CN115437294A - 一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，包括煤粉仓和控制系统，煤粉仓下方设置有送煤管，煤粉仓与送煤管之间设置有转子秤，送煤管的一端连接有磁悬浮鼓风机，送煤管的另一端与喷煤管连通，转子秤和磁悬浮鼓风机分别与控制系统电性连接，控制系统根据下煤量调节磁悬浮鼓风机的运行转速，使磁悬浮鼓风机的出风量与下煤量高度匹配；本发明整体结构简单，能够降低送煤过程中的含水、含油量，防止出现结露或下料不利现象，并且自动化程度高，操作简单，并且能够降低能源消耗，起到节能降耗的作用，减少噪音和振动。

Description

一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统及控制方法

技术领域

本发明喂煤系统技术领域，具体的说，涉及一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统及控制方法。

背景技术

水泥工业是我国国民经济的支柱产业之一，水泥回转窑已经成为现代水泥生产中煅烧水泥熟料的主要设备；建设水泥生产智能化工厂，提高水泥企业的高度自动化、集成化和绿色化已经成为水泥工业的重要发展方向。

水泥熟料在回转窑内的煅烧过程是决定水泥熟料质量的关键环节；在现有技术中回转窑上均采用喂煤系统进行喂煤，现有的喂煤系统其具体工作方式为：煤粉通过煤粉仓的仓滑阀、转子秤的秤滑阀，经过入口软连接进入转子部分，被转子隔仓室带走，旋转到达卸料区域，由底部罗茨风机的风把煤粉从出料口吹出，通过管道送至燃烧器。

由此可见，现有的喂煤系统整体结构结构简单，自动化程度低，并且喂煤量的控制主要依赖操作工程师的知识经验，

并且在现有的喂煤系统中，采用罗茨风机进行喂煤时，罗茨风机在运行中需要加注润滑油，且没有水汽过滤系统，吹出的空气含水、含油量太高，在空气助流时将水分带到煤粉总，导致煤粉含水、含油量上升，出现结露或下料不利现象，严重时还会出现堵塞喷煤管的情况。

设备运行过程中，煤粉秤和罗茨风机单独工作，需要技术人员根据现场使用情况实时调节煤粉秤的下煤量和罗茨风机的风量。

罗茨风机的风量只能通过放空阀开度调节，即需要小风量的时候需要打开放空阀将多余的风量排空，造成能源浪费。

罗茨风机运行中产生很大噪音和振动，对现场工作人员造成伤害。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供一种整体结构简单，能够降低送煤过程中的含水、含油量，防止出现结露或下料不利现象，并且自动化程度高，操作简单，并且能够降低能源消耗，起到节能降耗的作用，减少噪音和振动的用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，包括煤粉仓和控制系统，煤粉仓下方设置有送煤管，煤粉仓与送煤管之间设置有转子秤，送煤管的一端连接有磁悬浮鼓风机，送煤管的另一端与喷煤管连通，转子秤和磁悬浮鼓风机分别与控制系统电性连接，控制系统根据下煤量调节磁悬浮鼓风机的运行转速，使磁悬浮鼓风机的出风量与下煤量高度匹配。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

所述煤粉仓与转子秤之间设置有仓滑阀，所述转子秤与送煤管之间设置有秤滑阀。

进一步优化：所述控制系统包括中央控制器，中央控制器的通讯端通过光纤通讯连接有上位机，央控制器的输出端和输出端双向电连接有转子秤控制模块和磁悬浮鼓风机控制模块。

进一步优化：所述转子秤控制模块包括第一信号采集单元和阀门驱动控制单元，第一信号采集单元与转子秤的输出端电性连接；转子秤对煤粉仓输出的粉煤重量进行称重得到煤粉重量信号，煤粉重量信号通过第一信号采集单元采集后传输至中央控制器。

进一步优化：所述阀门驱动控制单元与秤滑阀的控制端和输出端双向电连接，所述阀门驱动控制单元输出驱动信号用于调节秤滑阀的阀门开度；通过调节秤滑阀的阀门开度能够用于调节下煤速度。

