤器101过滤掉灰尘和机械杂质后，进入透平空气压缩机102，原料空气压缩到0.35-0.4MPa；

步骤二、压缩后的原料空气进入高温热能回收器103，和来自低温热能回收器105中的常温中压富氧、常温常压氮气及精馏模块的高压富氧换热，常温中压富氧被加热后以高温中压富氧经节流阀节流，作为高温低压富氧产品，含25％-50％O₂，温度为90-115℃，压力为20-35KPa，用于水泥窑炉富氧燃烧器的旋流风；高压富氧被加热后作为高温高压富氧产品，含25％-50％O₂，温度为90-115℃，压力为80-100KPa，用于水泥窑炉富氧燃烧器的轴流风；常温常压氮气被加热后放空，原料空气由100-125℃冷却至65-75℃；冷却后的原料空气进入水冷却器104继续冷却至40℃左右，之后进入低温冷能回收器105，和精馏模块的部分第一低温中压富氧、部分低温常压氮气换热，第一低温中压富氧被加热后以常温中压富氧进入高温热能回收器103换热，低温常压氮气被加热后以常温常压氮气进入高温热能回收器103换热，原料空气进一步冷却至15-20℃，完成预冷；

步骤三、预冷后的原料空气进入分子筛吸附器106纯化，去除水分、CO₂、C₂H₂等物质，纯化后的原料空气部分用于仪表空气，其余部分进入主换热器108冷却至饱和并带有一定含湿后进入精馏塔109底部参与精馏；

步骤四、空气经精馏塔109精馏后分离为富氧液空和带压氮气(18-25KPa)，富氧液空经过冷器111过冷、节流阀节流后进入冷凝蒸发器110和带压氮气换热，富氧液空被汽化为富氧空气，从精馏塔109塔顶抽出含25％-50％O₂，压力为60-80KPa的富氧空气，经过冷器111复热后，进入主换热器108，分成两股，一股复热至16-20℃后作为低温中压富氧产品，含25％-50％O₂，温度为16-20℃，压力为60-80KPa，用于水泥窑炉送煤风；另一股部分复热至5-10℃后以第一低温中压富氧分成两部分，一部分依次进入低温冷能回收器105、高温热能回收器103换热；另一部分由增压透平膨胀机112的增压端增压至压力为80-100KPa，温度为60-70℃，以高压富氧进入高温热能回收器103换热；

步骤五、一部分带压氮气进入冷凝蒸发器110和富氧液空换热，带压氮气被冷凝为液氮，液氮一部分作为液氮产品出精馏箱，另一部分引入精馏塔109顶部作为回流液；另一部分带压氮气进入主换热器108部分复热后引入增压透平膨胀机112膨胀制冷，膨胀后的常压氮气经过冷器111、主换热器108复热后以低温常压氮气分成两部分，一部分作为再生气由纯化模块的电加热器107加热后引入分子筛吸附器106，另一部分依次进入低温冷能回收器105、高温热能回收器103换热。

富氧燃烧器，用于煤粉燃烧，为水泥窑炉烧成系统提供热能。煤粉种类、煤粉量及研磨粒度不同，都会影响窑炉烧成系统运行状态。

富氧燃烧器为套筒式燃烧器，如图3-5所示，包括中心点火通道1、旋流风通道2、内轴流风通道3、煤粉风通道4、外轴流风通道5、冷却风通道6。

中心点火通道1置于燃烧器中心，在回转窑启炉时点火用。

旋流风通道2置于中心点火通道1与内轴流风通道3之间。旋流风通道2的主要作用为卷吸回转窑中的高温二次风，且根据旋流器角度的不同可以控制火焰扩展的形状。旋流器本体起一定支撑作用，旋流器初始角度可设置为45°，可根据煤种不同、回转窑负荷的变化对旋流角度进行适当调节以满足最佳的旋流卷吸强度。

