CN205692022U - 石灰窑远程监测控制系统 - Google Patents

Abstract

石灰窑远程监测控制系统，包括设置在现场的工控机和设置在远程的远端计算机，工控机通过通讯卡连接有数据采集处理器，数据采集处理器连接有在线数据采集装置，所述的数据采集装置包括温度采集装置、压力采集装置、风机流量检测装置、称重装置、料位检测装置、气体浓度检测装置。本系统能够有效的降低窑炉运行成本，提高窑炉工艺运行质量，保证设备工艺的正常运行，最终提高生产效率。

Description

石灰窑远程监测控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种远程监测控制系统，特别涉及一种石灰窑远程监测控制系统。

背景技术

煅烧生石灰在我国已有悠久的历史，发展到现在，冶金、化工、建材各行业的用灰量越来越大，对石灰的品质的要求也越来越高。石灰竖窑是生产石灰的主要方式，但现有的石灰竖窑普遍存在检测手段欠缺、调整方法少，缺少现代化的监控手段，无法实时的掌握窑内石灰石的煅烧情况等弊端，因而无法对石灰生产的重要工艺参数进行合理有效的调整，无法及时预防结瘤、偏窑、生过烧率高等工艺故障。以上因素使得石灰炉各项经济技术指标的进一步提高受到了一定限制，仍难以满足现代工业快速增长的高效益、低成本、高自动化的要求。通过现代信息计算来增加现代化的炉况监控手段、提高了石灰炉炉况诊断与决策水平、为石灰窑提前预防工艺故障、充分优化操作参数提供及时可靠的保障成为石灰窑设计和应用中的一个发展课题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服目前的石灰窑监测控制中存在的上述问题，提供一种石灰窑远程监测控制系统。

为实现本实用新型的目的，采用了下述的技术方案：石灰窑远程监测控制系统，包括设置在现场的工控机和设置在远程的远端计算机，工控机通过通讯卡连接有数据采集处理器，数据采集处理器连接有在线数据采集装置，所述的数据采集装置包括温度采集装置、压力采集装置、风机流量检测装置、称重装置、料位检测装置、气体浓度检测装置，进一步的，所述的温度采集装置由炉体温度检测装置、窑顶温度检测装置、烟气温度检测装置、出灰温度检测装置、助燃风温度检测装置组成，所述的炉体温度检测装置在石灰窑高度上分布有四层，每层由位于同一高度上的四个K型热电偶均匀分布在石灰窑周向上组成，四层热电偶中其中一层设置在预热带，两层设置在煅烧带，一层设置在冷却带；所述的窑顶温度检测装置采用两个K型热电偶采集窑顶温度；烟气温度检测装置采用两个K型热电偶采集烟气温度；所述的出灰温度检测装置采用两个PT100型热电偶采集出灰温度；所述的助燃风温度检测装置采用一个PT100型热热电偶采集助燃风温度，进一步的，所述的压力采集装置由窑顶压力变送器和风机压力变送器组成，窑顶压力变送器和风机压力变送器组成均采用电容式压力变送器，进一步的，所述的风机流量检测装置包括风机流量变送器和孔板流量计，风机连接变频器，通过变频器精确控制进入炉内的助燃风的风量，进一步的，所述的称重装置包括称重模块，称重传感器直接连接至称重模块，称重模块连接至PLC，进一步的，所述的气体浓度检测装置为在炉顶设置的烟气分析仪，进一步的，所述的料位检测装置为智能料位探测计，在炉顶还设置有炉顶耐高温成像设备，炉顶耐高温成像设备直接连接至工控机。

本实用新型的积极有益技术效果在于：本实用新型采用在石灰窑上设置各种检测装置，实现全方位窑炉运行参数的检测，检测装置检测到的数据传输给数据采集处理器，处理器传输给现场工控机，现场工控机通过互联网连接远端计算机，即可以在现场看到窑炉的运行参数和状况，也可以在远端监控到窑炉的状况，这使很多个窑炉同时运行情况下在远端计算机处只配备一个石灰窑专家即可实现全部窑炉的工艺运行监测和控制，能够有效的降低窑炉运行成本，提高窑炉工艺运行质量，保证设备工艺的正常运行，最终提高生产效率。