进一步优化：所述磁悬浮鼓风机控制模块包括第二信号采集单元、磁轴承驱动控制单元和电机驱动控制单元；第二信号采集单元与压力传感器和流量传感器的信号输出端电性连接，第二信号采集单元对压力传感器和流量传感器检测得到的压力信号和流量信号进行检测，并传输至中央控制器。

进一步优化：所述磁轴承驱动控制单元与磁悬浮电机的磁悬浮轴承组件电性连接，所述磁轴承驱动控制单元用于对磁悬浮轴承组件进行通电，以控制磁悬浮电机转子的悬浮状态。

进一步优化：所述电机驱动控制单元与磁悬浮鼓风机的磁悬浮电机电性连接，所述电机驱动控制单元输出控制信号用于控制磁悬浮电机的转速，以实现调节磁悬浮鼓风机的风量。

一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤控制方法，该控制方法基于上述用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，该控制方法包括点火运行工序，其中点火运行工序按如下步骤进行：

S1、控制系统启动，在上位机上运行点火模式，上位机将点火下煤量值传输到中央控制器，中央控制器接收到点火下煤量值后根据该数值调整转子秤下煤量至点火值；

S2、判断转子秤下煤量是否为设定值，否执行步骤S1，是执行步骤S3；

S3、中央控制器通过磁悬浮鼓风机控制模块控制磁悬浮鼓风机转动，并且通过电机驱动控制单元对磁悬浮鼓风机的转速进行调速，将磁悬浮鼓风机的输出风量降到正常模式以下；

S4、判断磁悬浮鼓风机风量是否已匹配，否执行步骤S3，是执行步骤S5；

S5、中央控制器发出控制信号驱动燃烧器启动，此时根据下煤量和鼓风机当前风量自动打开燃烧器进行点火。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

所述该控制方法还包括正常运行工序，正常运行工序按如下步骤进行：

Z1、点火运行工序完成后，该控制系统自动执行正常运行工序，或者通过上位机选择直接执行运行模式；

Z2、运行过程中，操作人员根据需求对喂煤量预设阈值进行设定，而后上位机将设定好的喂煤量预设阈值通过通讯传输到中央控制器，中央控制器接收到喂煤量数值后根据该数值调整转子秤的下煤量至设定值；

Z3、判断转子秤下煤量是否为设定值，否执行步骤Z2，是执行步骤Z4；

Z4、中央控制器通过电机驱动控制单元对磁悬浮鼓风机的转速进行调速，将磁悬浮鼓风机的输出风量与下煤量相匹配；

Z5、判断磁悬浮鼓风机的风量是否与下煤量相匹配，否执行步骤Z4，是执行步骤Z1。

本发明采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，实现了水泥回转窑的智能精准喂煤，大幅降低了人工成本；减少了水泥厂喂煤系统的能源消耗，降低了该系统产生的噪音；通过在磁悬浮鼓风机入口处增加水汽过滤装置，降低了煤粉的含水量，通过利用磁悬浮鼓风机无油无摩擦的特性，降低了煤粉的含油量，以此降低了喷煤管堵塞的风险，使系统更加稳定的运行，同时降低了人工维护成本；实现了磁悬浮鼓风机风量根据下煤量实时自动调节，无需人员对风机运行状态进行调整，不会出现风量过大造成的能源损失。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例中喂煤系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中控制系统的示意图；

图3为本发明实施例中喂煤量控制图；

图4为本发明实施例中控制系统的控制逻辑图。

图中：1-煤粉仓；2-仓滑阀；3-转子秤；4-秤滑阀；5-送煤管；7-连接软管；8-磁悬浮鼓风机。

具体实施方式

如图1-4所示，一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，包括煤粉仓1和控制系统，所述煤粉仓1下方设置有送煤管5，所述煤粉仓1与送煤管5之间设置有转子秤3，送煤管5的一端连接有磁悬浮鼓风机8，所述送煤管5的另一端与喷煤管连通，所述转子秤3和磁悬浮鼓风机8分别与控制系统电性连接，所述控制系统根据下煤量调节磁悬浮鼓风机8的运行转速，使磁悬浮鼓风机8的出风量与下煤量高度匹配。

