CN111847911B - 双膛石灰窑系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了新型双膛石灰窑系统及其控制方法，根据上述系统和控制方法，利用所述CO₂浓度测试设备测量所述烟气连接通道的CO₂浓度数据，最终确定石灰石煅烧的程度，由此，本申请提供的系统和方法，可以确保所述双膛石灰窑本体在合适的时间对第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的煅烧带的工作状态转换，最终得到优质的生石灰，同时节约能源。

Description

双膛石灰窑系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及双膛石灰窑技术领域，特别涉及双膛石灰窑系统及其控制方法。

背景技术

生石灰是冶金行业广泛应用的重要辅助原料，在炼铁原料烧结、炼铁还原过程、铁水预处理过程及炉外精炼过程中，生石灰作为添加剂，起到调节炉料碱度、造渣和脱硫等作用，对炼铁炼钢工艺的顺利进行具有重要作用。

石灰窑是生石灰生产工艺中的核心装备，原料石灰石在石灰窑中被加热至1100℃，煅烧生成生石灰。双膛石灰窑是一种典型的生石灰生产竖窑，由对称并排的两个竖式窑膛组成，两个竖式窑膛分别为第一石灰窑本体和第二石灰窑本体，第一石灰窑本体和第二石灰窑本体相互连通。生产过程中，第一石灰窑本体和第二石灰窑本体周期性的交替轮流煅烧和预热石灰石，完成生石灰连续生产。

相关技术中，对双膛石灰窑换向周期的控制主要依靠操作工人经验确定，这种方式不确定性过多，不能获得合适的换向周期。而在双膛石灰窑生产过程中，换向周期对生石灰的煅烧质量和能耗具有重要影响。换向周期太长，则燃烧膛内石灰石超过合理煅烧时间，会导致过烧，既影响生石灰质量又会造成不必要的能源浪费；换向周期太短，则燃烧膛内石灰石未能充分煅烧，导致生烧，使生石灰中含有未分解的石灰石，产品有效成分含量降低。

发明内容

本申请的目的在于提供双膛石灰窑系统及其控制方法，以解决双膛石灰窑不能准确确定换向周期的问题。

第一方面，本申请提供了一种双膛石灰窑系统的控制方法，所述控制方法包括：

控制CO₂浓度测试设备获得烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

根据所述CO₂浓度数据，计算CO₂浓度导数；

判断所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件；

如果所述CO₂浓度导数满足预设换向条件，则启动换向操作，所述换向操作包括更改第二接口、第三接口、第四接口和第五接口的开启状态或关闭状态。

根据上述方法，利用所述CO₂浓度测试设备测量所述烟气连接通道的CO₂浓度数据，最终确定石灰石煅烧的程度，由此，本申请提供的方法，可以确保所述双膛石灰窑本体在合适的时间对第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的煅烧带的工作状态转换，在得到优质的生石灰的同时，节约能源。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现的方式中，所述预设换向条件包括：

所述CO₂浓度导数等于0，且前一时刻的CO₂浓度导数小于0。

由此，本申请实施例利用CO₂浓度测试设备，测得CO₂浓度数据，通过计算CO₂浓度导数，比较CO₂浓度导数与预设换向条件，最终确定是否启动换向操作。该方法提供了换向操作的精确启动时间，在生产中得到优质的石灰石的同时，节约能源。

结合第一方面，在第一方面的第二种可实现的方式中，计算CO₂浓度导数的方法包括：

C′＝(C2-C1)/Δt；

其中，C′为CO₂浓度导数，C1为t1时刻CO₂浓度，C2为t2时刻CO₂浓度，Δt为t2和t1的差值。

结合第一方面，在第一方面的第三种可实现的方式中，所述换向操作还包括石灰石的装入换向和燃料的喷射换向。

第二方面，本申请提供了一种双膛石灰窑系统，所述系统包括双膛石灰窑本体、CO₂浓度测试设备和计算机控制单元；

所述双膛石灰窑本体包括烟气连接通道；

所述CO₂浓度测试设备设置在所述烟气连接通道内，所述CO₂浓度测试设备用于检测烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

所述计算机控制单元被配置为：控制CO₂浓度测试设备获得烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

根据所述CO₂浓度数据，计算CO₂浓度导数；

判断所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件；

如果所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件，则启动换向操作，所述换向操作包括更改第二接口、第三接口、第四接口和第五接口的开启状态或关闭状态。