附图说明

图1是本实用新型的连接结构示意框图。

具体实施方式

为了更充分的解释本实用新型的实施，提供本实用新型的实施实例。这些实施实例仅仅是对本实用新型的阐述，不限制本实用新型的范围。

结合附图对本实用新型进一步详细的阐述。

一、首先对在线数据采集装置进行详细的阐述，即石灰窑运行检测中所用到的各种在线检测仪表，在线检测仪表是石灰生产过程中的“眼睛”也是生产操作的重要依据，石灰窑工艺参数的在线监测既是生产操作的基础也是炉况诊断及智能控制的前提，工艺人员通过观察仪表采集到的各项参数才能准确的把握石灰窑的工艺状况，系统根据仪表采集到的各项参数才能够对窑况进行实时调整，因而在石灰的生产过程中仪表起着至关重要的作用。现在石灰竖窑的仪表及控制部分大多还采用机械仪表的显示方式，其精度低、故障率高已不适合现代工业的发展要求。稍微先进一点的石灰竖窑采用现场一次仪表进PLC系统，然后再通过上位机显示出来，但也存在检测点少、布置不合理、精度低，还只是停留在部分工艺参数显示的初级阶段，也不满足工艺智能调整的需要。在线数据采集装置主要完成下列四大部分的功能：一是石灰石及煤两种物料的称量；二是温度、压力、流量、料位的采集；三是炉顶烟气中O₂及CO浓度信号的采集；四是炉内耐高温成像设备实时观看炉顶布料及上火情况。以下分别对现场数据采集装置进行说明。

1、称重装置：用于石灰石及煤两种物料的称量；

现有的物料称量现大都采用称重传感器及称重仪表的方式，称重传感器出来的信号传给称重仪表，由称重仪表来完成显示及设定功能，并输出标准信号传给CPU，同时通过计算机显示出来。这样的称量方法中间环节繁琐、不方便人工调整，精度低、抗干扰能力差并且成本较高，本系统中称重装置西门子称重模块，集成在西门子S7-300 PLC系统中。电信号由现场称重传感器直接传给称重模块，再经称重模块运算后变为重量值，通过PLC 总线直接传送给CPU并通过计算机显示出来。这样就减少了数据传递的中间环节，同时增强了抗干扰能力，并且我们在系统中创造性的采用了称重误差补偿的方式，保证了入窑物料的精准量，消除了称量的累计误差对石灰窑工艺操作的影响。

2、温度、压力、流量、料位的采集装置：

a、温度采集装置包括：

① 根据石灰窑有效高度及预热带、煅烧带、冷却带的分布，科学的把窑体分为A,B,C,D四层（A层位于预热带，B层及C层位于煅烧带，D层位于冷却带），每层设东、西、南、北四点共设置有16点K型热电偶测温，全方位采集炉体各层各点的温度；

② 窑顶温度2点、烟气温度2点共设置有4点K型热电偶测温，采集窑顶及烟气温度；

③ 出灰温度2点、助燃风温度1点共设置有3点PT100型热电阻测温，精确采集成品石灰温度及助燃风温度；

b、窑顶压力的采集，采用电容式压力变送器，保证炉内微负压煅烧，节省燃料及炉顶密封效果；

c、风机压力的采集，采用电容式压力变送器，风机压力的大小反应助燃风通过炉内物料的阻力大小及煅烧带是否下移等;

d、风机流量的采集，采用孔板流量计、差压式压力变送器，配合风机变频器精确控制进入炉内的助燃风的风量;

e、炉内料位测量，采用ZTP-A2型智能探测料位计，申请号为201320736828.4的专利即可用于本系统的料位测量，测量炉内物料的高低，保证料面稳定在一定范围内，便于石灰窑的工艺操作；

