CN114543509A - 一种旋转炉控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种回转式烘烤炉控制方法及系统，包括：采集所述烘烤炉排烟管的温度；根据所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差确定所述烘烤炉内加热材料是否加热均匀；根据加热材料的加热状态同时控制所述烘烤炉的转速和烘烤炉排烟管的水冷量。本发明所述的方法解决了无法对旋转炉内物料的加热状态测量的问题，通过排出烟气的温差作为中间值，通过烘烤炉转速模型和控制水冷量模型分别对烘烤炉的转速和冷水量进行动态调整，使烘烤炉每隔T时间就可以判断一次炉内的物料加热情况，从而对烘烤炉的转速以及冷却水的冷水量进行动态调整，达到节能的目的。

Description

一种旋转炉控制方法及系统
技术领域
本发明涉及回转式物料烘烤炉领域，具体为一种旋转炉控制方法、系统、电子装置以及应用。
背景技术
物料作为再生资源，被国内各个钢铁公司大量收购，钢铁公司现在都在极力大量地使用物料。
但是，现有的物料加热炉由于无法测算内部物料加热的程度，无法获取物料加热是否达到均匀程度；所以，现有的旋转炉都是根据物料的重量设定一定的旋转时间对废钢进行加热，在一定程度上对煤气、电力等造成了浪费；同时，现有的旋转炉出烟端通常采用水冷进行冷却，一般的，水冷的冷水量都是测量出烟端的出烟温度点，根据温度点值控制水冷量；可是，众所周知的，旋转炉内的物料在加热时，处于吸热和热平衡状态，由于其处于的状态不同，水冷端的冷水量是可以进行调整的，而现今的调整手段，也存在能源浪费的问题。
一种能够提升同时解决物料加热程度检测以及水冷量控制的方法亟待研发。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种回转式烘烤炉控制方法及系统，至少解决现有技术中的一个问题。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：
一种回转式烘烤炉控制方法，包括：
采集所述烘烤炉排烟管的温度；
根据所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差确定所述烘烤炉内加热材料是否加热均匀；
根据加热材料的加热状态同时控制所述烘烤炉的转速和烘烤炉排烟管的水冷量。
当所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差为正，则所述烘烤炉内的物料烘烤不均匀，将提升所述烘烤炉的转速，并增加水冷量；
当所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差为负，则所述烘烤炉内的物料处于升温状态，将降低所述烘烤炉的转速，并降低水冷量；
当所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差为零，则所述烘烤炉内的物料处于加热均匀状态，此时保持所述烘烤炉的转速和水冷量不变。
所述“根据所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差确定所述烘烤炉内加热材料是否加热均匀”，包括：
采集述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差，构建炉内物料升温模型；
通过所述升温模型判断所述烘烤炉内加热材料是否加热均匀。
所述“炉内物料升温模型”，包括：
(t2物料-t1物料)＝(Q煤气‘-Q烟气‘)/(C物料×m物料)；
Q煤气‘＝S煤气’×q热值；
Q烟气‘＝C烟气×m烟气×(t2烟气-t1烟气)；
m烟气＝S煤气’×S烟气×ρ烟气；
其中t2物料：T时间段内物料的后一时刻温度；
t1物料：T时间段内物料的前一时刻温度；
Q煤气‘：T时间段内吹出煤气的总热量；
Q烟气‘：T时间段内排出烟气的总热量；
C物料为烘烤炉内物料的比热容；
m物料：为烘烤炉内物料的重量；
S煤气’：T时间段内煤气耗量；
q热值为煤气热值；
C烟气：烟气比热容
m烟气：烟气重量
t2烟气：T时间段内烟气的后一时刻温度；
t1烟气：T时间段内烟气的前一时刻温度；
S烟气：1立方煤气完全燃烧所生成的烟气量；
ρ烟气：烟气密度。