根据上述系统，设置所述CO₂浓度测试设备在所述烟气连接通道内，所述CO₂浓度测试设备可以测量CO₂浓度，最终确定石灰石煅烧的程度，由此，本申请提供的系统，可以确保所述双膛石灰窑本体在合适的时间对第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的煅烧带的工作状态转换，在得到优质的生石灰的同时，节约能源。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述CO₂浓度测试设备的测量端位于所述烟气连接通道的中心。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种双膛石灰窑系统的结构示意图；

图2为本申请提供的A部的结构放大示意图；

图3为本申请提供的B部的结构放大示意图；

图4为本申请提供的一个煅烧周期内烟气连接通道CO₂浓度的变化曲线；

图5为本申请提供的一种双膛石灰窑的控制方法的流程图。

其中，1-双膛石灰窑本体、11-第一石灰窑本体、111-预热带、112-煅烧带、113-冷却带、12-第二石灰窑本体、13-烟气连接通道、14-第一三通阀、141-第一接口、142-第二接口、143-第三接口、15-第二三通阀、151-第四接口、152-第五接口、153-第六接口、16-助燃风机、17-助燃风管路、171-助燃风管路主管、172-第一助燃风分管、173-第二助燃风分管、18-排烟管路、181-排烟管路主管、182-第一排烟分管、183-第二排烟分管、19-排烟风机、20-冷却风帽、21-喷枪、22-冷却风管路、221-冷却风管路主路、222-第一冷却分管、223-第二冷却分管、23-冷却风机、2-CO₂浓度测试设备。

具体实施方式

参见图1，图1为本申请提供的双膛石灰窑系统的结构示意图。

本申请中的双膛石灰窑系统，所述系统包括双膛石灰窑本体1、CO₂浓度测试设备2和计算机控制单元；

具体的，所述双膛石灰窑可以为麦尔兹并流蓄热式双膛石灰窑。

所述双膛石灰窑本体1包括烟气连接通道13，所述双膛石灰窑本体1还包括第一石灰窑本体11、第二石灰窑本体12、第一三通阀14、第二三通阀15、助燃风机16、助燃风管路17、排烟管路18和排烟风机19；

所述第一石灰窑本体11和第二石灰窑本体12分别包括由上至下设置的预热带111、煅烧带112和冷却带113；所述第一石灰窑本体11的煅烧带112下部和第二石灰窑本体12的煅烧带112下部通过所述烟气连接通道13连接。

所述CO₂浓度测试设备2设置在所述烟气连接通道13内，所述CO₂浓度测试设备用于检测烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

本申请实施例中，生石灰的产生是由石灰石在第一石灰窑本体11或第二石灰窑本体12中经过预热带111、煅烧带112和冷却带113，完成预热、煅烧和冷却过程，最终分解而来的。具体的，当石灰石初始放入第一石灰窑本体11或第二石灰窑本体12中时，处于低温状态(相对于煅烧温度)，在预热带111中石灰石被初步预热，当进入到煅烧带112时预热的石灰石被煅烧，得到高温生石灰，最后通过冷却带113将高温生石灰降温，最终得到生石灰产品。

双膛石灰窑本体1在生产过程中为了石灰石煅烧时产生废气的被相邻的石灰窑本体利用，且可以实现生石灰的连续生产，将第一石灰窑本体11和第二石灰窑本体12交替转换使用。再次参阅图1，所述第一石灰窑本体11的煅烧带112下部和第二石灰窑本体12的煅烧带112下部通过所述烟气连接通道13连接，当石灰石在第一石灰窑本体11中煅烧时，煅烧后的废气沿着烟气连接通道13向第二石灰窑本体12中输送。煅烧后的废气处于高温状态下，高温废气可以在第二石灰窑本体12中，将石灰石预热。当石灰石在第二石灰窑本体12中煅烧时，煅烧后产生的废气同样沿着烟气连接通道13向第一石灰窑本体11中输送，这样可以利用高温废气将第一石灰窑本体11的预热带111中加入的石灰石预热。

需要说明的是，本申请中所述的换向周期为第一石灰窑本体11或第二石灰窑本体12的煅烧带112工作的时间。

所述换向时间对于石灰石的煅烧极其重要，如果换向时间过短，容易产生生烧，如果换向时间过长，容易产生过烧。本申请实施例，设置所述CO₂浓度测试设备2在所述烟气连接通道13内，所述CO₂浓度测试设备2可以测量CO₂浓度，最终确定石灰石煅烧的程度，确保所述双膛石灰窑本体1在合适的时间转换第一石灰窑本体11煅烧带和第二石灰窑本体12煅烧带112的工作状态。