所有热工参数、压力、流量、料位、浓度等值均取消了二次仪表，直接在上位机上用实时曲线、历史曲线、直方图、参数表等方式显示，并进行报警、统计、打印报表等处理；在上位机上可随时设定风机运行频率。各种工艺参数的实时准确的采集，给炉况的实时诊断及自动调整提供了依据，同时可以让司窑工随时掌控当前的窑况情形，作出各种快速的决定，从而保证了合格活性石灰的产出。

3、气体浓度检测装置；

随着人们环保和节能意识的逐渐提高，石灰竖窑必须将提高燃烧效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保护环境等作为提高产品质量和增强产品竞争力的重要途径，因此如何测量和提高石灰竖窑的燃烧效率，确定最佳燃烧点就是一个至关重要的课题，从石灰煅烧的原理上分析，在石灰竖窑的生产过程中，煤的燃烧，其燃烧热并不是全部被利用了，有效热是为了给石灰石加热所必须传入的热量，炉子烟气带走的物理热是热损失中主要部分，当鼓风量过大时虽然能使燃料充分燃烧，但烟气中过剩空气量偏大，表现为烟气中O2含量高，过剩空气带走的热损失值增大，导致热效率偏低。与此同时过量的氧气会与燃料中的S、烟气中的N2反应生成SO2、NOX等有害物质；当鼓风量偏低时表现为烟气中O2含量低，CO含量高，虽说排烟热损失小，但燃料没有完全燃烧，热损失增大，热效率也将减低，另外，烟囱也会冒黑烟影响环境。所谓提高燃烧效率，就是要适量的煤与适量的空气组成最佳比例进行燃烧。热效率与烟气中的CO、O2含量以及排烟温度、供热负荷等因素有关。因此我们可以通过测量并控制烟气中的CO、O2含量来调节控制消耗系数，达到最高燃烧效率。然而如何测量烟气中的CO、O2、含量呢？现在国内还没有石灰竖窑上安装这种测量装置，借鉴水泥窑及回转窑的工艺，可以采用烟气分析仪连续检测烟道气体成分，分析烟气中O2含量和CO含量，从而调节助燃空气的流量和煤的配比，本系统中气体浓度检测装置采用炉顶安装的烟气分析仪，检测炉顶烟气中O2及CO浓度，并送出标准4-20mA信号给PLC系统并通过Wincc显示出来，安装了烟气分析仪后非常有利于分析炉内鼓风量是否合适、煤是否能够充分燃烧、炉内的通风状态及焦比是否合适，以此为充分优化操作参数提供了及时可靠的保障，经过多个生产现场的实践取得了相当另人满意的效果。

4、炉内耐高温成像设备

在石灰煅烧过程中，炉顶布料的情况、料面的平整度及炉顶上火情况对石灰的煅烧至关重要，正常情况下每隔几个小时就要把助燃风停了工艺人员上到几十米高的炉顶后打开炉顶的上窑门人工看料面的平整度及炉顶上火情况，当出现工艺故障需要调整窑况时看火的情况更加频繁，这不仅仅是人力的一种消耗，更重要的是看火也是一个危险的工作，一是炉顶温度高，高时可达200-300度，二是当窑内煤燃烧不充分就会在窑顶聚集有未充分燃烧的CO，易造成CO中毒。如果有一种设备可以代替人工看火的工作将会是石灰窑生产的一大进步，基于这种需求，本系统在炉顶设计安装了一套炉内耐高温成像设备，本设备可将摄像镜头直接伸入炉内实时观察炉顶布料的情况、料面的平整度及炉顶上火情况，既保证生产安全,提高产品质量,又改善工作环境,降低劳动强度,还便于实现集中调度及生产过程的自动化，本设备采用强迫风冷方式，为了减少炉窑对设备的辐射热，采用1mm针孔镜头，大大降低了辐射面积。即使炉顶温度高达五六百度也可以正常使用。对镜头的保护采用双层防护罩，由两路气体对镜头进行冷却。并将冷却气从防护罩前端吹出，可以挡住灰尘。并且在出现探头罩内腔温度超过设定值时或压缩空气压力低于规定值时具有自动退出功能，保证了出现异常情况时设备自身的安全，因石灰窑是一个密封的窑体，当炉顶不上火时（大部分时间炉顶是不上火的炉顶是没有光线的，在没有光线的情况下摄像头如何成像又成了一个大问题，针对这种情况在原设备的基础上又进行了改进，在摄像头的周围加了辅助光源，窑顶原为钢结构，现把摄像头附近的直径300mm左右大小的钢板换为耐高温石英玻璃，在玻璃上面加上强力照明灯用以给窑内补光，这样不管是白天还是晚上即使炉顶不上火也可以实时的看到清晰的炉顶画面。

