CN212741160U - 一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石灰煅烧技术领域，具体涉及一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统。包括操作员站、PLC控制系统、信号采集系统、控制执行系统；其中，信号采集系统包括热值分析仪、煤气流量计、光学高温计；控制执行系统包括煤气调节阀、空气调节阀、旋转计量阀，PLC控制系统接受信号采集系统的信号；PLC控制系统传输信号至控制执行系统；PLC控制系统与操作员站经由交换机连接，用以相互之间传输信号；根据信号采集系统所监测到所供煤气流量、热值、窑体温度变化，通过控制执行系统自动调节煤气和煤粉的供给量，调整燃烧配比。本申请通过双膛窑双燃料在同时燃烧时的精确控制，达到空燃比的合理化。

Description

一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统

技术领域

本实用新型涉及石灰煅烧技术领域，具体涉及一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统。

背景技术

双膛石灰窑作为国际先进的石灰煅烧窑型，在能耗和产品质量上较其他窑型有很大优势，但是对于燃料的要求也相对较高。由于各种主要煤气和煤粉，煤气热值压力变化大，很难解决两种燃料有效配比燃烧，目前国内及国际上一般以纯燃气或纯煤粉为燃料进行煅烧，且热值低于1800kcal/Nm3的气体燃料和挥发分低于15％的煤粉无法在双膛窑使用，对用户造成很多限制，同时也限制了双膛窑的推广。本实用新型主要解决的问题就是双膛窑双燃料在同时燃烧时的精确控制，达到空燃比的合理化，保证石灰煅烧所需的热量保持不变，从而锻造出好的产品。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了设计一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，双膛窑双燃料在同时燃烧时的精确控制，达到空燃比的合理化，保证窑内热量的稳定。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，包括，操作员站、PLC控制系统、信号采集系统、控制执行系统；

其中，信号采集系统包括

热值分析仪，用以采集煤气热值，设置在煤气管道上，

煤气流量计，用以采集煤气流量，设置在煤气管道上，

光学高温计，用以采集窑体温度，设置在窑体通道处；

控制执行系统包括

煤气调节阀，用以调节煤气量，

空气调节阀，用以调节空气量，

旋转计量阀，用以控制煤粉量；

PLC控制系统接受信号采集系统的热值分析仪、流量计、光学高温计的信号；PLC控制系统传输信号至控制执行系统的煤气调节阀、旋转计量阀、空气调节阀，用以调节煤气和/或煤粉的供给量；PLC控制系统与操作员站经由交换机连接，用以相互之间传输信号。

进一步的，热值分析仪包括电源模块、热值控制检测单元、煤气预处理单元、热值信号输出单元，所述电源模块为热值控制检测单元、煤气预处理单元、热值信号输出单元供电，所述热值分析仪用以从煤气管道中进行煤气取样，并经所述煤气预处理单元用处理取样煤气，所述热值控制检测单元用以检测取样煤气热值信号，所述热值信号输出单元用以输出热值信号至PLC控制系统。

进一步的，热值分析仪采用燃烧式热值分析仪。

进一步的，煤气预处理单元用以处理取样煤气中的水分、杂质、及颗粒物。

进一步的，煤气流量计包括电源模块、流量控制检测单元、流量信号输出单元，所述电源模块为流量控制检测单元、流量信号输出单元供电，所述流量控制检测单元用以检测煤气管道流量信号，所述流量信号输出单元用以输出流量信号至PLC控制系统。

进一步的，光学高温计包括电源模块、温度控制检测单元、温度信号输出单元，所述电源模块为温度控制检测单元、温度信号输出单元供电，所述温度控制检测单元用以检测窑体通道测温处温度信号，所述温度信号输出单元用以输出流量信号至PLC控制系统。