所述煤粉仓1与转子秤3之间设置有仓滑阀2，所述仓滑阀2用于控制煤粉仓1是否输出煤粉。

所述仓滑阀2打开仓滑阀2输出煤粉，此时该煤粉落在转子秤3上，所述转子秤3用于对该煤粉的重量进行称重。

所述转子秤3与送煤管5之间设置有秤滑阀4，所述秤滑阀4用于控制转子秤3是否输出煤粉。

所述转子秤3对粉煤进行称重，所述秤滑阀4打开用于输出煤粉，此时该煤粉落在送煤管5内，此时磁悬浮鼓风机8输出风力用于将该煤粉吹至喷煤管内，实现喂煤。

这样设计，采用磁悬浮鼓风机8能够进行风力输送煤粉，达到降低现场噪音，减少煤粉含水含油量的目的。

磁悬浮鼓风机8由磁悬浮电机、叶轮等构成，磁悬浮电机是一种无油、无摩擦的高速节能旋转机械。

所述磁悬浮鼓风机8的进风口处连通有水汽过滤装置，所述水汽过滤装置能够对空气中的水分进行过滤，降低进入磁悬浮鼓风机8内空气的湿度。

这样设计，在正常情况下，空气中含有水分，在磁悬浮鼓风机8的进风口处增加水汽过滤装置，以降低空气湿度，保证煤粉不会产生结块堵塞喷煤管，降低喷煤管维护频次。

并且磁悬浮鼓风机8在压缩做工过程中，会使空气温度增加湿度减少，更加利于煤粉的充分燃烧，达到节能降耗的目的。

所述控制系统包括中央控制器，所述中央控制器的通讯端通过光纤通讯连接有上位机，所述央控制器的输出端和输出端双向电连接有转子秤控制模块和磁悬浮鼓风机控制模块。

所述转子秤控制模块包括第一信号采集单元和阀门驱动控制单元，所述第一信号采集单元与转子秤3的输出端电性连接。

所述转子秤3对煤粉仓1输出的粉煤重量进行称重得到煤粉重量信号，所述煤粉重量信号通过第一信号采集单元采集后传输至中央控制器。

所述阀门驱动控制单元与秤滑阀4的控制端和输出端双向电连接，所述阀门驱动控制单元输出驱动信号用于调节秤滑阀4的阀门开度。

所述通过调节秤滑阀4的阀门开度能够用于调节下煤速度。

所述磁悬浮鼓风机控制模块包括第二信号采集单元、磁轴承驱动控制单元和电机驱动控制单元。

所述第二信号采集单元与压力传感器和流量传感器的信号输出端电性连接，所述第二信号采集单元对压力传感器和流量传感器检测得到的压力信号和流量信号进行检测，并传输至中央控制器。

所述压力传感器和流量传感器布置在磁悬浮鼓风机内部，用于测量鼓风机出口压力和出口风量。

所述磁轴承驱动控制单元与磁悬浮电机的磁悬浮轴承组件电性连接，所述磁轴承驱动控制单元用于对磁悬浮轴承组件进行通电，以控制磁悬浮电机转子的悬浮状态。

在本实施例中，所述磁悬浮轴承组件为现有技术，且该磁悬浮轴承组件电安装在磁悬浮鼓风机8的磁悬浮电机内。

所述电机驱动控制单元与磁悬浮鼓风机8的磁悬浮电机电性连接，所述电机驱动控制单元输出控制信号用于控制磁悬浮电机的转速，进而控制磁悬浮鼓风机8的转速，以实现调节磁悬浮鼓风机8的风量。

