CN114427013A - 回转窑快速还原系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回转窑快速还原系统，采用回转窑本体、窑头燃料供给装置、窑尾原燃料供给装置、回转窑窑身鼓风装置、回转窑供热装置、回转窑尾气处理装置和控制装置，控制装置包括控制器，控制器用于控制多管除尘器和第一耐高温抽风机动作，将缓冷段靠近还原焙烧段料层上部逸出的还原气体抽出，经多管除尘器适当冷却后，再由第一耐高温抽风机经料层下部送入预热段靠近干燥段的低温部分；还用于控制第二耐高温抽风机动作，将干燥段窑尾的水蒸汽、CO2及少量的CO尾气抽入还原焙烧段的高温部位。本发明自动化程度高，控温效果好；降低还原反应所需的反应温度，提高预热段温度促进预热段还原反应的深入进行，达到节能减排提高生产效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及含铁固体废弃物处理技术领域，尤其公开了一种回转窑快速还原系统及控制方法。
背景技术
含铁固体废弃物的综合利用是困扰钢铁联合企业的一个重大难题，钢铁联合企业在生产过程中产生大量的炼铁炉渣、瓦斯泥、瓦斯灰的除尘灰；转炉炼钢过程中产生的转炉尘泥、钢渣和氧化铁皮；轧钢过程产生的轧钢油泥和氧化铁皮等。这些物料中大部分都有一定的使用价值，如果弃之不用，既需要大量的排污费用，又浪费了矿物资源。
现有含铁固体废弃物的处理工艺主要采用煤基回转窑法，回转窑法是煤基法中最重要、最有价值、应用较广的工艺。此法还原铁矿石可按不同的作业温度生产海绵铁、粒铁，但以低温作业的回转窑生产海绵铁最有意义。回转窑的优点是能够直接使用固体煤作为能源，能有效地脱硫。
传统还原窑受限于产能小，易结圈，从热工系统方面来看，主要有以下几个问题：
1)、因窑尾煤供入量少，而窑头煤喷射距离又覆盖不了回转窑中后部区域，因而造成中后部球团不能被还原煤所覆盖，导致出窑球团金属化率波动大，不合格球团多，生产不稳定。
2)、操作中为了覆盖回转窑中后部球团而提高窑尾煤供入量时，由于窑尾煤挥发分溢出量增大，致使冷烟室温度迅速升至1100℃～1200℃，造成再燃室内灰尘软熔严重，粘结形成“结圈”，当“结圈”局部脱落落入水封槽时又造成严重的“水爆”现象，带来了安全隐患。
3)、窑身二次风喷嘴的结构形式决定了助燃风只能由10台左右的二次风喷嘴引入，沿窑身方向的温度场波动较大，回转窑易结圈。
4)、二次风喷嘴结构形式还决定了二次风与窑内可燃成份基本上处于平行流动状态，混合不好，窑尾煤挥发分不能在窑中后部完全燃烧，使之进入冷烟室后再燃烧，这也是造成冷烟室温度过高的另一个重要原因。
因此，现有含铁固体废弃物的处理工艺中存在的上述缺陷，是一件亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种回转窑快速还原系统及控制方法，旨在解决现有含铁固体废弃物的处理工艺中存在的上述缺陷。
本发明的一方面涉及一种回转窑快速还原系统，包括回转窑本体、窑头燃料供给装置、窑尾原燃料供给装置、回转窑窑身鼓风装置、回转窑供热装置、回转窑尾气处理装置和控制装置，回转窑本体包括窑头、窑身和窑尾，窑头燃料供给装置和回转窑供热装置分别与回转窑本体的窑头相接通，窑尾原燃料供给装置和回转窑尾气处理装置分别与回转窑本体的窑尾相接通，回转窑窑身鼓风装置与回转窑本体的窑身相接通，回转窑本体的窑身从尾至头依次分为干燥段、预热段、还原焙烧段和缓冷段，控制装置包括控制器、第一风管、第二风管、多管除尘器、第一耐高温抽风机和第二耐高温抽风机，第一风管的一端与干燥段的底部相接通，第一风管的另一端与还原焙烧段的底部相接通；第二风管的一端与缓冷段和还原焙烧段连接处的顶部相接通，第二风管的另一端与预热段的底部相接通；第二耐高温抽风机设于第一风管上，多管除尘器和第一耐高温抽风机依序设于第二风管上；控制器分别与多管除尘器、第一耐高温抽风机和第二耐高温抽风机电连接，用于控制多管除尘器和第一耐高温抽风机动作，将缓冷段靠近还原焙烧段料层上部逸出的还原气体抽出，经多管除尘器适当冷却后，再由第一耐高温抽风机经料层下部送入预热段靠近干燥段的低温部分；还用于控制第二耐高温抽风机动作，将干燥段窑尾的水蒸汽、CO2及少量的CO尾气抽入还原焙烧段的高温部位。
进一步地，窑头燃料供给装置和回转窑窑身鼓风装置通过动静结合风套分别与缓冷段、还原焙烧段和预热段相接通，用于将窑头燃料供给装置供给的煤粉通过回转窑窑身鼓风装置分别鼓风至缓冷段、还原焙烧段和预热段；动静结合风套包括活动套和固定套，活动套套接于固定套上，活动套固定连接于回转窑本体的窑身上，用于与回转窑本体一起旋转；固定套上设有与回转窑窑身鼓风装置相接通的进风风道。
进一步地，回转窑本体的窑身上设有多个风环轨道及分别对应绕风环轨道旋转的多个窑身旋转装置，多个风环轨道沿回转窑本体的窑身外壁轴向均匀间隔设置，窑身旋转装置分别与回转窑窑身鼓风装置和回转窑本体相接通，用于在回转窑本体旋转时通过回转窑窑身鼓风装置送风，窑身旋转装置包括回转窑筒体、旋转环外筒、窑身风道组件、挡阀、拉扦、旋转滑动组件和滑动轴承组，窑身风道组件与回转窑筒体相接通，拉扦的一端通过旋转滑动组件与旋转环外筒活动连接，拉扦的另一端穿过窑身风道组件的风腔后与挡阀相连接；滑动轴承组与旋转环外筒的外壁相连接。