所述“根据加热材料的加热状态同时控制所述烘烤炉的转速”，包括：
采集述烘烤炉T时间内排出烟气的温差，构建烘烤炉转速模型；
通过所述模型控制所述烘烤炉的转速。
所述烘烤炉转速模型，包括：
设初始转速为0r/min
当在烘烤过程中时间段内，t2烟气-t1烟气＞0，则可反映出此时间段内废钢的温升较小，也就是得出废钢烘烤不均匀；此时可以提升转速，保证加热均匀；每次提升量为1r/min；
当在烘烤过程中时间段内，t2烟气-t1烟气＜0，则可反映出此时间段内废钢升温较快，转速需要下降，降低能耗，每次降低量为1r/min；
当t2烟气-t1烟气＝0，则说明废钢升温均匀，保持转速即可。
所述“根据加热材料的加热状态同时控制水冷量”，包括：
通过以下模型控制水冷量：
Q水＝△Q水1+△Q水2+…+△Q水n
△Q水n＝△Q烟气n×S管道/(△t×C水)；
△Q烟气n＝σ×ε烟气×(t2烟气-t1烟气)4；
其中Q水:冷却水耗量
△Q水n:某个T时间段内的最后时刻冷却水增减耗量t/h，当t2烟气-t1烟气＞0时△Q水n为正值，当t2烟气-t1烟气＜0时△Q水n为负值，当t2烟气-t1烟气＝0时△Q水n为0。
△Q烟气n：某个T时间段内烟气对流传热增减量：千卡/(m2×h)，当t2烟气-t1烟气＞0时△Q烟气n为正值，当t2烟气-t1烟气＜0时△Q烟气n为负值，当t2烟气-t1烟气＝0时△Q烟气n为0。
S管道:排烟管道内表面的面积m2
△t：冷却水进回水的温度差℃
C水：水的比热容1000千卡/(t×℃)
σ：斯蒂芬玻尔兹曼常数4.875X10-8千卡/(m2×h×℃4)
ε烟气：烟气黑度0.7(三级烟气标准下规定的烟气黑度)
t2烟气：T时间段内烟气的后一时刻温度；
t1烟气：T时间段内烟气的前一时刻温度；
一种回转式烘烤炉控制系统，包括：
温度采集单元，设置在回转式烘烤炉的排烟端；
控制单元，与所述温度采集单元电性连接，用于根据所述温度采集单元采集的温度进行如上所述的回转式烘烤炉控制方法中的步骤；
执行单元，与所述控制单元电性连接，用于接收所述控制单元的指令并进行转速和水冷量的调整；
所述回转式烘烤炉的排烟端和燃烧加热端均位于回转式烘烤炉轴线上，且排烟端处于轴线上其中一端，燃烧加热端处于轴线上另外一端；
所述回转式烘烤炉的进料端位于所述回转式烘烤炉的周向。
一种用于回转式烘烤炉控制的电子装置，包括：
存储介质，用于存储计算机程序；
处理单元，与所述存储介质进行数据交换，用于在进行行为识别时，通过所述处理单元执行所述计算机程序，进行如上所述的回转式烘烤炉控制方法的步骤。
如上所述的回转式烘烤炉控制方法在废钢加热方向上的应用。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明所述的控制方法，通过采集所述烘烤炉排烟管的温度；再根据所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差确定所述烘烤炉内加热材料是否加热均匀；并且根据加热材料的加热状态同时控制所述烘烤炉的转速和烘烤炉排烟管的水冷量；本发明所述的方法解决了无法对旋转炉内物料的加热状态测量的问题，通过排出烟气的温差作为中间值，通过烘烤炉转速模型和控制水冷量模型分别对烘烤炉的转速和冷水量进行动态调整，使烘烤炉每隔T时间就可以判断一次炉内的物料加热情况，从而对烘烤炉的转速以及冷却水的冷水量进行动态调整，达到节能的目的。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中所述系统的结构框图；
图3为本发明所述旋转炉的结构示意图。
其中，100.温度采集单元；200.控制单元；300.执行单元。
图3中：A处为排气端，由于热量较为集中，水冷却部件(未画出)位于A处；B处为上料和/或下料端；C处为旋转炉的炉体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中的加热物料统一为：废钢；设设定的周期T为5s。
具体实施例I：
本发明提供：一种回转式烘烤炉控制方法，包括：采集所述烘烤炉排烟管的温度；根据所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差确定所述烘烤炉内废钢是否加热均匀；根据加热材料的加热状态同时控制所述烘烤炉的转速和烘烤炉排烟管的水冷量。