在本实施例中，所述上位机与中央控制器之间通过光纤进行通讯，由于光纤的通讯距离长，中央控制器可以放置在设备使用现场，上位机放置在客户中控室，以此实现远程控制。

所述上位机中设置有喂煤量预设阈值和点火下煤量值，所述喂煤量预设阈值是根据使用工况进行设定的。

所述上位机中设定好喂煤量预设阈值后，该数值会通过通讯传输到中央控制器，中央控制器接收到喂煤量数值后根据该数值计算出转子秤的阀门开度和下煤速度，以此来控制转子秤控制模块，转子秤具有煤粉称重功能，能够实时将煤粉重量数据反馈到中央控制器实现闭环控制，提高控制精度。

所述喂煤量=单位煤粉重量*喂煤速度；鼓风机转速与鼓风机流量为正相关通过PID 模糊控制原理调节；流量=k*喂煤量+b。

其中k表示经验系数；b表示经验常数。

所述制备完成的煤粉，首先进入煤粉仓进行存储，当仓滑阀2打开时，煤粉进入转子秤3，转子秤3对该煤粉重量进行计量，秤滑阀4用于控制下煤量的多少，磁悬浮鼓风机8通过软连接连接至送煤管5，磁悬浮鼓风机8产生的风带着煤粉进入喷煤管，通过喷煤管进入旋转窑进行燃烧。

由此可见，本发明将转子秤3和磁悬浮鼓风机8进行联动控制，实现根据不同下煤量的设定系统自动调节转子秤3的阀门开关频次和磁悬浮鼓风机8的运行转速，以此降低人工成本，减少因人工操作失误带来的损失，同时，根据算法使鼓风机的出风量与下煤量高度匹配，使系统既能按照设定精准喂煤，又减少风量过大带来的能源损失。

所述该喂煤系统包括运行模式和点火模式，所述上位机中设置有点火下煤量值，所述该喂煤系统运行点火模式时，上位机将点火下煤量值通过通讯传输到中央控制器，中央控制器接收到点火下煤量值后根据该数值控制转子秤下煤量至点火值，并控制磁悬浮鼓风机8输出的风量匹配该下煤量，而后驱动燃烧器启动。

所述运行模式时，上位机将设定好的喂煤量预设阈值通过通讯传输到中央控制器，中央控制器接收到喂煤量数值后根据该数值计算出转子秤的阀门开度和下煤速度，以此来控制转子秤控制模块，同时，根据算法使鼓风机的出风量与下煤量高度匹配。

如图1-4所示，本发明还提供一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤控制方法，该控制方法基于上述用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，所述该控制方法包括点火运行工序，其中点火运行工序按如下步骤进行：

S1、控制系统启动，而后在上位机上运行点火模式，此时上位机将点火下煤量值通过通讯传输到中央控制器，中央控制器接收到点火下煤量值后根据该数值调整转子秤下煤量至点火值。

S2、判断转子秤下煤量是否为设定值，否执行步骤S1，是执行步骤S3。

在进行判断转子秤下煤量是否为设定值时，所述转子秤下煤量反馈至中央控制器中，此时中央控制器将转子秤下煤量与点火下煤量值进行比较。

当转子秤下煤量等于点火下煤量值时，表示转子秤下煤量为合格；

当转子秤下煤量小于点火下煤量值时，表示转子秤下煤量为不合格，此时通过中央控制器调大转子秤下煤量；

当转子秤下煤量大于点火下煤量值时，表示转子秤下煤量为不合格，此时通过中央控制器调调小转子秤下煤量。

S3、中央控制器通过磁悬浮鼓风机控制模块控制磁悬浮鼓风机8转动，并且通过电机驱动控制单元对磁悬浮鼓风机8的转速进行调速，将磁悬浮鼓风机8的输出风量降到正常模式以下，保证鼓风机产生的风不会将火苗吹灭。