进一步地，多个窑身风道组件周向均匀间隔环绕回转窑筒体布置，多个旋转滑动组件周向均匀间隔环绕旋转环外筒布置，多个拉扦分别对应连接于窑身风道组件和旋转滑动组件之间。
进一步地，窑身风道组件包括腔体、设于腔体两侧的第一进风风道法兰盘和第二进风风道法兰盘、设于腔体顶端的密封盖、以及设于腔体底端的二次风嘴；旋转滑动组件包括移动架、以及设于移动架上的第一滚轮、第二滚轮和第三滚轮，第一滚轮横向布置于移动架上，第二滚轮和第三滚轮位于第一滚轮的两侧且径向布置于移动架上，旋转环外筒包括环体、设于环体中部的凹槽、以及设于环体两端的外壁和内壁，第一滚轮与凹槽滚动连接，第二滚轮与外壁滚动连接，第三滚轮与内壁滚动连接；拉扦的一端伸入腔体内并穿过二次风嘴后与挡阀固定连接，拉扦的另一端与移动架螺纹连接用于拉动挡阀动作以打开或关闭二次风嘴；滑动轴承组包括固定架和垂向设于固定架上的第四滚轮和第五滚轮，固定架与外壁固定连接，第四滚轮和第五滚轮分别与风环轨道滑动连接。
进一步地，窑头燃料供给装置包括窑头罩及设于窑头罩内用于喷粉煤的风煤烧嘴；回转窑供热装置包括再燃室及与括再燃室相接通用于向再燃室送风的鼓风机，窑尾原燃料供给装置上设有用于添加还原物料和块煤的输送设备；回转窑尾气处理装置包括设于窑头罩的上方用于抽吸回转窑尾气的抽尾气设备。
本发明的另一方面涉及一种回转窑温度控制方法，应用于上述的回转窑快速还原系统中，回转窑温度控制方法包括以下步骤：
读取二次风嘴对应温度点的实际温度值；
根据读取的实际温度值，计算出温度差值ΔEt；温度差值ΔEt为实际温度值与目标温度值的差值，利用预设在数据库中的调整规则表，调整该温度点对应的二次风量值；
延时t1秒，判定温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|是否在减少；
若温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|在减少，则进一步判定温度差值ΔEt是否在允许的误差范围内；
若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
进一步地，延时t1秒，判定温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|是否在减少的步骤之后还包括：
若温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|在增加，则根据当前的温度差值ΔEt，利用预设在数据库中的调整规则表，调整窑头的喷煤量；
延时t2秒，判定喷煤增加量累计值Δmn是否超过喷煤量允许增加最大值Δm1max；喷煤增加量累计值Δmn等于每次增加量的总和，即：
Δm1i为每次喷煤调整值；
若喷煤增加量累计值Δmn超过喷煤量允许增加最大值Δm1max，则进一步判定温度差值ΔEt是否在允许的误差范围内；
若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
进一步地，延时t2秒，判定喷煤增加量累计值Δmn是否超过喷煤量允许增加最大值Δm1max的步骤之后还包括：
若喷煤增加量累计值Δmn未超过喷煤量允许增加最大值Δm1max，则根据当前的温度差值ΔEt，利用预设在数据库中的调整规则表，调整窑尾的块煤添加量；
延时t3秒，判断加块煤量累计增加值是否超过加块煤允许增加最大值Δm2max；
若加块煤量累计增加值超过加块煤允许增加最大值Δm2max，则报系统温度控制故障。
进一步地，延时t3秒，判断加块煤量累计增加值是否超过加块煤允许增加最大值Δm2max的步骤之后还包括：
若加块煤量累计增加值未超过加块煤允许增加最大值Δm2max，则进一步判定ΔEt是否在允许误差范围内；
若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
本发明所取得的有益效果为：
本发明提供一种回转窑快速还原系统，采用回转窑本体、窑头燃料供给装置、窑尾原燃料供给装置、回转窑窑身鼓风装置、回转窑供热装置、回转窑尾气处理装置和控制装置，控制装置包括控制器、第一风管、第二风管、多管除尘器、第一耐高温抽风机和第二耐高温抽风机，用于控制多管除尘器和第一耐高温抽风机动作，将缓冷段靠近还原焙烧段料层上部逸出的还原气体抽出，经多管除尘器适当冷却后，再由第一耐高温抽风机经料层下部送入预热段靠近干燥段的低温部分；还用于控制第二耐高温抽风机动作，将干燥段窑尾的水蒸汽、CO2及少量的CO尾气抽入还原焙烧段的高温部位。本发明提供的回转窑快速还原系统及控制方法，自动化程度高，控温效果好；提高窑内各段主要反应速率；将煤基回转窑干燥、预热、还原焙烧和缓冷阶段的水蒸汽、CO、CO2及余热进行合理再分配，充分发挥预热及余能的利用潜力，降低还原反应所需的反应温度，提高预热段温度促进预热段还原反应的深入进行，达到节能减排提高生产效率的目的。