由于烘烤炉一直在旋转，导致热偶电阻无法放置在炉内，对炉内的物料加热情况无法掌握，但是通过排出烟气的温差可以间接获得烘烤炉内废钢的加热状态和冷却水的冷水量的相关值。
废钢在炉内烘烤过程中，如果转速慢，会产生废钢受热不均匀，出现局部温度过高，导致废钢融化结块，下料时会堵塞出料口，但是转速过快废钢会加剧烘烤炉内耐火材料的磨损及不必要的功率损耗。因此在烘烤过程中应根据废钢的吸热状态来调整转速，充分提升废钢的流动性，增加大火焰与废钢的接触面积，从而使废钢更加充分的吸收热量，提高热效率。
废钢的吸热状态与烟气温度却密切相关。煤气燃烧释放的热量是废钢的吸热量与烟气的吸热量之和。
为了测算数值准确取间隔5s则可得出下列计算模型：
Q煤气‘＝Q烟气‘+Q废钢‘
Q废钢‘＝C废钢×m废钢×(t2废钢-t1废钢)
Q煤气‘＝S煤气’×q热值；
Q烟气‘＝C烟气×m烟气×(t2烟气-t1烟气)；
m烟气＝S煤气’×S烟气×ρ烟气；
由上可得出5s时间段内的废钢温差。
(t2废钢-t1废钢)＝(S煤气’×q热值-C烟气×S煤气’×S烟气×ρ烟气×(t2烟气-t1烟气))/(C废钢×m废钢)
其中t2废钢：某个5s时间段内废钢的后一时刻温度；
t1废钢：某个5s时间段内废钢的前一时刻温度；
Q废钢‘：某个5s时间段内废钢吸收的总热量；
Q煤气‘：某个5s时间段内吹出煤气的总热量；
Q烟气‘：某个5s时间段内排出烟气的总热量；
C废钢为烘烤炉内废钢的比热容，为固定值；
M废钢：为烘烤炉内废钢的重量；
S煤气’：某个5s时间段内煤气耗量，可设置煤气流量计测得；
q热值为煤气热值，为固定值；
C烟气：烟气比热容，为固定值
m烟气：烟气重量
t2烟气：某个5s时间段内烟气的后一时刻温度，可设置热电偶测得；
t1烟气：某个5s时间段内烟气的前一时刻温度，可设置热电偶测得；
S烟气：1立方煤气完全燃烧所生成的烟气量，为固定值；
ρ烟气：烟气密度，为固定值。
由于冷却水的流量与烟气的传热量有直接的关系因此我们先计算T时间段内烟气对流传热增减量由下式可得：
△Q烟气n＝σ×ε烟气×(t2烟气-t1烟气)4；
其中△Q烟气n：某个T时间段内烟气对流传热增减量：千卡/(m2×h)，当t2烟气-t1烟气＞0时△Q烟气n为正值，当t2烟气-t1烟气＜0时△Q烟气n为负值，当t2烟气-t1烟气＝0时△Q烟气n为0。
σ：斯蒂芬玻尔兹曼常数4.875X10-8千卡/(m2×h×℃4)
ε烟气：烟气黑度0.7(三级烟气标准下规定的烟气黑度)
t2烟气：T时间段内烟气的后一时刻温度；
t1烟气：T时间段内烟气的前一时刻温度；
某个T时间段冷却水的吸热量等于烟气的对流传热量，因此某个T时间段内的最后时刻冷却水增减耗量就可由下式计算所得：
△Q水n＝△Q烟气n×S管道/(△t×C水)；
其中△Q水n:某个T时间段内的最后时刻冷却水增减耗量t/h，当t2烟气-t1烟气＞0时△Q水n为正值，当t2烟气-t1烟气＜0时△Q水n为负值，当t2烟气-t1烟气＝0时△Q水n为0。
其中△Q烟气n：某个T时间段内烟气对流传热增减量：千卡/(m2×h)，当t2烟气-t1烟气＞0时△Q烟气n为正值，当t2烟气-t1烟气＜0时△Q烟气n为负值，当t2烟气-t1烟气＝0时△Q烟气n为0。
S管道:排烟管道内表面的面积m2
△t：冷却水进回水的温度差℃
C水：水的比热容1000千卡/(t×℃)
冷却水耗量为各个T时间段冷却水增减耗量之和
则Q水＝△Q水1+△Q水2+…+△Q水n
其中Q水:冷却水耗量
△Q水n:某个T时间段内的最后时刻冷却水增减耗量t/h，当t2烟气-t1烟气＞0时△Q水n为正值，当t2烟气-t1烟气＜0时△Q水n为负值，当t2烟气-t1烟气＝0时△Q水n为0。
式中斯蒂芬玻尔兹曼常数σ、烟气黑度ε烟气、水的比热容C水均为定值，当管道内表面积S管道为固定值，冷却水温升△t设置为固定值，即可根据此公式带入实时的烟气温度计算出冷却水的耗量。
综上所述可以推出当在烘烤过程中时间段内，t2烟气>t1烟气则可反映出此时间段内废钢的温升较小，也就是得出废钢烘烤不均匀；此时可以提升转速，保证加热均匀；每次提升量为1r/min且冷却水量增加；当在烘烤过程中时间段内，t2烟气<t1烟气则可反映出此时间段内废钢升温较快，转速需要下降降低能耗且冷却水量减少；当t2烟气＝t1烟气则说明废钢升温均匀，保持转速即可，水量不变。
具体实施例II：