S4、判断磁悬浮鼓风机风量是否已匹配，否执行步骤S3，是执行步骤S5。

在进行判断磁悬浮鼓风机风量是否已匹配时，所述磁悬浮鼓风机8的输出实时风量反馈至中央控制器中，此时中央控制器将输出实时风量与预设风量进行比较，当输出实时风量等于预设风量时，表示磁悬浮鼓风机风量已匹配；

当输出实时风量小于预设风量时，表示磁悬浮鼓风机风量不匹配，此时中央控制器通过电机驱动控制单元调节磁悬浮鼓风机8的转速，使输出实时风量等于预设风量。

当输出实时风量大于预设风量时，表示磁悬浮鼓风机风量不匹配，此时中央控制器通过电机驱动控制单元调节磁悬浮鼓风机8的转速，使输出实时风量等于预设风量。

S5、中央控制器发出控制信号驱动燃烧器启动，此时根据下煤量和鼓风机当前风量自动打开燃烧器进行点火。

所述该控制方法还包括正常运行工序，正常运行工序按如下步骤进行：

Z1、点火运行工序完成后，该控制系统自动执行正常运行工序，或者通过上位机选择直接执行运行模式。

Z2、运行过程中，操作人员可根据需求对喂煤量预设阈值进行设定，而后上位机将设定好的喂煤量预设阈值通过通讯传输到中央控制器，中央控制器接收到喂煤量数值后根据该数值调整转子秤的下煤量至设定值。

Z3、判断转子秤下煤量是否为设定值，否执行步骤Z2，是执行步骤Z4。

在进行判断转子秤下煤量是否为设定值时，所述转子秤下煤量反馈至中央控制器中，此时中央控制器将转子秤下煤量与设定值进行比较。

当转子秤下煤量等于设定值时，表示转子秤下煤量为合格；

当转子秤下煤量小于设定值时，表示转子秤下煤量为不合格，此时通过中央控制器调大转子秤下煤量；

当转子秤下煤量大于设定值时，表示转子秤下煤量为不合格，此时通过中央控制器调调小转子秤下煤量。

Z4、中央控制器通过电机驱动控制单元对磁悬浮鼓风机8的转速进行调速，将磁悬浮鼓风机8的输出风量与下煤量相匹配。

Z5、判断磁悬浮鼓风机8的风量是否与下煤量相匹配，否执行步骤Z4，是执行步骤Z1。

在进行判断磁悬浮鼓风机风量是否已匹配时，所述磁悬浮鼓风机8在正常运行模式下的输出实时风量反馈至中央控制器中，此时中央控制器将该输出实时风量与正常模式预设风量进行比较，当输出实时风量等于正常模式预设风量时，表示磁悬浮鼓风机风量已匹配；

当输出实时风量小于正常模式预设风量时，表示磁悬浮鼓风机风量不匹配，此时中央控制器通过电机驱动控制单元调节磁悬浮鼓风机8的转速，使输出实时风量等于正常模式预设风量。

当输出实时风量大于正常模式预设风量时，表示磁悬浮鼓风机风量不匹配，此时中央控制器通过电机驱动控制单元调节磁悬浮鼓风机8的转速，使输出实时风量等于正常模式预设风量。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，包括煤粉仓（1）和控制系统，其特征在于：煤粉仓（1）下方设置有送煤管（5），煤粉仓（1）与送煤管（5）之间设置有转子秤（3），送煤管（5）的一端连接有磁悬浮鼓风机（8），送煤管（5）的另一端与喷煤管连通，转子秤（3）和磁悬浮鼓风机（8）分别与控制系统电性连接，控制系统根据下煤量调节磁悬浮鼓风机（8）的运行转速，使磁悬浮鼓风机（8）的出风量与下煤量高度匹配。

2.根据权利要求1所述的一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，其特征在于：所述煤粉仓（1）与转子秤（3）之间设置有仓滑阀（2），所述转子秤（3）与送煤管（5）之间设置有秤滑阀（4）。