附图说明
图1为本发明提供的回转窑快速还原系统中控制装置的工作原理示意图；
图2为本发明提供的回转窑快速还原系统第一实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的回转窑快速还原系统第二实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的回转窑快速还原系统中动静结合风套一实施例的结构示意图；
图5为本发明提供的回转窑快速还原系统中旋转装置和风环轨道的配合结构示意图；
图6为本发明提供的回转窑快速还原系统中旋转装置和风环轨道的配合细化结构示意图；
图7为本发明提供的回转窑快速还原系统中旋转装置和风环轨道相互配合的立体结构示意图；
图8为本发明提供的回转窑快速还原系统中旋转装置和风环轨道配合的侧面结构示意图；
图9为图8中沿C-C面进行剖分的剖面示意图；
图10为本发明提供的回转窑温度控制方法第一实施例的流程示意图；
图11为本发明提供的回转窑温度控制方法第二实施例的流程示意图；
图12为本发明提供的回转窑温度控制方法第三实施例的流程示意图；
图13为本发明提供的回转窑温度控制方法第四实施例的流程示意图。
附图标号说明：
10、回转窑本体；20、窑头燃料供给装置；30、窑尾原燃料供给装置；40、鼓风装置；50、回转窑供热装置；60、回转窑尾气处理装置；11、干燥段；12、预热段；13、还原焙烧段；14、缓冷段；71、第一风管；72、第二风管；73、多管除尘器；74、第一耐高温抽风机；75、第二耐高温抽风机；80、动静结合风套；81、活动套；82、固定套；821、进风风道；15、旋转装置；16、风环轨道；151、回转窑筒体；152、旋转环外筒；153、窑身风道组件；154、挡阀；155、拉扦；156、旋转滑动组件；157、滑动轴承组；1531、腔体；1532、第一进风风道法兰盘；1533、第二进风风道法兰盘；1534、密封盖；1535、二次风嘴；1561、移动架；1562、第一滚轮；1563、第二滚轮；1564、第三滚轮；1521、环体；1522、凹槽；1523、外壁；1524、内壁；1571、固定架；1572、第四滚轮；1573、第五滚轮；21、窑头罩；22、风煤烧嘴；51、再燃室；52、鼓风机；31、输送设备；61、抽尾气设备。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
如图1和图2所示，本发明第一实施例提出一种回转窑快速还原系统，包括回转窑本体10、窑头燃料供给装置20、窑尾原燃料供给装置30、回转窑窑身鼓风装置40、回转窑供热装置50、回转窑尾气处理装置60和控制装置，回转窑本体10包括窑头、窑身和窑尾，窑头燃料供给装置20和回转窑供热装置50分别与回转窑本体10的窑头相接通，窑尾原燃料供给装置30和回转窑尾气处理装置60分别与回转窑本体10的窑尾相接通，回转窑窑身鼓风装置40与回转窑本体10的窑身相接通，回转窑本体10的窑身从尾至头依次分为干燥段11、预热段12、还原焙烧段13和缓冷段14，控制装置包括控制器、第一风管71、第二风管72、多管除尘器73、第一耐高温抽风机74和第二耐高温抽风机75，第一风管71的一端与干燥段11的底部相接通，第一风管71的另一端与还原焙烧段13的底部相接通；第二风管72的一端与缓冷段14和还原焙烧段13连接处的顶部相接通，第二风管72的另一端与预热段12的底部相接通；第二耐高温抽风机75设于第一风管71上，多管除尘器73和第一耐高温抽风机74依序设于第二风管72上；控制器分别与多管除尘器73、第一耐高温抽风机74和第二耐高温抽风机75电连接，用于控制多管除尘器73和第一耐高温抽风机74动作，将缓冷段14靠近还原焙烧段13料层上部逸出的还原气体抽出，经多管除尘器73适当冷却后，再由第一耐高温抽风机74经料层下部送入预热段12靠近干燥段11的低温部分；还用于控制第二耐高温抽风机75动作，将干燥段11窑尾的水蒸汽、CO2及少量的CO尾气抽入还原焙烧段13的高温部位。在本实施例中，窑头燃料供给装置20包括窑头罩21及设于窑头罩21内用于喷粉煤的风煤烧嘴22；回转窑供热装置50包括再燃室51及与括再燃室51相接通用于向再燃室51送风的鼓风机52，窑尾原燃料供给装置30上设有用于添加还原物料和块煤的输送设备31；回转窑尾气处理装置60包括设于窑头罩21的上方用于抽吸回转窑尾气的抽尾气设备61。干燥段11的温度要求小于500℃。预热段12的温度要求小于900℃。还原焙烧段13的温度要求小于1200℃。缓冷段14的温度要求小于700℃。
本实施例提出的回转窑快速还原系统，其工作原理如下所示：