本发明提供一种实施例：如图2～3，一种回转式烘烤炉控制系统，包括：温度采集单元100、控制单元200以及执行单元300；其中，温度采集单元100设置在回转式烘烤炉的排烟端；控制单元200与所述温度采集单元100电性连接，用于根据所述温度采集单元100采集的温度进行如具体实施例I所述的回转式烘烤炉控制方法中的步骤；执行单元300与所述控制单元200电性连接，用于接收所述控制单元200的指令并进行转速和水冷量的调整；优选的，所述回转式烘烤炉沿轴线旋转；所述回转式烘烤炉的出烟端位于所述回转式烘烤炉的轴线端的任一端；所述回转式烘烤炉的进料端位于所述回转式烘烤炉的周向；同时，执行单元300可以是水冷泵或驱动烘烤炉转动的驱动电机。
具体实施例III：
本发明提供一种实施例：一种用于回转式烘烤炉控制的电子装置，包括：存储介质和处理单元；其中，存储介质，用于存储计算机程序；处理单元与所述存储介质进行数据交换，用于在进行行为识别时，通过所述处理单元执行所述计算机程序，进行如上所述的回转式烘烤炉控制方法的步骤。
本发明还提供一种实施例，包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行如图1中任一所述流程图所示的方法的程序代码。该计算机程序可以从网络上被下载和安装。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明的系统中限定的上述功能。
本发明提供还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序；所述计算机程序在运行时，执行如上所述的支付状态维护方法步骤。
验证环节：
在实际实验中我们采取三组实验实例做对比，定义实例名称为实例A、实例B、实例C。
其中实例A实例B与实例C均采用相同的烘烤炉体，均装入5T的废钢。采用相同的燃烧器以及燃烧介质进行烘烤。A可旋转不可调速(转速设为10r/分钟)不可调水量(水量设为50T/h)，B不可旋转，不可调水量(水量设为50T/h)，C采用自动控制系统可旋转调速可调节水量。
由于无法测得废钢在烘烤过程中的实际温度，我们让A、B、C均烘烤10min。
烘烤过后由上述因素决定使得A与B冷却水量相同，约为8.5T,C冷却水量约为6T,A旋转耗电33KWh，B不旋转因此耗电为0KWh，C旋转耗电为23KWh。倒出废钢测温，测20个点取平均值，得出A废钢温度平均约为650℃，B废钢温度平均约为400℃,C废钢温度平均约为700℃。
分析得出
1、B与A相比，由于水量不可调，因此用水量相同，B不旋转火焰只能烘烤废钢上表面，下部废钢无法烘烤到，上层废钢如果烘烤时间继续加长还可能会凝结成块无法倒出，A旋转后会比B烘烤均匀因此整体平均温度比B高。
2、C采用自动控制系统与A相比，转速根据烟气温差来调控可节省30％的电耗，水量根据烟气温差来调控可节省30％的水量，由于C的转速根据温度来调控，因此烘烤效果比A更均匀温度更高，但是由于后期热平衡因此温度升高有限，但是C比A节省了30％的能耗。
在本发明中，计算机可读的存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种回转式烘烤炉控制方法，其特征在于，包括：
采集所述烘烤炉排烟管的温度；
根据所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差确定所述烘烤炉内加热材料是否加热均匀；
根据加热材料的加热状态同时控制所述烘烤炉的转速和烘烤炉排烟管的水冷量。
2.根据权利要求1所述的回转式烘烤炉控制方法，其特征在于，包括：
当所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差为正，则所述烘烤炉内的物料烘烤不均匀，将提升所述烘烤炉的转速，并增加水冷量；
当所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差为负，则所述烘烤炉内的物料处于升温状态，将降低所述烘烤炉的转速，并降低水冷量；
当所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差为零，则所述烘烤炉内的物料处于加热均匀状态，此时保持所述烘烤炉的转速和水冷量不变。
