CN116793070A - 一种回转窑协调温度控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种回转窑温度协调控制方法和系统，包括：针对燃气阀的控制和针对鼓风机的控制；所述针对燃气阀的控制，采用温度和燃气量的串级闭环反馈控制，其中根据窑头温度设定值与反馈的窑头温度实测值计算出燃气量设定值，再基于所述燃气量设定值与反馈的燃气量实测值计算燃气阀的控制量；针对鼓风机的控制，是基于风量的闭环反馈控制，加入燃气量作为前馈，使得鼓风机的输出跟随燃气量的变化趋势。通过对燃料气、鼓风进行协调精准控制，减小回转窑温度波动，实现回转窑更加稳定均衡的运行。

Description

一种回转窑协调温度控制方法和系统

技术领域

本申请涉及工业回转窑控制技术领域，特别是涉及一种回转窑温度控制方法。

背景技术

使用回转圆筒设备对固体物料进行机械、物理或化学处理，这类设备被称为回转窑。回转窑是冶金、建材、水泥等行业的重要工艺设备，回转窑工艺装置通常包括多级旋风预热器、回转窑及冷却机等设备，它是一种倾斜放置的连续旋转圆筒窑体，由于不同物料回转窑温度有着不同的工艺要求，其直接关系到产品产量、质量、原料消耗及成本等，因此，回转窑窑内温度控制至为重要。而回转窑中鼓风、引风、燃气量的输出均会对窑内温度造成影响。因此如何控制鼓风、引风、燃气量的输出使其不会对窑内温度造成影响成为人们重点关注的问题。

现有的燃气控制方案大多通过人工观察检测仪表反馈的变量情况从而进行手动控制，手动控制对操作工个人素质以及经验性依赖较强，导致回转窑整体燃烧状况无法实现精确控制；而鼓风以及引风变频的调节没有理论依据全凭经验调节，导致引鼓风量太小影响燃料燃烧，或者太大造成一定程度上资源的浪费；而且各个被控变量处于孤立控制状态，无法从回转窑运行的整体角度进行协调控制，往往造成顾此失彼的现象，从而造成窑内温度频繁波动。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，提供一种回转窑协调温度控制方法和系统，以解决无法精确控制回转窑中鼓风、燃气量的输出从而造成回转窑温度频繁波动的问题。

第一方面，一种回转窑温度协调控制方法，包括：针对燃气阀的控制和针对鼓风机的控制；

所述针对燃气阀的控制，采用温度和燃气量的串级闭环反馈控制，其中根据窑头温度设定值与反馈的窑头温度实测值计算出燃气量设定值，再基于所述燃气量设定值与反馈的燃气量实测值计算燃气阀的控制量；

所述针对鼓风机的控制，是基于风量的闭环反馈控制，加入燃气量作为前馈，使得鼓风机的输出跟随燃气量的变化趋势。

上述方案中，可选地，还包括：针对引风机的控制，具体是基于烟气含氧量的闭环反馈控制，加入窑尾温度作为前馈；当窑尾温度实测值低于窑尾温度设定值时：若窑头温度实测值同样低于窑头温度设定值，表明此时燃气量不足，则不对引风机变频进行调节；若窑头温度实测值高于窑头温度设定值，表明此时热量分布不均，则增大引风机的输出。

上述方案中，可选地，当窑头温度或者窑尾温度超出运行警戒阈值时及时进行报警提醒。

第二方面，一种回转窑温度协调控制系统，包括燃气阀控制系统和鼓风机控制系统；

所述燃气阀控制系统包括第一控制模块、第二控制模块、燃气阀、窑头温度传感器和燃气流量传感器；窑头温度设定值与所述窑头温度传感器采集的窑头温度实测值的偏差作为第一控制模块的输入，所述第一控制模块的输出作为燃气量设定值；所述燃气量设定值与燃气流量传感器采集的燃气量实测值的偏差作为第二控制模块的输入，所述第二控制模块的输出为燃气阀的控制量；