回转窑干燥段11主要实现原料的脱水过程，温度为300℃左右，干燥段11尾部(靠近腰尾段)气流中主要成分为水蒸汽、CO2以及少量的CO等，常规情况下，这部分尾气排出回转窑后经再燃和除尘处理后排放，是回转窑CO2排放的主要出口。在回转窑的还原焙烧段13和缓冷段14位置是窑头火焰喷枪产生的最高温位置，此位置物料中有大量高温燃烧的煤，温度超过1200℃，为物料的过热部分。为实现整个回转窑内温度达到还原所需温度，一般此位置的温度高于还原所需温度，即其热量是过剩的，由于高温条件下物料和煤灰等容易熔化，此位置也是回转窑结圈的主要位置，如何降低此位置物料温度，对缓解回转窑结固有关键作用。本实施例将干燥段尾部的300℃左右的水蒸汽、CO2以及少量的CO尾气抽入还原焙烧段13最高温部位，尾气从物料和高温燃烧煤下部抽入，可以实现两个主要作用，其一为适当降低过热部分的温度，可有效防止结圈；其二为水蒸气和CO2与未反应的碳在高温下发生水煤气反应和布多尔反应，可以生成H2和CO：
水煤气反应：H2O+C＝H2+CO
布多尔反应：CO2+C＝2CO
水煤气反应和布多尔反应均为吸热反应，也可以降低过热物料温度，还可以产生还原性气体H2和CO，提高物料中还原气氛，促进还原反应的进行。
回转窑中预热段12的温度主要在900℃以下，煤基还原中主要发生的是CO还原物料的反应，在预热段12还原反应发生缓慢。如何提高预热段还原反应速率是实现低温快速还原的关键。与H2相比，在830℃以下，CO的还原性弱于H2，因此，可以向预热段引入H2和提高预热段温度，使预热段发生H2与物料的还原反应，达到提高预热段还原反应速率的目的。本实施例将缓冷段14靠近还原焙烧段13料层上部逸出的还原气体(主要成分为H2和CO)抽出，经多管适当冷却后，再由第一耐高温抽风机74经料层下部送入预热段靠近干燥段的低温部分。此方案可以达到两个目的，其一为高温气体经过预热段低温料层能提高料层温度；其二为高温气体中的H2和CO进入料层后能有效促进预热段还原反应的进行，实现低温快速还原的目的。
本实施例提出的回转窑快速还原系统，所取得的有益效果为：
1、利用回转窑尾气中的水蒸气和CO2，实现CO2的减排。
2、适当减低还原焙烧段过热部分温度，防止物料结圈。
3、提高了还原焙烧段料层中H2和CO浓度，促进还原焙烧段物料的快速还原，提高了预热段物料温度、H2和CO浓度，加快了预热段还原反应的进行，二者协同作用下实现低温快速还原。
4、有效利用了尾气中的余热余能和缓冷段气体的余热余能。
在上述结构中，请见图3和图4，本实施例提出的回转窑快速还原系统，窑头燃料供给装置20和回转窑窑身鼓风装置40通过动静结合风套80分别与缓冷段14、还原焙烧段13和预热段12相接通，用于将窑头燃料供给装置20供给的煤粉通过回转窑窑身鼓风装置40分别鼓风至缓冷段14、还原焙烧段13和预热段12；动静结合风套80包括活动套81和固定套82，活动套81套接于固定套82上，活动套81固定连接于回转窑本体10的窑身上，用于与回转窑本体10一起旋转；固定套82上设有与回转窑窑身鼓风装置40的出风口相接通的进风风道821。在本实施例中，通过动静结合风套80来将窑头燃料供给装置20供给的粉煤通过回转窑窑身鼓风装置40直接送入缓冷段14、还原焙烧段13和预热段12，对缓冷段14、还原焙烧段13和预热段12快速升温，提高传热效率；可实现煤基回转窑的低温快速还原，达到节能减排提高生产效率的目的。
优选地，参见图5至图9，本实施例提出的回转窑快速还原系统，回转窑本体10的窑身上设有多个风环轨道16及分别对应绕风环轨道16旋转的多个窑身旋转装置15，多个风环轨道16沿回转窑本体10的窑身外壁轴向均匀间隔设置，窑身旋转装置15分别与回转窑窑身鼓风装置40和回转窑本体10相接通，用于在回转窑本体10旋转时通过回转窑窑身鼓风装置40送风，窑身旋转装置15包括回转窑筒体151、旋转环外筒152、窑身风道组件153、挡阀154、拉扦155、旋转滑动组件156和滑动轴承组157，窑身风道组件153与回转窑筒体151相接通，拉扦155的一端通过旋转滑动组件156与旋转环外筒152活动连接，拉扦155的另一端穿过窑身风道组件153的风腔后与挡阀154相连接；滑动轴承组157与旋转环外筒152的外壁1523相连接。具体地，多个窑身风道组件153周向均匀间隔环绕回转窑筒体151布置，多个旋转滑动组件156周向均匀间隔环绕旋转环外筒152布置，多个拉扦155分别对应连接于窑身风道组件153和旋转滑动组件156之间。进一步地，窑身风道组件153包括腔体1531、设于腔体1531两侧的第一进风风道法兰盘1532和第二进风风道法兰盘1533、设于腔体1531顶端的密封盖1534、以及设于腔体1531底端的二次风嘴1535；旋转滑动组件156包括移动架1561、以及设于移动架1561上的第一滚轮1562、第二滚轮1563和第三滚轮1564，第一滚轮1562横向布置于移动架1561上，第二滚轮1563和第三滚轮1564位于第一滚轮1562的两侧且径向布置于移动架1561上，旋转环外筒152包括环体1521、设于环体1521中部的凹槽1522、以及设于环体1521两端的外壁1523和内壁1524，第一滚轮1562与凹槽1522滚动连接，第二滚轮1563与外壁1523滚动连接，第三滚轮1564与内壁1524滚动连接；拉扦155的一端伸入腔体1531内并穿过二次风嘴1535后与挡阀154固定连接，拉扦155的另一端与移动架1561螺纹连接用于拉动挡阀154动作以打开或关闭二次风嘴1535；滑动轴承组157包括固定架1571和垂向设于固定架1571上的第四滚轮1572和第五滚轮1573，固定架1571与外壁1523固定连接，第四滚轮1572和第五滚轮1573分别与风环轨道16滑动连接。