3.根据权利要求1所述的回转式烘烤炉控制方法，其特征在于，所述“根据所述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差确定所述烘烤炉内加热材料是否加热均匀”，包括：
采集述烘烤炉一段时间内排出烟气的温差，构建炉内物料升温模型；
通过所述升温模型判断所述烘烤炉内加热材料是否加热均匀。
4.根据权利要求2所述的回转式烘烤炉控制方法，其特征在于，所述“炉内物料升温模型”，包括：
(t2物料-t1物料)＝(Q煤气‘-Q烟气‘)/(C物料×m物料)；
Q煤气‘＝S煤气’×q热值；
Q烟气‘＝C烟气×m烟气×(t2烟气-t1烟气)；
m烟气＝S煤气’×S烟气×ρ烟气；
其中
t2物料：T时间段内物料的后一时刻温度；
t1物料：T时间段内物料的前一时刻温度；
Q煤气‘：T时间段内吹出煤气的总热量；
Q烟气‘：T时间段内排出烟气的总热量；
C物料为烘烤炉内物料的比热容；
m物料：为烘烤炉内物料的重量；
S煤气’：T时间段内煤气耗量；
q热值为煤气热值；
C烟气：烟气比热容
m烟气：烟气重量
t2烟气：T时间段内烟气的后一时刻温度；
t1烟气：T时间段内烟气的前一时刻温度；
S烟气：1立方煤气完全燃烧所生成的烟气量；
ρ烟气：烟气密度。
5.根据权利要求1所述的回转式烘烤炉控制方法，其特征在于，所述“根据加热材料的加热状态同时控制所述烘烤炉的转速”，包括：
采集述烘烤炉T时间内排出烟气的温差，构建烘烤炉转速模型；
通过所述模型控制所述烘烤炉的转速：
所述的烘烤炉转速模型，包括：
当在烘烤过程中时间段内，t2烟气-t1烟气＞0，则可反映出此时间段内废钢的温升较小，也就是得出废钢烘烤不均匀；此时可以提升转速，保证加热均匀；每次提升量为1r/min；
当在烘烤过程中时间段内，t2烟气-t1烟气＜0，则可反映出此时间段内废钢升温较快，转速需要下降，降低能耗，每次降低量为1r/min；
当t2烟气-t1烟气＝0，则说明废钢升温均匀，保持转速。
6.根据权利要求1所述的回转式烘烤炉控制方法，其特征在于，所述“根据加热材料的加热状态同时控制水冷量”，包括：
通过以下模型控制水冷量：
Q水＝△Q水1+△Q水2+…+△Q水n
△Q水n＝△Q烟气n×S管道/(△t×C水)；
△Q烟气n＝σ×ε烟气×(t2烟气-t1烟气)4；
其中，
Q水:冷却水耗量
△Q水n:某个T时间段内的最后时刻冷却水增减耗量t/h，当t2烟气-t1烟气＞0时△Q水n为正值，当t2烟气-t1烟气＜0时△Q水n为负值，当t2烟气-t1烟气＝0时△Q水n为0。
△Q烟气n：某个T时间段内烟气对流传热增减量：千卡/(㎡×h)，当t2烟气-t1烟气＞0时△Q烟气n为正值，当t2烟气-t1烟气＜0时△Q烟气n为负值，当t2烟气-t1烟气＝0时△Q烟气n为0。
S管道:排烟管道内表面的面积㎡
△t：冷却水进回水的温度差℃
C水：水的比热容1000千卡/(t×℃)
σ：斯蒂芬玻尔兹曼常数4.875X10-8千卡/(㎡×h×℃4)
ε烟气：烟气黑度0.7(三级烟气标准下规定的烟气黑度)
t2烟气：T时间段内烟气的后一时刻温度；
t1烟气：T时间段内烟气的前一时刻温度。
7.一种回转式烘烤炉控制系统，其特征在于，包括：
温度采集单元，设置在回转式烘烤炉的排烟端；
控制单元，与所述温度采集单元电性连接，用于根据所述温度采集单元采集的温度进行如权利要求1～6任一权利要求所述的回转式烘烤炉控制方法中的步骤；
执行单元，与所述控制单元电性连接，用于接收所述控制单元的指令并进行转速和水冷量的调整。
8.根据权利要求7所述的一种回转式烘烤炉控制系统，其特征在于，包括：回转式烘烤炉；
所述回转式烘烤炉的排烟端和燃烧加热端均位于回转式烘烤炉轴线上，且排烟端处于轴线上其中一端，燃烧加热端处于轴线上另外一端；
所述回转式烘烤炉的进料端位于所述回转式烘烤炉的周向。
9.一种用于回转式烘烤炉控制的电子装置，其特征在于，包括：
存储介质，用于存储计算机程序；
处理单元，与所述存储介质进行数据交换，用于在进行行为识别时，通过所述处理单元执行所述计算机程序，进行如权利要求1～6中任一权利要求所述的回转式烘烤炉控制方法的步骤。
10.如权利要求1-6任一权利要求所述的回转式烘烤炉控制方法在废钢加热方向上的应用。
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