3.根据权利要求2所述的一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，其特征在于：所述控制系统包括中央控制器，中央控制器的通讯端通过光纤通讯连接有上位机，央控制器的输出端和输出端双向电连接有转子秤控制模块和磁悬浮鼓风机控制模块。

4.根据权利要求3所述的一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，其特征在于：所述转子秤控制模块包括第一信号采集单元和阀门驱动控制单元，第一信号采集单元与转子秤（3）的输出端电性连接；转子秤（3）对煤粉仓（1）输出的粉煤重量进行称重得到煤粉重量信号，煤粉重量信号通过第一信号采集单元采集后传输至中央控制器。

5.根据权利要求4所述的一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，其特征在于：所述阀门驱动控制单元与秤滑阀（4）的控制端和输出端双向电连接，所述阀门驱动控制单元输出驱动信号用于调节秤滑阀（4）的阀门开度；通过调节秤滑阀（4）的阀门开度能够用于调节下煤速度。

6.根据权利要求5所述的一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，其特征在于：所述磁悬浮鼓风机控制模块包括第二信号采集单元、磁轴承驱动控制单元和电机驱动控制单元；第二信号采集单元与压力传感器和流量传感器的信号输出端电性连接，第二信号采集单元对压力传感器和流量传感器检测得到的压力信号和流量信号进行检测，并传输至中央控制器。

7.根据权利要求6所述的一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，其特征在于：所述磁轴承驱动控制单元与磁悬浮电机的磁悬浮轴承组件电性连接，所述磁轴承驱动控制单元用于对磁悬浮轴承组件进行通电，以控制磁悬浮电机转子的悬浮状态。

8.根据权利要求7所述的一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，其特征在于：所述电机驱动控制单元与磁悬浮鼓风机（8）的磁悬浮电机电性连接，所述电机驱动控制单元输出控制信号用于控制磁悬浮电机的转速，以实现调节磁悬浮鼓风机（8）的风量。

9.一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤控制方法，其特征在于：该控制方法基于权利要求1-8任一项所述的用于回转窑的磁悬浮精准喂煤系统，该控制方法包括点火运行工序，其中点火运行工序按如下步骤进行：

S1、控制系统启动，在上位机上运行点火模式，上位机将点火下煤量值传输到中央控制器，中央控制器接收到点火下煤量值后根据该数值调整转子秤下煤量至点火值；

S2、判断转子秤下煤量是否为设定值，否执行步骤S1，是执行步骤S3；

S3、中央控制器通过磁悬浮鼓风机控制模块控制磁悬浮鼓风机（8）转动，并且通过电机驱动控制单元对磁悬浮鼓风机（8）的转速进行调速，将磁悬浮鼓风机（8）的输出风量降到正常模式以下；

S4、判断磁悬浮鼓风机风量是否已匹配，否执行步骤S3，是执行步骤S5；

S5、中央控制器发出控制信号驱动燃烧器启动，此时根据下煤量和鼓风机当前风量自动打开燃烧器进行点火。

10.根据权利要求9所述的一种用于回转窑的磁悬浮精准喂煤控制方法，其特征在于：所述该控制方法还包括正常运行工序，正常运行工序按如下步骤进行：

Z1、点火运行工序完成后，该控制系统自动执行正常运行工序，或者通过上位机选择直接执行运行模式；

Z2、运行过程中，操作人员根据需求对喂煤量预设阈值进行设定，而后上位机将设定好的喂煤量预设阈值通过通讯传输到中央控制器，中央控制器接收到喂煤量数值后根据该数值调整转子秤的下煤量至设定值；

Z3、判断转子秤下煤量是否为设定值，否执行步骤Z2，是执行步骤Z4；

Z4、中央控制器通过电机驱动控制单元对磁悬浮鼓风机（8）的转速进行调速，将磁悬浮鼓风机（8）的输出风量与下煤量相匹配；

Z5、判断磁悬浮鼓风机（8）的风量是否与下煤量相匹配，否执行步骤Z4，是执行步骤Z1。

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