一种用于炉窑冷却装置及控制方法解析.docx

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一种用于炉窑冷却装置及控制方法解析

技术交底书

1、名称

一种用于炉窑冷却装置及控制方法

2、所属技术领域

电气控制

3、现有技术

炉窑系统主要由竖式预热器、窑本体、竖式冷却器、燃烧系统、排烟机及除尘系统组成，石灰石通过单斗卷扬提升机运至窑顶，经料斗、密封闸门及旋转布料器进入窑内。

窑内有上、下两层烧嘴并均匀错开布置，每层烧嘴有六个圆柱形燃烧室，每个燃烧室都有一个用耐火材料砌筑的从窑外壳到下内筒的拱桥，高温气体从燃烧室内出来，经过拱桥下面形成的空间进入料层。

物料在窑内从上到下运动，气流由燃烧室逆物流运动，最后在并流煅烧区域将物料（石灰石）烧成石灰。

石灰在炉窑内完成煅烧后，被卸入到竖式冷却器内。

在机械空气的强制穿透下，高热石灰颗粒被快速冷却，完成冷却物料后的高温空气进入到炉窑内参与助燃，达到提高热效率的目的。

现有炉窑冷却布局是a.利用二个冷却风机冷却，现场工作方式采用1用1备，为保障冷却风机正常受电，供电部门在供电方式中采用了二路同时供电，同时又加载了一组发电机电源供电，当二路不能同时供电情况时，会及时启动发电机向外输出电能。

但在实际生产运行中，当在二路电源不能同时供电情况下，采用手动启动发电机，这样做增加了操作工劳动强度，有时还会延误发电机启动时间，而一旦停电，会造成窑内壁发热，炉窑耐火砖脱落，寿命严重缩短。

b．现进入炉窑体内冷却主要有三路气流分别是窑底料仓石灰冷却；炉窑下内套筒冷却；炉窑上套筒冷却，日常生产过程中，对冷却气体流量的操作控制，传统控制方法处于手动控制，具体是调节进气流量调节阀，如冷却不够则需增加调节阀开度，加大流量；若冷却过量，则减少调节阀开度降低流量，由于手动作业，经验性太强，不同的人对参数的调整幅度及对参数的预判值不同，导致调节控制窑内冷却气体流量系统稳定性差，调节次数较多，调节过于频繁，不利于生产。

4、发明的目的

发明一种切换装置，在二路市电中断后，该装置能使发电机立即自启动对外供电；发电机自启动供电时若外电源恢复送电，该装置又确保发电机停止供电。

另提供一种冷却空气流量控制方法，它能根据每日所需生产产量，自动计算窑底料仓石灰冷却空气流量；炉窑下内套筒冷却空气流量；炉窑上套筒冷却空气流量，在生产中自动调节冷却空气流量分布，进而稳定了生产石灰的质量指标。

5、技术方案

5.1供电切换装置控制

冷却风机供电切换装置运行原理见下图三，若常用电源MCC4DL进线柜正常供电其母排B、C二相为380V，此时低电压继电器U线圈不动作，其自带常开触点L1常开维持不变。