内轴流风通道3置于旋流风通道2外环，内轴流风通道3出口为圆形孔状，圆形孔状出口个数一般为4～48个。内轴流风通道3主要作用是提供煤粉初始燃烧所需要氧量，增加与煤粉风混合的氧气量，且能够在一定程度上维持火焰刚度，也能维持火焰的稳定性。

煤粉风通道4置于内轴流风通道3外环，优选地，煤粉风通道4为锯齿形通道。锯齿形通道可通过如下结构实现：如图6和图7所示，煤粉风通道4包括内层和外层，内层外壁上均匀设有若干轴向锯齿，外层内壁上配套均匀设有若干轴向锯齿，安装时，内层外壁轴向锯齿和外层内壁轴向锯齿相错，从而形成锯齿形通道。与传统水泥窑炉煤粉燃烧器环形煤粉风通道相比，锯齿形通道能增加煤粉风湍动度，并且在同等通流面积情况下增加了通道周长，相当于增加了煤粉与其它通道氧气的接触面积，当煤粉风经过锯齿形环时，利于煤粉与其他通道中的氧气能更好混合，实现煤粉的高效燃烧。优选地，内层外壁上设有多个凸块，用于内外层安装时定位、支撑。

外轴流风通道5置于煤粉风通道4外环，外轴流风通道5出口为圆形孔状，圆形孔状出口个数一般为4～48个。外轴流风通道5主要为煤粉燃烧初期提供氧量，并且能够从外侧包裹煤粉使得煤粉风在进入回转窑后能继续维持射流方向前行至完全燃烧，并保证火焰不至于向外扩散开。

冷却风通道6置于外轴流风通道5外环，为弧形环隙状通道。冷却风通道6防止燃烧器头部超温，保证燃烧器安全稳定运行。

中心点火通道1、旋流风通道2、内轴流风通道3、煤粉风通道4、外轴流风通道5材质可为不锈钢或陶瓷，冷却风通道6材质可为不锈钢。煤粉风通道4为不锈钢材质时，煤粉风通道4内层外壁轴向锯齿后端和外层内壁轴向锯齿后端均设有配套的陶瓷锯齿，以减少对煤粉风通道4的磨损。

测温分析系统，用于实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度，处理得到水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，并实时发送给烧成专家优化系统。

如图8所示，测温分析系统包括温度采集模块、数据处理及控制模块、显示模块。

温度采集模块，实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度数据，并将采集的数据发送给数据处理及控制模块。优选地，温度采集模块为红外高温测温仪。

数据处理及控制模块，接收温度采集模块传送的数据，处理后得到窑炉内火焰温度分布及形状数据并发送给烧成专家优化系统及显示模块。

显示模块，实时显示水泥窑炉内火焰温度分布及形状。

测温分析系统可24小时不间断地实时监控水泥窑炉内的煤粉燃烧状态，记录火焰温度分布及形状，并将数据传输给烧成专家优化系统，还可将火焰温度分布及形状等以图形形式在显示器上显示，使工艺操作人员根据工况随时掌握生产状况。

烧成专家优化系统，接收测温分析系统发送的水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，结合水泥窑炉现场实测数据，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统。

具体地，烧成专家优化系统，通过对水泥窑炉现场各实测数据的统计、分析及原理性计算，并结合近200条水泥窑炉热工标定数据的分析、总结、比对，实现通过监测水泥窑炉内火焰形状及温度分布，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，总结出火焰形状及温度分布和富氧燃烧器富氧流量、压力及纯度的对应关系，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统。

智能控制系统，分别和烧成专家优化系统、富氧系统连接，接收烧成专家优化系统对于富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令，并发送给富氧系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配，以灵活调节煤粉燃烧火焰形状、长度及火力强度，使窑炉烧成系统保持最佳运行状态，实现富氧燃烧器煤粉高效、稳定燃烧、减少煤粉用量，提高烧成物料品质，并有效降低NOx的生成和排放，同时可减少因操作人员调试经验和水平差异造成窑炉系统波动，保证窑炉系统的正常稳定运行。