进一步的，煤气调节阀，用以调节煤气量，包括电源模块、煤气阀信号接收单元、煤气阀控制单元、煤气阀执行单元、煤气阀检测单元，所述电源模块为煤气阀信号接收单元、煤气阀控制单元、煤气阀执行单元、煤气阀检测单元供电，所述煤气阀信号接收单元用以接受PLC控制系统信号，所述煤气阀控制单元用以向煤气阀执行单元下发控制指令，所述煤气阀执行单元用以执行控制指令，所述煤气阀检测单元用以检测煤气阀执行单元执行情况。

进一步的，空气调节阀，用以调节空气量，包括电源模块、空气阀信号接收单元、空气阀控制单元、空气阀执行单元、空气阀检测单元，所述电源模块为空气阀信号接收单元、空气阀控制单元、空气阀执行单元、空气阀检测单元供电，所述空气阀信号接收单元用以接受PLC控制系统信号，所述空气阀控制单元用以向空气阀执行单元下发控制指令，所述空气阀执行单元用以执行控制指令，所述空气阀检测单元用以检测空气阀执行单元执行情况。

进一步的，旋转计量阀，用以控制煤粉量，通过变频器与PLC控制系统连接；PLC控制系统下发控制指令给变频器，变频器通过输出不同频率调节旋转计量阀的转速进而控制供煤粉量，变频器中的反馈输出模块实时将旋转计量阀的执行情况反馈给PLC控制系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本申请根据煤气热值和流量的变化，通过外部检测设备和程序内设定好的数学模型，实时调整煤气和煤粉的用量，达到实时优化空燃比，保证燃料的充分燃烧，保证石灰煅烧所需的热量不变。从而降低双膛石灰窑的停机率，减少人为的动作和干预，解放劳动力。可根据所供煤气流量的不同、热值变化的不同自动调节煤气和煤粉的供给量，调整燃料配比，达到最佳的燃烧效果，保证窑内热量的稳定。

附图说明

图1为本实用新型的架构结构示意图；

图2-5为本实用新型控制流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请公开了一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，根据煤气热值和流量的变化，通过外部检测设备和程序内设定好的数学模型，实时调整煤气和煤粉的用量，达到实时优化空燃比，保证燃料的充分燃烧，保证石灰煅烧所需的热量不变。从而降低双膛石灰窑的停机率，减少人为的动作和干预，解放劳动力。可根据所供煤气流量的不同、热值变化的不同自动调节煤气和煤粉的供给量，调整燃料配比，达到最佳的燃烧效果。而且由于所有的检测和控制都是自动化运行控制，减少和避免的人为的干预，降低了双膛石灰窑的停机率，降低工作强度。

本申请应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，主要针对双膛石灰窑双燃料的精确燃烧，解决了传统双膛石灰窑存在以下问题：燃料单一，针对有些业主不适用；煤气的热值存在变化，流量有时也不稳定，造成双膛石灰窑老是停机；需要人工控制调节阀门和降低产量，造成产品质量不稳定。

本申请中，应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，包括，操作员站、PLC控制系统、信号采集系统、控制执行系统。其中，信号采集系统包括热值分析仪，用以采集煤气热值，设置在煤气管道上，煤气流量计，用以采集煤气流量，设置在煤气管道上，光学高温计，用以采集窑体温度，设置在窑体通道处。控制执行系统包括煤气调节阀，用以调节煤气量，空气调节阀，用以调节空气量，旋转计量阀，用以控制煤粉量。PLC控制系统接受信号采集系统的热值分析仪、流量计、光学高温计的信号；PLC控制系统传输信号至控制执行系统的煤气调节阀、旋转计量阀、空气调节阀；PLC控制系统与操作员站经由交换机连接，用以相互之间传输信号。根据信号采集系统所监测到所供煤气流量、热值、窑体温度变化，通过控制执行系统自动调节煤气和煤粉的供给量，调整燃烧配比。

热值分析仪包括电源模块、热值控制检测单元、煤气预处理单元、热值信号输出单元，所述电源模块为热值控制检测单元、煤气预处理单元、热值信号输出单元供电，所述热值分析仪用以从煤气管道中进行煤气取样，并经所述煤气预处理单元用处理取样煤气，所述热值控制检测单元用以检测取样煤气热值信号，所述热值信号输出单元用以输出热值信号至PLC控制系统。