在本实施例中，风环轨道16呈椭圆形，从而让挡阀154实时阻挡或打开出口，在宽口径处打开，在窄口径处封闭，起到控制进热风和吹粉煤的目的。通过多个风环轨道16和多个窑身旋转装置15的相互配合来将窑头燃料供给装置20供给的粉煤通过回转窑窑身鼓风装置40直接送入缓冷段14、还原焙烧段13和预热段12，对缓冷段14、还原焙烧段13和预热段12快速升温，提高传热效率；可实现煤基回转窑的低温快速还原，达到节能减排提高生产效率的目的。
如图10所示，本发明还提供一种回转窑温度控制方法，应用于上述的回转窑快速还原系统中，回转窑温度控制方法包括以下步骤：
步骤S100、读取二次风嘴对应温度点的实际温度值。
采用超声波测温测距仪实时在线检测二次风嘴对应温度点的实际温度值，控制器读取超声波测温测距仪实时检测的二次风嘴对应温度点的实际温度值。
步骤S200、根据读取的实际温度值，计算出温度差值ΔEt；温度差值ΔEt为实际温度值与目标温度值的差值，利用预设在数据库中的调整规则表，调整该温度点对应的二次风量值。
控制器根据读取的实际温度值，计算出温度差值ΔEt，温度差值ΔEt通过以下公式计算出：
ΔEt＝Tpv-Tsv (1)
在公式(1)中，Tpv为二次风嘴对应的温度点的实际温度值，Tsv为二次风嘴对应的温度点的目标温度值。
其具体的调整规则表如下所示：
表格一
如上表格一，其中，Δm1为窑头喷煤调整量，单位：t/h；Δm2为窑尾加块煤调整量，单位：t/h；ΔFsv为二次风量；F表示当前某位置二次风嘴的风量值，m1表示当前窑头的喷煤量，m2表示当前窑尾的块煤添加量。
当实际温度值高于或者低于目标温度值，系统首先调整对应位置处的二次风量。
步骤S300、延时t1秒，判定温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|是否在减少。
控制器控制定时器延时t1秒，t1值事先根据经验设定，一般设1～10秒，优选2～3秒。
步骤S400、若温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|在减少，则进一步判定温度差值ΔEt是否在允许的误差范围内。
控制器观察实际温度值是否在允许目标温度值误差范围内，误差范围一般设±10℃。
步骤S500、若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
控制器若判断到温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则该次调整的二次风量值满足要求，生产以该次二次风量值生产运行，温度控制调整结束。具体地，判定ΔEt是否在允许的误差范围内，与目标温度值的允许偏差在±5～20℃，优选±10℃，若是，温度控制调整结束。
进一步地，请见图11，图11为本发明提供的回转窑温度控制方法第二实施例的流程示意图，在第一实施例的基础上，本实施例提供的回转窑温度控制方法，步骤S300之后还包括：
步骤S610、若温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|在增加，则根据当前的温度差值ΔEt，利用预设在数据库中的调整规则表，调整窑头的喷煤量。
控制器若判断到温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|在增加，则根据当前的温度差值ΔEt，利用预设在数据库中的调整规则表，调整窑头的喷煤量。
步骤S620、延时t2秒，判定喷煤增加量累计值Δmn是否超过喷煤量允许增加最大值Δm1max；喷煤增加量累计值Δmn等于每次增加量的总和，即：
Δm1i为每次喷煤调整值。
控制器控制定时器延时t2秒，t2值事先根据经验设定，一般设2～15秒，优选3～5秒。
步骤S630、若喷煤增加量累计值Δmn超过喷煤量允许增加最大值Δm1max，则进一步判定温度差值ΔEt是否在允许的误差范围内。
控制器判定喷煤增加量累计值Δmn是否超过喷煤量允许增加最大值Δm1max，喷煤增加量累计值等于每次增加量的总和，即：
Δm1i就是每次喷煤调整值。Δm1max根据现场经验设定，一般不超过20％m1。
步骤S640、若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
控制器若判断到温度差值ΔEt在允许的误差范围内时，则温度控制调整结束。
优选地，参见图12，图12为本发明提供的回转窑温度控制方法第三实施例的流程示意图，在第一实施例的基础上，本实施例提供的回转窑温度控制方法，步骤S620之后还包括：