利用上述系统智能控制富氧烧成的方法，包括如下步骤：

利用富氧系统同时生产低温中压富氧产品、高温低压富氧产品、高温高压富氧产品分别用于水泥窑炉的送煤风、旋流风、轴流风(外轴流风和内轴流风)；其中，低温中压富氧产品含25％-50％O₂，温度为12-20℃，压力为60-80KPa；高温低压富氧产品含25％-50％O₂，温度为90-115℃，压力为20-35KPa；高温高压富氧产品含25％-50％O₂，温度为90-115℃，压力为80-100KPa；

测温分析系统实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度数据，处理得到水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，并实时发送给烧成专家优化系统；

烧成专家优化系统接收测温分析系统发送的水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，结合水泥窑炉现场实测数据，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统；

智能控制系统接收烧成专家优化系统对于富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令，并发送给富氧系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配。

Claims (10)

1.一种窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，包括富氧系统、富氧燃烧器、测温分析系统、烧成专家优化系统及智能控制系统，

富氧系统，可同时生产低温中压富氧产品、高温低压富氧产品、高温高压富氧产品，分别用于水泥窑炉富氧燃烧器的送煤风、旋流风、轴流风；

富氧燃烧器，用于煤粉燃烧，为水泥窑炉烧成系统提供热能；

测温分析系统，用于实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度，处理得到水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，并实时发送给烧成专家优化系统；

烧成专家优化系统，接收测温分析系统发送的水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，结合水泥窑炉现场实测数据，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统；

智能控制系统，接收烧成专家优化系统对于富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令，并发送给富氧系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配。

2.根据权利要求1所述的窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，富氧系统包括压缩模块、分梯度冷能回收预冷模块、纯化模块、精馏模块，

压缩模块，用于过滤、压缩原料空气；

分梯度冷能回收预冷模块，利用精馏模块的冷能对压缩后的原料空气进行预冷；同时回收压缩后的原料空气的热能，获得高温高压富氧产品、高温低压富氧产品分别用于水泥窑炉富氧燃烧器的轴流风和旋流风；

纯化模块，用于对预冷后的原料空气进行纯化；

精馏模块，对纯化后的原料空气精馏，获得低温中压富氧产品用于水泥窑炉送煤风，并为分梯度冷能回收预冷模块提供冷能。

3.根据权利要求2所述的窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，压缩模块包括过滤器、透平空气压缩机，

分梯度冷能回收预冷模块包括高温热能回收器、水冷却器、低温冷能回收器，

纯化模块包括分子筛吸附器、电加热器，

精馏模块包括主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、增压透平膨胀机，

过滤器、透平空气压缩机、高温热能回收器、水冷却器、低温冷能回收器、分子筛吸附器、电加热器、增压透平膨胀机的增压端设于精馏箱外，主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、增压透平膨胀机设于精馏箱内，冷凝蒸发器设于精馏塔之上；

过滤器、透平空气压缩机、高温热能回收器、水冷却器、低温冷能回收器、分子筛吸附器、主换热器依次连接，主换热器和精馏塔底部的原料空气进口连接；

精馏塔底部的富氧液空出口和过冷器连接，过冷器和冷凝蒸发器连接，过冷器和冷凝蒸发器的连接管路上设有节流阀，冷凝蒸发器的富氧空气出口和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器的富氧空气复热出口提供低温中压富氧产品用于水泥窑炉送煤风；主换热器的富氧空气部分复热出口分别连至低温冷能回收器、增压透平膨胀机的增压端，低温冷能回收器和高温热能回收器连接，再和节流阀连接，以提供高温低压富氧产品用于水泥窑炉富氧燃烧器的旋流风；增压透平膨胀机的增压端和高温热能回收器连接，以提供高温高压富氧产品用于水泥窑炉富氧燃烧器的轴流风；