如常用电源MCC4DL进线柜内母排B、C二相由380V降为80V，此时低电压继电器U线圈动作，其自带常开触点L1常开变为常闭。

主要是通过低电压继电器U

自带触点L1触点的变化来控制发电机运行。

也就是常用电源在供电过程中由于某种原因电源电压降低过多或暂时停电，当电压达到预定值，则自启动发电机供电；当常用电源电压恢复正常时，则自停发电机供电。

改变了以往常用电源不能供电情况下，需采用手动启动发电机这一状况（见图二）。

5.2冷却空气流量控制

本炉窑冷却空气流量控制核心技术是一套完整热工制度计算，它能根据每日所需生产产量，提供冷却空气流量分布。

在生产中自动调节炉窑上套筒，下内套筒、料仓冷却空气流量，从而稳定了窑内的热工制度，进而稳定了生石灰的质量指标。

a.1上套筒冷却空气流量控制（见图一和图五）

主要通过调节调节阀FY350的开度来控制上套筒的出口冷却空气流量。

上套筒冷却空气流量设定FIC350_SP计算公式为

FIC350_SP=产量*K/24K为修正系数

正常K=0.07Nm3空气/kg石灰

上套筒冷却空气流量调节控制器FIC350

其传递函数如下：

Gc（S）=0.005（1+

）

式中：

0.005——PID调节器的增益系数；

10——PID调节器的积分时间常数，单位：

秒

控制分为自动控制和手动控制两种方式。

手动控制即在上位机上给定一个输出值，直接通过输出op值对FY350调节阀进行控制，自动控制即由计算机进行全自动控制，程序在执行中将调节器的比例系数GAIN、积分时间常数TI、微分时间常数TD的值送入PLC的数据寄存器中，且每个FIC控制器（PID）控制回路的设定值（SP）、过程值（PV）、输出值（OUTPUT）都可以在计算机上用数字显示，同时在计算机上可以修改每个控制回路的PID参数，如SP值、GAIN值、TI值、TD值。

“自动”模式下，只要输入SP值，系统锁定该值，PV跟随SP值，进行定量控制。

a.2下内套筒冷却空气流量控制（见图一和图五）

主要通过调节下内套筒出口处的放散调节阀FY310的开度来控制下内套筒入口冷却空气流量。

下内套筒冷却空气流量设定FIC310_SP计算公式为

FIC310_SP=产量*K/24K为修正系数

正常K=0.45Nm3冷却空气/kg石灰

下内套筒冷却空气流量调节控制器FIC310

其传递函数如下：

Gc（S）=0.01（1+

）

式中：

0.01——PID调节器的增益系数；

10——PID调节器的积分时间常数，单位：

秒

同样控制分为自动控制和手动控制两种方式。

手动控制即在上位机上给定一个输出值，直接通过输出op值对FY310调节阀进行控制，自动控制即由计算机进行全自动控制，程序在执行中将调节器的比例系数GAIN、积分时间常数TI、微分时间常数TD的值送入PLC的数据寄存器中，只要输入SP值，系统锁定该值，PV跟随SP值，进行定量控制。

a.3料仓冷却空气流量控制（见图一和图五）

主要通过对调节阀FY360的调节来控制石灰料仓冷却空气的流量

料仓冷却空气流量设定FIC360_SP计算公式为

FIC360_SP=产量*K/24K为修正系数

正常K=0.55Nm3空气/kg石灰

料仓冷却空气流量调节控制器FIC360

其传递函数如下：

Gc（S）=0.05（1+

）

式中：

0.05——PID调节器的增益系数；

10——PID调节器的积分时间常数，单位：

秒

同样控制分为自动控制和手动控制两种方式，原理同上一致。

6、有益效果

自启动装置是针对发电机组应急保障供电而设计的。

该装置结构简单，使用安全。

另采用计算机控制系统，根据每日所需生产产量，自动调节冷却空气流量分布。

确保冷却空气流量稳定，从而稳定了窑内的热工制度，进而稳定了生产石灰的质量指标。

7、图面说明

图一：

现生产工艺布置图

图二：

原冷却风机供电方式

图三：

现冷却风机供电方式

图四：

流量控制原理图

图五：

流量控制总图

图一：

现生产工艺布置图

图二：

原冷却风机供电方式

图三：

现冷却风机供电方式

图四：

流量控制原理图

图五：

流量控制总图

8、实施例

8.1供电切换装置

在常用电源、发电机原有供电方式图二中，现增加一个低电压继电器U,型号为DJ-152A，额定电压380V-400V,其线圈动作电压分为80、100、120、140、160五档。