煤气流量计包括电源模块、流量控制检测单元、流量信号输出单元，所述电源模块为流量控制检测单元、流量信号输出单元供电，所述流量控制检测单元用以检测煤气管道流量信号，所述流量信号输出单元用以输出流量信号至PLC控制系统。

光学高温计包括电源模块、温度控制检测单元、温度信号输出单元，所述电源模块为温度控制检测单元、温度信号输出单元供电，所述温度控制检测单元用以检测窑体通道测温处温度信号，所述温度信号输出单元用以输出流量信号至PLC控制系统。

煤气调节阀，用以调节煤气量，包括电源模块、煤气阀信号接收单元、煤气阀控制单元、煤气阀执行单元、煤气阀检测单元，所述电源模块为煤气阀信号接收单元、煤气阀控制单元、煤气阀执行单元、煤气阀检测单元供电，所述煤气阀信号接收单元用以接受PLC控制系统信号，所述煤气阀控制单元用以向煤气阀执行单元下发控制指令，所述煤气阀执行单元用以执行控制指令，所述煤气阀检测单元用以检测煤气阀执行单元执行情况。

空气调节阀，用以调节空气量，包括电源模块、空气阀信号接收单元、空气阀控制单元、空气阀执行单元、空气阀检测单元，所述电源模块为空气阀信号接收单元、空气阀控制单元、空气阀执行单元、空气阀检测单元供电，所述空气阀信号接收单元用以接受PLC控制系统信号，所述空气阀控制单元用以向空气阀执行单元下发控制指令，所述空气阀执行单元用以执行控制指令，所述空气阀检测单元用以检测空气阀执行单元执行情况。

旋转计量阀，用以控制煤粉量，通过变频器与PLC控制系统连接；PLC控制系统下发控制指令给变频器，变频器通过输出不同频率调节旋转计量阀的转速进而控制供煤粉量，变频器中的反馈输出模块实时将旋转计量阀的执行情况反馈给PLC控制系统。

其中，所述热值分析仪采用燃烧式热值分析仪，所述煤气预处理单元处理取样煤气中的水分、杂质、及颗粒物；调节旋转计量阀采用变频器调节。

具体的控制流程中，使用热值分析仪监测煤气热值，分析及控制程序包括：

系统初始化，系统预设煤气热值数值、第一热值波动预设数值、第二热值波动预设数值、采集热值信号周期数值；

采集热值信号，光学高温计按照预设周期采集热值信号，并将采集热值信号传至PLC控制系统；

第一热值数据判定，计算采集热值信息与预设煤气热值数值的热值波动值，并判断热值波动值与第一热值波动预设数值的关系；判断热值波动值是否超过第一热值波动预设数值；若判定超过第一热值波动预设数值，则进入第二热值数据判定程序；若判定未超过第一热值波动预设数值，则返回采集热值信号程序；

第二热值数据判定，计算采集热值信息与预设煤气热值数值的热值波动值，并判断热值波动值与第二热值波动预设数值的关系；判断热值波动值是否超过第二热值波动预设数值；判定超过第二热值波动预设数值，则进入煤粉调节程序；若判定未超过第二热值波动预设数值，则进入煤气调节程序；