所述鼓风机控制系统包括第三控制模块、第一前馈模块、鼓风机、鼓风量传感器和燃气流量传感器；鼓风机基础风量设定值与鼓风量传感器采集的实测风量的偏差作为所述第三控制模块的一路输入，所述燃气量设定值与燃气流量传感器采集的燃气量实测值的偏差作为第一前馈模块的输入，所述第一前馈模块的输出作为所述第三控制模块的另一路输入，所述第三控制模块的输出为鼓风机的控制量。

上述方案中，可选地，还包括引风机控制系统；所述引风机控制系统包括：第四控制模块、第二前馈模块、引风机、烟气含氧量分析仪、窑头温度传感器、窑尾温度传感器；所述烟气含量设定值与烟气含氧量分析仪采集的烟气含氧量实测值的偏差作为所述第四控制模块的一路输入，窑尾温度设定值与窑尾温度传感器采集的窑尾温度实测值的偏差作为第二前馈模块的输入，所述第二前馈模块的输出作为所述第四控制模块的另一路输入，所述第四控制模块的输出为引风机的控制量；

当窑尾温度传感器采集的实测值低于窑尾温度设定值时，若窑头温度传感器采集的实测值同样低于窑头温度设定值，表明此时燃气量不足，则不对引风机变频进行调节；若窑头温度传感器采集的实测值高于窑头温度设定值，表明此时热量分布不均，则增大引风机的输出。

上述方案中，可选地，所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块、所述第四控制模块均采用PID算法。

上述方案中，可选地，还包括报警系统，用于当窑头温度或者窑尾温度超出运行警戒阈值时及时进行报警提醒。

本申请至少具有以下有益效果：

本申请针对燃气阀的调节采用了温度和燃气量的串级闭环反馈，根据窑头温度设定值确定燃气阀的控制量，针对鼓风机的控制还加入了燃气量作为前馈，使得鼓风机的输出跟随燃气量的变化趋势；通过对燃料气、鼓风进行协调控制，减小回转窑温度波动，实现回转窑更加稳定均衡的运行。

本申请还针对引风机的调节加入了窑尾温度作为前馈，使引风机调节含氧量的同时兼顾窑尾温度调节，从而使得回转窑燃烧更加均衡稳定。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供一种回转窑协调温度控制方法的流程示意图；

图2为本申请一个实施例提供针对燃气阀控制方法流程示意图；

图3为本申请一个实施例提供的针对鼓风机控制方法流程示意图；

图4为本申请一个实施例提供的针对引风机控制方法流程示意图；

图5为本申请一个实施例提供的引风机是否进行工作判断流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。

本申请具备实施自动控制的相应检测仪表，包括燃料气流量、鼓风、引风流量、窑头、窑尾温度等，现场阀门具有一定调节余量，风机均为变频。在现有DCS系统具备实施条件的情况下，首先需要对回转窑各个检测仪表数据进行采集，采集后通过对数据进行处理得到可以进行运算控制的数据，之后采用本方案的控制思路对燃气阀以及鼓风、引风变频进行控制。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种回转窑温度协调控制方法，包括：针对燃气阀的控制和针对鼓风机的控制；

S1：所述针对燃气阀的控制，采用温度和燃气量的串级闭环反馈控制，其中根据窑头温度设定值与反馈的窑头温度实测值计算出燃气量设定值，再基于所述燃气量设定值与反馈的燃气量实测值计算燃气阀的控制量；

在针对燃气阀的控制中，如图2所示，窑头温度采用串级控制，由温度主回路串流量副回路。当窑头温度与设定值存在偏差时，则通过控制模块运算输出此时应设置的燃气量，此设置燃气量与实际燃气量再经过控制模块运算输出实际需要的阀门开度。