参阅图2，所述第一三通阀14包括第一接口141、第二接口142和第三接口143，参阅图3，所述第二三通阀15包括第四接口151、第五接口152和第六接口153；

所述第一石灰窑本体11的上端与所述第一接口141连接，所述第二石灰窑本体12的上端与所述第四接口151连接，所述第二接口142和第五接口152分别通过助燃风管路17与所述助燃风机16连接，所述第三接口143和第六接口153分别通过排烟管路18与所述排烟风机19连接。

具体的，所述第一石灰窑本体11和第二石灰窑本体12共同使用连接同一个助燃风机16和排烟风机19。当第一石灰窑本体11的煅烧带112煅烧石灰石时，通过第一三通阀14和第二三通阀15调节，所述助燃风机16与所述第一石灰窑本体11连通，所述排烟风机19与所述第二石灰窑本体12连通，此时所述第二接口142与所述助燃风管路17连通，所述第三接口143与所述排烟管路18闭合，所述第五接口152与所述助燃风管路17闭合，所述第六接口153与所述排烟风机19开启；当第二石灰窑本体12的煅烧带112煅烧石灰石时，通过第一三通阀14和第二三通阀15调节，所述助燃风机16与所述第二石灰窑本体12连通，所述排烟风机19与所述第一石灰窑本体11连通，此时所述第二接口142与所述助燃风管路17闭合，所述第三接口143与所述排烟管路18连通，与所述第五接口152与所述助燃风管路17连通，所述第六接口153与所述排烟风机19闭合。

所述计算机控制单元被配置为：控制CO₂浓度测试设备获得烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

根据所述CO₂浓度数据，计算CO₂浓度导数；

判断所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件；

如果所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件，则启动换向操作，所述换向操作包括更改第二接口、第三接口、第四接口和第五接口的开启状态或关闭状态。

根据上述系统，设置所述CO₂浓度测试设备2在所述烟气连接通道13内，所述CO₂浓度测试设备2可以测量CO₂浓度，最终确定石灰石煅烧的程度，由此，本申请提供的系统，可以确保所述双膛石灰窑本体1在合适的时间对第一石灰窑本体11和第二石灰窑本体12的煅烧带112的工作状态转换，在得到优质的生石灰的同时，节约能源。

参阅图4为一个煅烧周期内烟气连接通道CO₂浓度的变化曲线。在烟气连接通道内CO₂浓度的变化曲线中，在煅烧初期，石灰石分解释放CO₂，随着石灰分解速率加快，通道内CO₂浓度逐渐增加，在t1时刻石灰分解速率达到最大，通道内CO₂浓度也随之达到峰值。随后，石灰分解速率逐渐降低，CO₂浓度也逐渐减小，到t2时刻，石灰分解结束，CO₂浓度也趋于稳定。由此，可以确定烟气连接通道CO₂浓度的变化曲线中时间t2即为煅烧带石灰石恰好完全分解的煅烧结束时间。