二、在线监测控制系统的配置可采用以下：

1、PLC 系统：

采用西门子PLC S7系列，在我国冶金、化工等各领域得到了广泛应用。在系统中采用西门子S7-300 PLC 系统。功能强、可靠性高、性价比高，并有便于维护、便于扩展，备件价格低等优点，是在工控系统中最理想的选择；

2、工控机：

采用研华工业控制机，通过串行接口或网络（多炉系统）与CPU上的接口相连，工控机适应于工业控制场合，可以24 小时连续工作，抗干扰、抗灰尘、散热好、运行速度高等各方面都优于一般计算机。

本系统采用先进成熟的西门子网络模块及网络技术，它集成了数据采集、数据传输、历史数据库以及对石灰窑运行的智能化分析，为企业动态掌握设备的运行情况，为工艺调整提供基础数据和指导，力图将能耗降到最低，同时，通过对大数据分析，消除预知故障，降低设备故障发生率，一方面保证了设备的稳定运行，另一方面，延长了设备的使用寿命。

在详细说明本实用新型的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围，且本实用新型亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (8)

1.石灰窑远程监测控制系统，包括设置在现场的工控机和设置在远程的远端计算机，其特征在于：工控机通过通讯卡连接有数据采集处理器，数据采集处理器连接有在线数据采集装置，所述的数据采集装置包括温度采集装置、压力采集装置、风机流量检测装置、称重装置、料位检测装置、气体浓度检测装置。

2.根据权利要求1所述的石灰窑远程监测控制系统，其特征在于：所述的温度采集装置由炉体温度检测装置、窑顶温度检测装置、烟气温度检测装置、出灰温度检测装置、助燃风温度检测装置组成，所述的炉体温度检测装置在石灰窑高度上分布有四层，每层由位于同一高度上的四个K型热电偶均匀分布在石灰窑周向上组成，四层热电偶中其中一层设置在预热带，两层设置在煅烧带，一层设置在冷却带；所述的窑顶温度检测装置采用两个K型热电偶采集窑顶温度；烟气温度检测装置采用两个K型热电偶采集烟气温度；所述的出灰温度检测装置采用两个PT100型热电偶采集出灰温度；所述的助燃风温度检测装置采用一个PT100型热电偶采集助燃风温度。

3.根据权利要求1所述的石灰窑远程监测控制系统，其特征在于：所述的压力采集装置由窑顶压力变送器和风机压力变送器组成，窑顶压力变送器和风机压力变送器组成均采用电容式压力变送器。

4.根据权利要求1所述的石灰窑远程监测控制系统，其特征在于：所述的风机流量检测装置包括风机流量变送器和孔板流量计，风机连接变频器，通过变频器精确控制进入炉内的助燃风的风量。

5.根据权利要求1所述的石灰窑远程监测控制系统，其特征在于：所述的称重装置包括称重模块，称重传感器直接连接至称重模块，称重模块连接至PLC。

6.根据权利要求1所述的石灰窑远程监测控制系统，其特征在于：所述的气体浓度检测装置为在炉顶设置的烟气分析仪。

7.根据权利要求1所述的石灰窑远程监测控制系统，其特征在于：所述的料位检测装置为智能料位探测计。

8.根据权利要求1所述的石灰窑远程监测控制系统，其特征在于：在炉顶还设置有炉顶耐高温成像设备，炉顶耐高温成像设备直接连接至工控机。