煤粉调节，调节旋转计量阀、空气调节阀，用以调整煤粉使用量，并返回采集热值信号程序；

煤气调节，调节煤气调节阀、空气调节阀，用以调整煤气使用量，并返回采集热值信号程序；

结束程序。

其中，通过热值分析仪监测煤气热值，分析及控制程序中，判定热值波动值超过第二热值波动预设数值、且判断采集热值相对预设煤气热值数值的大小关系，

判定采集热值大于预设煤气热值数值，且热值波动值未超过第二热值波动预设数值，通过煤气调节阀、空气调节阀，减少煤气使用量；

判定采集热值大于预设煤气热值数值，且热值波动值超过第二热值波动预设数值，通过调节旋转计量阀、空气调节阀，减少煤粉使用量；

判定采集热值小于预设煤气热值数值，且热值波动值未超过第二热值波动预设数值，通过煤气调节阀、空气调节阀，增加煤气使用量；

判定采集热值小于预设煤气热值数值，且热值波动值超过第二热值波动预设数值，通过调节旋转计量阀、空气调节阀，增加煤粉使用量。

例如，第一热值波动预设数值为200千焦；所述第二热值波动预设数值为800千焦，采集热值信号周期数值为1秒。

通过光学高温计监测温度，分析及控制程序包括：

系统初始化，系统预设窑体温度数值、第一温度波动预设数值、第二温度波动预设数值、采集温度周期数值；

采集温度信号，光学高温计按照预设周期采集温度信号，并将采集温度信号传至PLC控制系统；

第一温度数据判定，计算采集温度信息与预设窑体温度数值的温度波动值，并判断温度波动值与第一温度波动预设数值关系；判断温度波动是否超过第一温度波动预设数值；若判定超过第一温度波动预设数值，则进入第二温度数据判定程序；若判定未超过第一温度波动预设数值，则返回采集温度信号程序；

第二温度数据判定，计算采集温度信息与预设窑体温度数值的温度波动值，并判断温度波动值与第二温度波动预设数值关系；判断温度波动值是否超过第二温度波动预设数值；若判定超过第二温度波动预设数值，则进入煤粉调节程序；若判定未超过第二温度波动预设数值，则进入煤气调节程序；

煤粉调节，调节旋转计量阀、空气调节阀，用以调整煤粉使用量，并返回采集温度信号程序；

煤气调节，调节煤气调节阀、空气调节阀，用以调整煤气使用量，并返回采集温度信号程序；

结束程序。

其中，通过光学高温计监测温度，分析及控制程序中，判定温度波动值超过第二温度波动预设数值、且判断采集温度相对预设窑体温度数值的大小关系，

判定采集温度大于预设窑体温度数值，且温度波动值未超过第二温度波动预设数值，通过煤气调节阀、空气调节阀，减少煤气使用量；

判定采集温度大于预设窑体温度数值，且温度波动值超过第二温度波动预设数值，通过调节旋转计量阀、空气调节阀，减少煤粉使用量；

判定采集温度小于预设窑体温度数值，且温度波动值未超过第二温度波动预设数值，通过煤气调节阀、空气调节阀，增加煤气使用量；

判定采集温度小于预设窑体温度数值，且温度波动值超过第二温度波动预设数值，通过调节旋转计量阀、空气调节阀，增加煤粉使用量。

例如，第一温度波动预设数值为20℃；第二温度波动预设数值为100℃，采集热值信号周期数值为1秒。

使用煤气流量计监测煤气流量，分析及控制程序包括：

系统初始化，

采集流量信号，煤气流量计按照预设周期采集流量信号，并将采集流量信号传至PLC控制系统；

数据显示，流量数据在操作员站显示；

结束程序。

进一步的，分析及控制程序中，系统预设数值可调整。

在本申请中，采集到的热值信号、温度信号、流量信号、以及传输中的控制指令信号等，均在系统内通过模数转化或模数转化即可实现，常用的PLC系统均具有成熟的上传下达及转化能力。

PLC控制系统内预设有计算公式，利用热值和煤气流量计算理论燃烧热量，并与理论吨灰热耗比较。可以依据采集到的数据，计算煤气、空气、煤粉的调节控制量。还可以通过预设的逻辑关系进行程序的判断和控制。系统中预设有调用表，可以供内部调用，用以结果修正。进而通过PLC控制系统下发控制指令，对煤气、空气、煤粉的用量进行调节，以保证窑内的真实的热量和真实的热耗相接近，进而保证产品的质量。