步骤S710、若喷煤增加量累计值Δmn未超过喷煤量允许增加最大值Δm1max，则根据当前的温度差值ΔEt，利用预设在数据库中的调整规则表，调整窑尾的块煤添加量。
控制器若判断到喷煤增加量累计值Δmn未超过喷煤量允许增加最大值Δm1max，则根据当前的温度差值ΔEt，利用预设在数据库中的调整规则表，调整窑尾的块煤添加量。
步骤S720、延时t3秒，判断加块煤量累计增加值是否超过加块煤允许增加最大值Δm2max。
控制器控制定时器延时t3秒，t3值事先根据经验设定，一般设3～20秒，优选3～6秒。
步骤S730、若加块煤量累计增加值超过加块煤允许增加最大值Δm2max，则报系统温度控制故障。
控制器若判断到加块煤量累计增加值超过加块煤允许增加最大值Δm2max，则报系统温度控制故障。Δm2max根据现场经验设定，一般不超过25％m2。
进一步地，请见图13，图13为本发明提供的回转窑温度控制方法第四实施例的流程示意图，在第一实施例的基础上，本实施例提供的回转窑温度控制方法，步骤S720之后还包括：
步骤S810、若加块煤量累计增加值未超过加块煤允许增加最大值Δm2max，则进一步判定ΔEt是否在允许误差范围内。
控制器若判断到加块煤量累计增加值未超过加块煤允许增加最大值Δm2max，则进一步判定ΔEt是否在允许误差范围内。
步骤S820、若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
控制器若判断到温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
本实施例提供的回转窑温度控制方法，其原理如下所示：
从窑头开始沿窑长方向分成a1、a2、a3……等份，每一等份对应二次风喷口，通过超声波测温测距仪实时在线检测每一等份对应位置的温度点T1、T2、T3……，由于在窑头中央烧嘴喷入粉煤，以及在窑尾加入块煤，使得整个物料是还原物料和煤炭的混合物，在高温作用下，煤炭中的挥发份首先逸散出来，同时料层中的铁氧化物发生还原反应，以及在布多尔反应的协同作用下，窑腔中富集挥发份和CO等再燃气体，根据还原工艺要求，如焙烧温度1050℃，焙烧时间2h，此时希望沿延长方向温度都在1050℃左右，这样可以大大提高生产效率，但是传统工艺生产中，沿窑长方向温度场很不均匀，而且高温段短，中央烧嘴很难将火焰均匀分布，长距离输送。
为了解决回转窑内温度场不均匀的问题，在沿回转窑窑长方向的窑身上增开一系列风口，由于还原物料外配颗粒煤，以及窑头中央烧嘴喷煤，确保物料中一直保持着还原气氛，发生以下一些反应，可燃性的挥发份和CO经过料层逸散到腔体烟气中，同时，对回转窑沿延长方向进行实时在线测温测距，当回转窑内某处温度过高或过低时，通过调整窑头风或窑身风以实现对窑温的控制，从而实现回转窑内温度场的均匀一致，而且高温还原段大幅延长，回转窑的产质量指标显著提高。另外，通过在窑身上增开二次风，使得窑尾段烟气中的可燃性挥发份和CO充分燃烧，避免了再燃室二次燃烧，能源效率低、结圈和“水爆”现象的出现。
3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO (2)
3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2 (3)
Fe3O4+C＝3FeO+CO (4)
Fe3O4+CO＝3FeO+CO2 (5)
FeO+C＝Fe+CO (6)
FeO+CO＝Fe+CO2 (7)
C+CO2＝2CO (8)(布多尔反应)
为了解决回转窑内不能实时在线测温测距的难题，通过在回转窑窑头罩上增设超声波测温测距分析仪，实时在线监测沿窑长方向线上的温度分布。超声波测温测距技术具有非接触、对测量对象无干扰等优点，能够实现温度和距离的在线监测，且超声波具有非侵入性和更快的响应时间的优势。
超声波测温测距仪的安装位置可以在窑头、窑尾和窑身上方，信号接收装置也可以安装在窑头、窑尾和窑身上方，当窑头安装超声波测温测距仪和信号接收装置时，必须在波的传输前方安装一个反射装置，使得超声波能够反向传输回来；安装位置确保传输信号能够快速、高效、稳定接收就可以。
根据超声波测温测距仪实时在线测温后，分析出各个区域的温度分布情况，当窑中温度高时，控制器及时分析，并做出调整。可以通过减少窑头喷煤量或减少窑头进风量，亦或者增加窑身二次风量，系统保存相关信息，并且为下次调控提供依据，如此反复，根据经验数据，逐步找到最佳的调控方式，以实现对温度的精确控制。由于沿窑长方向烟气中的再燃气体(挥发分或CO)含量不同，不仅需要调节窑身二次风风量，而且根据实际情况，还得调整窑头喷煤量或窑尾加入煤的量，该温度控制方法需要和工艺制度、原燃料性能、配料和配煤情况充分结合，利用超声波的精确测温测距原理，以及在窑身增设多组二次风喷口及风量控制系统，通过试验或工程生产应用优化调整，以获得最佳的控制方式。