在一些实施例中，所述双膛石灰窑本体1还包括冷却风帽20、喷枪21、冷却风管路22和冷却风机23；

所述第一石灰窑本体11的下端和第二石灰窑本体12的下端均设置有冷却风帽20，所述冷却风帽20通过冷却风管路22与所述冷却风机23连接；

所述第一石灰窑本体11的预热带下部和第二石灰窑本体12的预热带下部均设置有喷枪21，所述喷枪用于喷洒燃料。

需要说明的是，燃料分别由第一石灰窑本体11和第二石灰窑本体12的上部交替送入，通过设在预热带111底部的多支喷枪21使燃料均匀地分布在整个石灰石的断面上，使原料石灰石得到均匀的煅烧。双膛石灰窑使用的是流体燃料，如煤气、油、煤粉等均可。当第一石灰窑本体11的煅烧带处于工作状态，第二石灰窑本体12的煅烧带处于未工作状态，助燃空气用助燃风机16通过助燃风管路17从第一石灰窑本体11上部送入，助燃空气在与燃料混合前在预热带111先被石灰石预热，然后煅烧火焰气流通过煅烧带112与石灰石并流，使石灰石得到煅烧。煅烧后得到的废气通过连接第一石灰窑本体11和第二石灰窑本体12的烟气连接通道13沿着第二石灰窑本体12的预热带111向顶部排出，在排出的过程中对此第二石灰窑本体12内新加入的石灰石进行预热，以充分回收烟气热量。最终，废气通过排烟管路18由排烟风机19排出。冷却风用冷却风机23通过冷却风管路22从冷却风帽20通入第一石灰窑本体11和第二石灰窑本体12的底部，对经过煅烧后的高温生石灰进行逆流换热冷却，经过换热后的冷却风与煅烧后的废气合并后通过烟气连接通道13沿着第二石灰窑本体12的预热带111向顶部排出。

由此，冷却风机为第一石灰窑本体和第二石灰窑本体提供冷却风，用于冷却煅烧得到的生石灰。所述喷枪为石灰石提供燃料，确保石灰石得到均匀的煅烧。

在一些实施例中，所述CO₂浓度测试设备2的测量端24位于所述烟气连接通道13的中心。

在一些实施例中，所述助燃风管路17包括助燃风管路主管171和从助燃风管路主管171的一端延伸出的第一助燃风分管172和第二助燃风分管173；所述助燃风管路主管171的另一端与所述助燃风机16连接，所述第一助燃风分管172与所述第二接口142连接，所述第二助燃风分管173与所述第五接口152连接。

由此，可以使用一个助燃风机16同时与第二接口142和第五接口152连接，使所述系统的结构更简单。

在一些实施例中，所述排烟管路18包括排烟管路主管181和从排烟管路主管181的一端延伸出的第一排烟分管182和第二排烟分管183，所述排烟管路主管181的另一端与所述排烟风机19连接，所述第一排烟分管182与所述第三接口143连接，所述第二排烟分管183与所述第六接口153连接。

由此，可以使用一个排烟风机19同时与第三接口143和第六接口153连接，使所述系统的结构更简洁。

在一些实施例中，所述冷却风管路22包括冷却风管路主路221和由冷却风管路主路221一端延伸出的第一冷却分管222和第二冷却分管223，所述冷却风管路主路221的另一端与所述冷却风机23连接，所述第一冷却分管222与所述第一石灰窑本体11下端的冷却风帽20连接，所述第二冷却分管223与所述第二石灰窑本体12下端的冷却风帽20连接。

由此，可以使用一个冷却风机23可以同时为与第一石灰窑本体11下端的冷却风帽20和第二石灰窑本体12下端的冷却风帽20提供冷却风。

在一些实施例中，所述CO2浓度测试设备的测量端位于所述烟气连接通道的中心。

参阅图5，图5为一种双膛石灰窑系统的控制方法的流程示意图。本申请实施例提供一种双膛石灰窑系统的控制方法，所述控制方法包括：

步骤S100、控制CO₂浓度测试设备获得烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

步骤S200、根据所述CO₂浓度数据，计算CO₂浓度导数；

步骤S300、判断所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件；

步骤S400、如果所述CO₂浓度导数满足预设换向条件，则启动换向操作，所述换向操作包括更改第二接口、第三接口、第四接口和第五接口的开启状态或关闭状态。

具体的，由于换向周期对于石灰石煅烧非常重要，所以本申请实施例利用CO₂浓度测试设备获得CO₂浓度数据，通过CO₂浓度数据，确认是否需要启动换向操作，所述换向操作即将第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的煅烧带的工作状态转换，同时，排烟风机和助燃风机的作用位置也发生变化，例如，当第一石灰窑本体的煅烧带从工作状态转换为非工作状态，第二石灰窑本体的煅烧带从非工作状态转换为工作状态，此时，排烟风机从抽取第二石灰窑本体内的废气转换为抽取第一石灰窑本体内的废气，助燃风机从为第一石灰窑本体提供助燃空气转换为为第二石灰窑本体提供助燃空气。在本申请实施例中，排烟风机和助燃风机的作用位置的转换通过开启或关闭第二接口、第三接口、第四接口和第五接口完成。

根据上述方法，利用所述CO₂浓度测试设备测量所述烟气连接通道的CO₂浓度数据，最终确定石灰石煅烧的程度，由此，本申请提供的方法，可以确保所述双膛石灰窑本体在合适的时间对第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的煅烧带的工作状态转换，在得到优质的生石灰的同时，节约能源。