S2：所述针对鼓风机的控制，是基于风量的闭环反馈控制，加入燃气量作为前馈，使得鼓风机的输出跟随燃气量的变化趋势。

在针对鼓风机的控制中，如图3所示，鼓风机控制在基础风量上加入燃气量作为前馈，在保证一定空燃比的前提下减少燃气消耗。首先通过经验设定基础风量，再把基础风量与实际风量的偏差通过控制模块运算输出鼓风机变频，在此过程中加入燃料气纠偏运算，即燃料气设定增大时，为保持一定的空燃比(一般为0.6～0.7，具体根据实际燃烧情况)，通过前馈模块输出适当增大鼓风机变频。

在一个实施例中，还包括：针对引风机的控制，如图4所示，针对引风机的控制，具体是基于烟气含氧量的闭环反馈控制，加入窑尾温度作为前馈；当窑尾温度实测值低于窑尾温度设定值时：若窑头温度实测值同样低于窑头温度设定值，表明此时燃气量不足，则不对引风机变频进行调节；若窑头温度实测值高于窑头温度设定值，表明此时热量分布不均，则增大引风机的输出。

若当窑尾温度实测值高于窑尾温度设定值时，窑头实测值温度同样高于窑头温度设定值时，则说明此时燃气量过量，则引风机同样不调节或减小调节，反之窑头温度实测值低于窑头温度设定值，则减小引风机的输出。

如图5所示，可以认为窑尾温度实测值和窑头温度实测值与对应的设定值趋势一致时，即均高于或均低于设定值时，引风机同样不调节或减小调节，当窑尾温度实测值和窑头温度实测值与对应的设定值趋势不一致时，即其中一个高于设定值，另一个低于设定值时，增大引风机的输出。

在一个实施例中，当窑头温度或者窑尾温度超出运行警戒阈值时及时进行报警提醒。

在该实施例中，还提供偏烧、断料、断气等报警，能够及时发现回转窑的异常，供现场及时检查调整，提高系统的安全性和稳定性。

在一个实施例中，提供一种回转窑温度协调控制系统，包括燃气阀控制系统和鼓风机控制系统；

所述燃气阀控制系统包括第一控制模块、第二控制模块、燃气阀、窑头温度传感器和燃气流量传感器；窑头温度设定值与所述窑头温度传感器采集的窑头温度实测值的偏差作为第一控制模块的输入，所述第一控制模块的输出作为燃气量设定值；所述燃气量设定值与燃气流量传感器采集的燃气量实测值的偏差作为第二控制模块的输入，所述第二控制模块的输出为燃气阀的控制量；

所述鼓风机控制系统包括第三控制模块、第一前馈模块、鼓风机、鼓风量传感器和燃气流量传感器；鼓风机基础风量设定值与鼓风量传感器采集的实测风量的偏差作为所述第三控制模块的一路输入，所述燃气量设定值与燃气流量传感器采集的燃气量实测值的偏差作为第一前馈模块的输入，所述第一前馈模块的输出作为所述第三控制模块的另一路输入，所述第三控制模块的输出为鼓风机的控制量。

在一个实施例中，还包括引风机控制系统；还包括引风机控制系统；所述引风机控制系统包括：第四控制模块、第二前馈模块、引风机、烟气含氧量分析仪、窑头温度传感器、窑尾温度传感器；所述烟气含量设定值与烟气含氧量分析仪采集的烟气含氧量实测值的偏差作为所述第四控制模块的一路输入，窑尾温度设定值与窑尾温度传感器采集的窑尾温度实测值的偏差作为第二前馈模块的输入，所述第二前馈模块的输出作为所述第四控制模块的另一路输入，所述第四控制模块的输出为引风机的控制量；

当窑尾温度传感器采集的实测值低于窑尾温度设定值时，若窑头温度传感器采集的实测值同样低于窑头温度设定值，表明此时燃气量不足，则不对引风机变频进行调节；若窑头温度传感器采集的实测值高于窑头温度设定值，表明此时热量分布不均，则增大引风机的输出。

在一个实施例中，所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块、所述第四控制模块均采用PID算法。