本实施例提供的回转窑快速还原系统及控制方法，同现有技术相比，采用回转窑本体、窑头燃料供给装置、窑尾原燃料供给装置、回转窑窑身鼓风装置、回转窑供热装置、回转窑尾气处理装置和控制装置，控制装置包括控制器、第一风管、第二风管、多管除尘器、第一耐高温抽风机和第二耐高温抽风机，用于控制多管除尘器和第一耐高温抽风机动作，将缓冷段靠近还原焙烧段料层上部逸出的还原气体抽出，经多管除尘器适当冷却后，再由第一耐高温抽风机经料层下部送入预热段靠近干燥段的低温部分；还用于控制第二耐高温抽风机动作，将干燥段窑尾的水蒸汽、CO2及少量的CO尾气抽入还原焙烧段的高温部位。本实施例提供的回转窑快速还原系统及控制方法，自动化程度高，控温效果好；提高窑内各段主要反应速率；将煤基回转窑干燥、预热、还原焙烧和缓冷阶段的水蒸汽、CO、CO2及余热进行合理再分配，充分发挥预热及余能的利用潜力，降低还原反应所需的反应温度，提高预热段温度促进预热段还原反应的深入进行，达到节能减排提高生产效率的目的。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种回转窑快速还原系统，其特征在于，包括回转窑本体(10)、窑头燃料供给装置(20)、窑尾原燃料供给装置(30)、回转窑窑身鼓风装置(40)、回转窑供热装置(50)、回转窑尾气处理装置(60)和控制装置，所述回转窑本体(10)包括窑头、窑身和窑尾，所述窑头燃料供给装置(20)和所述回转窑供热装置(50)分别与所述回转窑本体(10)的窑头相接通，所述窑尾原燃料供给装置(30)和所述回转窑尾气处理装置(60)分别与所述回转窑本体(10)的窑尾相接通，所述回转窑窑身鼓风装置(40)与所述回转窑本体(10)的窑身相接通，所述回转窑本体(10)的窑身从尾至头依次分为干燥段(11)、预热段(12)、还原焙烧段(13)和缓冷段(14)，所述控制装置包括控制器、第一风管(71)、第二风管(72)、多管除尘器(73)、第一耐高温抽风机(74)和第二耐高温抽风机(75)，所述第一风管(71)的一端与所述干燥段(11)的底部相接通，所述第一风管(71)的另一端与所述还原焙烧段(13)的底部相接通；所述第二风管(72)的一端与所述缓冷段(14)和所述还原焙烧段(13)连接处的顶部相接通，所述第二风管(72)的另一端与所述预热段(12)的底部相接通；所述第二耐高温抽风机(75)设于所述第一风管(71)上，所述多管除尘器(73)和所述第一耐高温抽风机(74)依序设于所述第二风管(72)上；所述控制器分别与所述多管除尘器(73)、所述第一耐高温抽风机(74)和所述第二耐高温抽风机(75)电连接，用于控制所述多管除尘器(73)和所述第一耐高温抽风机(74)动作，将所述缓冷段(14)靠近所述还原焙烧段(13)料层上部逸出的还原气体抽出，经所述多管除尘器(73)适当冷却后，再由所述第一耐高温抽风机(74)经料层下部送入所述预热段(12)靠近所述干燥段(11)的低温部分；还用于控制所述第二耐高温抽风机(75)动作，将所述干燥段(11)窑尾的水蒸汽、CO2及少量的CO尾气抽入所述还原焙烧段(13)的高温部位。
2.如权利要求1所述的回转窑快速还原系统，其特征在于，所述窑头燃料供给装置(20)和所述回转窑窑身鼓风装置(40)通过动静结合风套(80)分别与所述缓冷段(14)、所述还原焙烧段(13)和所述预热段(12)相接通，用于将所述窑头燃料供给装置(20)供给的煤粉通过所述回转窑窑身鼓风装置(40)分别鼓风至所述缓冷段(14)、所述还原焙烧段(13)和所述预热段(12)；所述动静结合风套(80)包括活动套(81)和固定套(82)，所述活动套(81)套接于所述固定套(82)上，所述活动套(81)固定连接于所述回转窑本体(10)的窑身上，用于与所述回转窑本体(10)一起旋转；所述固定套(82)上设有与所述回转窑窑身鼓风装置(40)的出风口相接通的进风风道(821)。
3.如权利要求2所述的回转窑快速还原系统，其特征在于，所述回转窑本体(10)的窑身上设有多个风环轨道(16)及分别对应绕所述风环轨道(16)旋转的多个窑身旋转装置(15)，多个风环轨道(16)沿所述回转窑本体(10)的窑身外壁轴向均匀间隔设置，所述窑身旋转装置(15)分别与所述回转窑窑身鼓风装置(40)和所述回转窑本体(10)相接通，用于在所述回转窑本体(10)旋转时通过所述回转窑窑身鼓风装置(40)送风，所述窑身旋转装置(15)包括回转窑筒体(151)、旋转环外筒(152)、窑身风道组件(153)、挡阀(154)、拉扦(155)、旋转滑动组件(156)和滑动轴承组(157)，所述窑身风道组件(153)与所述回转窑筒体(151)相接通，所述拉扦(155)的一端通过所述旋转滑动组件(156)与所述旋转环外筒(152)活动连接，所述拉扦(155)的另一端穿过所述窑身风道组件(153)的风腔后与所述挡阀(154)相连接；所述滑动轴承组(157)与所述旋转环外筒(152)的外壁(1523)相连接。
4.如权利要求3所述的回转窑快速还原系统，其特征在于，多个所述窑身风道组件(153)周向均匀间隔环绕所述回转窑筒体(151)布置，多个所述旋转滑动组件(156)周向均匀间隔环绕所述旋转环外筒(152)布置，多个所述拉扦(155)分别对应连接于所述窑身风道组件(153)和所述旋转滑动组件(156)之间。