在一些实施例中，所述预设换向条件包括：所述CO₂浓度导数等于0，且前一时刻的CO₂浓度导数小于0。

再次参阅图4，在烟气连接通道内CO₂浓度的变化曲线中，在煅烧初期，石灰石分解释放CO₂，随着石灰分解速率加快，通道内CO₂浓度逐渐增加，在t1时刻石灰分解速率达到最大，通道内CO₂浓度也随之达到峰值。随后，石灰分解速率逐渐降低，CO₂浓度也逐渐减小，到t2时刻，石灰分解结束，CO₂浓度也趋于稳定。由此，可以确定烟气连接通道CO₂浓度的变化曲线中时间t2即为煅烧带石灰石恰好完全分解的煅烧结束时间。

由此，本申请实施例利用CO₂浓度测试设备，测得CO₂浓度数据，通过计算CO₂浓度导数，比较CO₂浓度导数与预设换向条件，最终确定是否启动换向操作。该方法提供了换向操作的精确启动时间，在生产中得到优质的石灰石的同时，节约能源。

在一些实施例中，计算CO₂浓度导数的方法包括：

C′＝(C2-C1)/Δt；

其中，C′为CO₂浓度导数，C1为t1时刻CO₂浓度，C2为t2时刻CO₂浓度，Δt为t2和t1的差值，t1为t2的前一时刻。

在一些实施例中，所述换向操作还包括石灰石的装入换向和燃料的喷射换向。

具体的，双膛石灰窑本体工作时，第一石灰窑本体和第二石灰窑本体均在预热带、煅烧带和冷却带中装入石灰石，当第一石灰窑本体完成石灰石煅烧后，第一石灰窑本体底部输出部分生石灰，使原处于预热带的石灰石转移到煅烧带，同时在第一石灰窑本体的顶部加入石灰石，维持原有的第一石灰窑本体内的料位高度。当石灰石处于煅烧带完成煅烧时，转换为第二石灰窑本体的石灰石煅烧，当第二石灰窑本体完成石灰石煅烧后，第二石灰窑本体的底部输出部分生石灰，同时在第二石灰窑本体的顶部加入石灰石。所述石灰石的装入换向，即为第一石灰窑本体的喷枪喷射燃料转变为第二石灰窑本体的喷枪喷射燃料。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种双膛石灰窑系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

控制CO₂浓度测试设备获得烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

根据所述CO₂浓度数据，计算CO₂浓度导数；

判断所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件；

如果所述CO₂浓度导数满足预设换向条件，则启动换向操作，所述换向操作包括更改第二接口、第三接口、第四接口和第五接口的开启状态或关闭状态；

所述预设换向条件包括：

所述CO₂浓度导数等于0，且前一时刻的CO₂浓度导数小于0；

计算CO₂浓度导数的方法包括：

C′＝(C2-C1)/Δt；

其中，C′为CO₂浓度导数，C1为t1时刻CO₂浓度，C2为t2时刻CO₂浓度，Δt为t2和t1的差值。

2.根据权利要求1所述的双膛石灰窑系统的控制方法，其特征在于，所述换向操作还包括石灰石的装入换向和燃料的喷射换向。

3.一种双膛石灰窑系统，其特征在于，所述系统包括双膛石灰窑本体、CO₂浓度测试设备和计算机控制单元；

所述双膛石灰窑本体包括烟气连接通道；

所述CO₂浓度测试设备设置在所述烟气连接通道内，所述CO₂浓度测试设备用于检测烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

所述计算机控制单元被配置为：控制CO₂浓度测试设备获得烟气连接通道内的CO₂浓度数据；

根据所述CO₂浓度数据，计算CO₂浓度导数；

判断所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件；

如果所述CO₂浓度导数是否满足预设换向条件，则启动换向操作，所述换向操作包括更改第二接口、第三接口、第四接口和第五接口的开启状态或关闭状态；

所述预设换向条件包括：

所述CO₂浓度导数等于0，且前一时刻的CO₂浓度导数小于0；

计算CO₂浓度导数的方法包括：

C′＝(C2-C1)/Δt；

其中，C′为CO₂浓度导数，C1为t1时刻CO₂浓度，C2为t2时刻CO₂浓度，Δt为t2和t1的差值。

4.根据权利要求3所述的双膛石灰窑系统，其特征在于，所述CO2浓度测试设备的测量端位于所述烟气连接通道的中心。

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