在该实施例中，参数时可以选取较强的比例作用以及较弱的积分作用，例如P设置为30-50设置；积分时间T为100-500；微分时间D为5-10。

在一个实施例中，还包括报警系统，用于当窑头温度或者窑尾温度超出运行警戒阈值时及时进行报警提醒。

本发明创造的优点在于：

1、实现自动控制窑头、窑尾温度以及助燃风和燃气量，减小人工操作强度。

2、通过引风机协调控制窑尾温度，使回转窑燃烧更加均衡，提高物料转化率。

3、通过实现鼓风量与燃气量协调控制，提高燃料气燃烧效率，一定程度减少燃气消耗。

4、提供偏烧、断料、断气等报警，能够及时发现回转窑的异常，供现场及时检查调整，提高系统的安全性和稳定性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种回转窑温度协调控制方法，其特征在于，包括：针对燃气阀的控制和针对鼓风机的控制；

所述针对燃气阀的控制，采用温度和燃气量的串级闭环反馈控制，其中根据窑头温度设定值与反馈的窑头温度实测值计算出燃气量设定值，再基于所述燃气量设定值与反馈的燃气量实测值计算燃气阀的控制量；

所述针对鼓风机的控制，是基于风量的闭环反馈控制，加入燃气量作为前馈，使得鼓风机的输出跟随燃气量的变化趋势。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：针对引风机的控制，具体是基于烟气含氧量的闭环反馈控制，加入窑尾温度作为前馈；当窑尾温度实测值低于窑尾温度设定值时：若窑头温度实测值同样低于窑头温度设定值，表明此时燃气量不足，则不对引风机变频进行调节；若窑头温度实测值高于窑头温度设定值，表明此时热量分布不均，则增大引风机的输出。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当窑头温度或者窑尾温度超出运行警戒阈值时及时进行报警提醒。

4.一种回转窑温度协调控制系统，其特征在于，包括燃气阀控制系统和鼓风机控制系统；

所述燃气阀控制系统包括第一控制模块、第二控制模块、燃气阀、窑头温度传感器和燃气流量传感器；窑头温度设定值与所述窑头温度传感器采集的窑头温度实测值的偏差作为第一控制模块的输入，所述第一控制模块的输出作为燃气量设定值；所述燃气量设定值与燃气流量传感器采集的燃气量实测值的偏差作为第二控制模块的输入，所述第二控制模块的输出为燃气阀的控制量；

所述鼓风机控制系统包括第三控制模块、第一前馈模块、鼓风机、鼓风量传感器和燃气流量传感器；鼓风机基础风量设定值与鼓风量传感器采集的实测风量的偏差作为所述第三控制模块的一路输入，所述燃气量设定值与燃气流量传感器采集的燃气量实测值的偏差作为第一前馈模块的输入，所述第一前馈模块的输出作为所述第三控制模块的另一路输入，所述第三控制模块的输出为鼓风机的控制量。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括引风机控制系统；所述引风机控制系统包括：第四控制模块、第二前馈模块、引风机、烟气含氧量分析仪、窑头温度传感器、窑尾温度传感器；所述烟气含量设定值与烟气含氧量分析仪采集的烟气含氧量实测值的偏差作为所述第四控制模块的一路输入，窑尾温度设定值与窑尾温度传感器采集的窑尾温度实测值的偏差作为第二前馈模块的输入，所述第二前馈模块的输出作为所述第四控制模块的另一路输入，所述第四控制模块的输出为引风机的控制量；

当窑尾温度传感器采集的实测值低于窑尾温度设定值时，若窑头温度传感器采集的实测值同样低于窑头温度设定值，表明此时燃气量不足，则不对引风机变频进行调节；若窑头温度传感器采集的实测值高于窑头温度设定值，表明此时热量分布不均，则增大引风机的输出。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块、所述第四控制模块均采用PID算法。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括报警系统，用于当窑头温度或者窑尾温度超出运行警戒阈值时及时进行报警提醒。