现选80V一档,另增放4芯电缆,其电缆二端一端连接常用电源MCC4DL进线柜内母排B、C二相,另外二端连接低电压继电器U线圈。

见图三。

其运行原理是若常用电源MCC4DL进线柜正常供电其母排B、C二相为380V，此时低电压继电器U线圈不动作，其自带常开触点L1常开维持不变。

如常用电源MCC4DL进线柜内母排B、C二相由380V降为80V，此时低电压继电器U线圈动作，其自带常开触点L1常开变为常闭。

利用二个冷却风机M301和M302冷却窑体见图1，现场工作方式采用1用1备，M301运行同时F301电动阀打开，冷却空气流入窑体。

若M302运行同时F302电动阀打开，同样冷却空气流入窑体。

8.2冷却空气流量控制

a.1上套筒冷却空气流量控制

以窑产量320TPD计算，也就是每日产量320吨石灰，根据上套筒冷却空气流量设定FIC350_SP计算公式为

FIC350_SP=产量*K/24（小时）K为修正系数

正常K=0.07Nm3空气/kg石灰

FIC350_SP=产量*K/24K为修正系数

=320*1000*0.07/24

=933Nm3空气/小时

上套筒冷却空气流量FIC350控制分为自动控制和手动控制两种方式。

手动控制即在上位机上给定一个输出值OP（见图1），如画面显示OP值50%（说明FY350调节阀开度为50%（开度范围0%-100%），此时查看上套筒冷却空气流量过程值FIC350_pv值，是否接近FIC350_sp值，如pv值小于sp值，则要增加op值假设开至60%；如pv值大于sp值，则要减少op值假设开至40%；最终FIC350_pv值接近FIC350_sp值，也就是确保炉内上套筒冷却空气流量为933Nm3/h。

在正常情况下都是自动方式下运行（见图5），自动控制即由计算机进行全自动控制，不需要进行人工干预；程序在执行中将FIC350调节器的比例系数0.005、积分时间常数10、微分时间常数0的值送入FIC350控制器的数据寄存器中，现输入FIC350_SP为933Nm3/h，系统锁定该值，此时阀门开度FIC350_op值会自动调整，对应过程值FIC350_PV自动跟随目标FIC350_SP值上下移动，最终pv值接近sp值也就是FIC350_pv值为933Nm3/h进行定量控制。

a.2下内套筒冷却空气流量控制

同样以窑产量320TPD计算，也就是每日产量320吨石灰，根据下内套筒冷却空气流量设定FIC310_SP计算公式为

FIC310_SP=产量*K/24（小时）K为修正系数

正常K=0.45Nm3空气/kg石灰

FIC310_SP=产量*K/24K为修正系数

=320*1000*0.45/24

=6000Nm3空气/小时

下内套筒冷却空气流量FIC310控制分为自动控制和手动控制两种方式。

手动控制即在上位机上给定一个输出值OP（见图1），如画面显示OP值50%（说明FY310调节阀开度为50%（开度范围0%-100%），此时查看下内套筒冷却空气流量过程值FIC310_pv值，是否接近FIC310_sp值，通过调节FIC310_OP值最终确保炉内上套筒冷却空气流量为6000Nm3/h。

在正常情况下都是自动方式下运行（见图5），自动控制即由计算机进行全自动控制，不需要进行人工干预；程序在执行中将PID调节参数值送入FIC310控制器的数据寄存器中，现输入FIC310_SP为6000Nm3/h，系统锁定该值，此时阀门开度FIC310_op值会自动调整，对应过程值FIC310_PV自动跟随目标FIC310_SP值上下移动，最终pv值接近sp值也就是FIC310_pv值为6000Nm3/h进行定量控制。

a.3料仓冷却空气流量控制

同样以窑产量320TPD计算，也就是每日产量320吨石灰，根据料仓冷却空气流量设定FIC360_SP计算公式为

FIC360_SP=产量*K/24K为修正系数

正常K=0.55Nm3空气/kg石灰

FIC360_SP=产量*K/24K为修正系数

=320*1000*0.55/24

=7333Nm3/小时

料仓冷却空气流量FIC360控制同以上上套筒冷却空气流量控制FIC350原理相似。