精馏塔顶部的带压氮气出口分别和冷凝蒸发器、主换热器连接，冷凝蒸发器的液氮出口分别和外部液氮产品储罐、精馏塔顶部连接，冷凝蒸发器的液氮出口和外部液氮产品储罐连接管路上设有节流阀；主换热器的带压氮气部分复热出口和增压透平膨胀机连接，增压透平膨胀机和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器提供低温常压氮气，分别和电加热器、低温冷能回收器连接，电加热器和分子筛吸附器连接；低温冷能回收器和高温热能回收器连接，高温热能回收器和外部放空管道连接。

4.根据权利要求1所述的窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，富氧燃烧器为套筒式燃烧器，包括中心点火通道、旋流风通道、内轴流风通道、煤粉风通道、外轴流风通道、冷却风通道；

中心点火通道置于燃烧器中心，旋流风通道置于中心点火通道与内轴流风通道之间，内轴流风通道置于旋流风通道外环，煤粉风通道置于内轴流风通道外环，外轴流风通道置于煤粉风通道外环，冷却风通道置于外轴流风通道外环。

5.根据权利要求4所述的窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，所述煤粉风通道为锯齿状通道，包括内层和外层，内层外壁上均匀设有若干轴向锯齿，外层内壁上配套均匀设有若干轴向锯齿，安装时，内层外壁轴向锯齿和外层内壁轴向锯齿相错，形成锯齿形通道；内层外壁上设有多个凸块，用于内外层安装时定位、支撑。

6.根据权利要求1所述的窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，测温分析系统包括温度采集模块、数据处理及控制模块、显示模块，

温度采集模块，实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度数据，并将采集的数据发送给数据处理及控制模块；

数据处理及控制模块，接收温度采集模块传送的数据，处理后得到窑炉内火焰温度分布及形状数据并发送给烧成专家优化系统及显示模块；

显示模块，实时显示水泥窑炉内火焰温度分布及形状。

7.根据权利要求6所述的窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，图像采集模块为红外高温测温仪。

8.根据权利要求1所述的窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，烧成专家优化系统，通过对水泥窑炉现场各实测数据的统计、分析及原理性计算，并结合近200条水泥窑炉热工标定数据的分析、总结、比对，实现通过监测水泥窑炉内火焰形状及温度分布，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，总结出火焰形状及温度分布和富氧燃烧器富氧流量、压力及纯度的对应关系，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统。

9.根据权利要求1所述的窑炉用智能控制富氧烧成系统，其特征在于，智能控制系统分别和烧成专家优化系统、富氧系统连接，接收烧成专家优化系统对于富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令，并发送给富氧系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配。

10.利用权利要求1-9任一权利要求所述的系统智能控制窑炉富氧烧成的方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用富氧系统同时生产低温中压富氧产品、高温低压富氧产品、高温高压富氧产品分别用于水泥窑炉富氧燃烧器的送煤风、旋流风、轴流风；其中，低温中压富氧产品含25％-50％O₂，温度为12-20℃，压力为60-80KPa；高温低压富氧产品含25％-50％O₂，温度为90-115℃，压力为20-35KPa；高温高压富氧产品含25％-50％O₂，温度为90-115℃，压力为80-100KPa；

测温分析系统实时采集水泥窑炉内不同位置火焰温度，处理得到水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，并实时发送给烧成专家优化系统；

烧成专家优化系统接收测温分析系统发送的水泥窑炉内火焰温度分布及形状数据，结合水泥窑炉现场实测数据，对水泥最优化烧成状态进行评估、预测，生成对富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令并发送给智能控制系统；

智能控制系统接收烧成专家优化系统对于富氧系统各富氧产品流量、压力及纯度的调控指令，并发送给富氧系统，通过预先调节方式实现富氧系统对相关参数的自动调节及匹配。

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