5.如权利要求3所述的回转窑快速还原系统，其特征在于，所述窑身风道组件(153)包括腔体(1531)、设于所述腔体(1531)两侧的第一进风风道法兰盘(1532)和第二进风风道法兰盘(1533)、设于所述腔体(1531)顶端的密封盖(1534)、以及设于所述腔体(1531)底端的二次风嘴(1535)；所述旋转滑动组件(156)包括移动架(1561)、以及设于所述移动架(1561)上的第一滚轮(1562)、第二滚轮(1563)和第三滚轮(1564)，所述第一滚轮(1562)横向布置于所述移动架(1561)上，所述第二滚轮(1563)和第三滚轮(1564)位于所述第一滚轮(1562)的两侧且径向布置于所述移动架(1561)上，所述旋转环外筒(152)包括环体(1521)、设于所述环体(1521)中部的凹槽(1522)、以及设于所述环体(1521)两端的外壁(1523)和内壁(1524)，所述第一滚轮(1562)与所述凹槽(1522)滚动连接，所述第二滚轮(1563)与所述外壁(1523)滚动连接，所述第三滚轮(1564)与所述内壁(1524)滚动连接；所述拉扦(155)的一端伸入所述腔体(1531)内并穿过所述二次风嘴(1535)后与所述挡阀(154)固定连接，所述拉扦(155)的另一端与所述移动架(1561)螺纹连接用于拉动所述挡阀(154)动作以打开或关闭所述二次风嘴(1535)；所述滑动轴承组(157)包括固定架(1571)和垂向设于所述固定架(1571)上的第四滚轮(1572)和第五滚轮(1573)，所述固定架(1571)与所述外壁(1523)固定连接，所述第四滚轮(1572)和所述第五滚轮(1573)分别与所述风环轨道(16)滑动连接。
6.如权利要求5所述的回转窑快速还原系统，其特征在于，所述窑头燃料供给装置(20)包括窑头罩(21)及设于所述窑头罩(21)内用于喷粉煤的风煤烧嘴(22)；所述回转窑供热装置(50)包括再燃室(51)及与所述括再燃室(51)相接通用于向所述再燃室(51)送风的鼓风机(52)，所述窑尾原燃料供给装置(30)上设有用于添加还原物料和块煤的输送设备(31)；所述回转窑尾气处理装置(60)包括设于所述窑头罩(21)的上方用于抽吸回转窑尾气的抽尾气设备(61)。
7.一种回转窑温度控制方法，应用于权利要求5和6任意一项所述的回转窑快速还原系统中，其特征在于，所述回转窑温度控制方法包括以下步骤：
读取二次风嘴对应温度点的实际温度值；
根据读取的实际温度值，计算出温度差值ΔEt；所述温度差值ΔEt为实际温度值与目标温度值的差值，利用预设在数据库中的调整规则表，调整该温度点对应的二次风量值；
延时t1秒，判定温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|是否在减少；
若温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|在减少，则进一步判定温度差值ΔEt是否在允许的误差范围内；
若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
8.如权利要求7所述的回转窑温度控制方法，其特征在于，所述延时t1秒，判定温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|是否在减少的步骤之后还包括：
若温度差值ΔEt的绝对值|ΔEt|在增加，则根据当前的温度差值ΔEt，利用预设在数据库中的调整规则表，调整窑头的喷煤量；
延时t2秒，判定喷煤增加量累计值Δmn是否超过喷煤量允许增加最大值Δm1max；喷煤增加量累计值Δmn等于每次增加量的总和，即：
Δm1i为每次喷煤调整值；
若喷煤增加量累计值Δmn超过喷煤量允许增加最大值Δm1max，则进一步判定温度差值ΔEt是否在允许的误差范围内；
若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
9.如权利要求8所述的回转窑温度控制方法，其特征在于，所述延时t2秒，判定喷煤增加量累计值Δmn是否超过喷煤量允许增加最大值Δm1max的步骤之后还包括：
若喷煤增加量累计值Δmn未超过喷煤量允许增加最大值Δm1max，则根据当前的温度差值ΔEt，利用预设在数据库中的调整规则表，调整窑尾的块煤添加量；
延时t3秒，判断加块煤量累计增加值是否超过加块煤允许增加最大值Δm2max；
若加块煤量累计增加值超过加块煤允许增加最大值Δm2max，则报系统温度控制故障。
10.如权利要求9所述的回转窑温度控制方法，其特征在于，所述延时t3秒，判断加块煤量累计增加值是否超过加块煤允许增加最大值Δm2max的步骤之后还包括：
若加块煤量累计增加值未超过加块煤允许增加最大值Δm2max，则进一步判定ΔEt是否在允许误差范围内；
若温度差值ΔEt在允许的误差范围内，则温度控制调整结束。
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