本申请通过双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，在煤气管道装设直接燃烧式的热值分析仪和流量计，在窑体通道处装设高精度的光学高温计(250℃-1600℃)，通过检测设备检测到的信号传递给可编程控制器PLC系统的CPU，由CPU内的程序模块内的数据模型进行分析和判断，进而控制需要调节大阀门，从而形成闭路循环控制系统，达到精确控制的目的。安装、维护简单方便。可随时根据设备要求在上位机改变参数和调节生产产量，简单、安全、可靠。

以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，包括，操作员站、PLC控制系统、信号采集系统、控制执行系统；

其中，信号采集系统包括

热值分析仪，用以采集煤气热值，设置在煤气管道上，

煤气流量计，用以采集煤气流量，设置在煤气管道上，

光学高温计，用以采集窑体温度，设置在窑体通道处；

控制执行系统包括

煤气调节阀，用以调节煤气量，

空气调节阀，用以调节空气量，

旋转计量阀，用以控制煤粉量；

PLC控制系统接受信号采集系统的热值分析仪、流量计、光学高温计的信号；PLC控制系统传输信号至控制执行系统的煤气调节阀、旋转计量阀、空气调节阀，用以调节煤气和/或煤粉的供给量；PLC控制系统与操作员站经由交换机连接，用以相互之间传输信号。

2.根据权利要求1所述的一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，热值分析仪包括电源模块、热值控制检测单元、煤气预处理单元、热值信号输出单元，所述电源模块为热值控制检测单元、煤气预处理单元、热值信号输出单元供电，所述热值分析仪用以从煤气管道中进行煤气取样，并经所述煤气预处理单元用处理取样煤气，所述热值控制检测单元用以检测取样煤气热值信号，所述热值信号输出单元用以输出热值信号至PLC控制系统。

3.根据权利要求2所述的一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，热值分析仪采用燃烧式热值分析仪。

4.根据权利要求2所述的一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，煤气预处理单元用以处理取样煤气中的水分、杂质、及颗粒物。

5.根据权利要求1所述的一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，煤气流量计包括电源模块、流量控制检测单元、流量信号输出单元，所述电源模块为流量控制检测单元、流量信号输出单元供电，所述流量控制检测单元用以检测煤气管道流量信号，所述流量信号输出单元用以输出流量信号至PLC控制系统。

6.根据权利要求1所述的一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，光学高温计包括电源模块、温度控制检测单元、温度信号输出单元，所述电源模块为温度控制检测单元、温度信号输出单元供电，所述温度控制检测单元用以检测窑体通道测温处温度信号，所述温度信号输出单元用以输出流量信号至PLC控制系统。

7.根据权利要求1所述的一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，煤气调节阀，用以调节煤气量，包括电源模块、煤气阀信号接收单元、煤气阀控制单元、煤气阀执行单元、煤气阀检测单元，所述电源模块为煤气阀信号接收单元、煤气阀控制单元、煤气阀执行单元、煤气阀检测单元供电，所述煤气阀信号接收单元用以接受PLC控制系统信号，所述煤气阀控制单元用以向煤气阀执行单元下发控制指令，所述煤气阀执行单元用以执行控制指令，所述煤气阀检测单元用以检测煤气阀执行单元执行情况。

8.根据权利要求1所述的一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，空气调节阀，用以调节空气量，包括电源模块、空气阀信号接收单元、空气阀控制单元、空气阀执行单元、空气阀检测单元，所述电源模块为空气阀信号接收单元、空气阀控制单元、空气阀执行单元、空气阀检测单元供电，所述空气阀信号接收单元用以接受PLC控制系统信号，所述空气阀控制单元用以向空气阀执行单元下发控制指令，所述空气阀执行单元用以执行控制指令，所述空气阀检测单元用以检测空气阀执行单元执行情况。

9.根据权利要求1所述的一种应用于双膛石灰窑双燃料精确燃烧的控制系统，其特征在于，旋转计量阀，用以控制煤粉量，通过变频器与PLC控制系统连接；PLC控制系统下发控制指令给变频器，变频器通过输出不同频率调节旋转计量阀的转速进而控制供煤粉量，变频器中的反馈输出模块实时将旋转计量阀的执行情况反馈给PLC控制系统。

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