CN115164610B - 一种基于co/o2的水泥分解炉燃烧优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法及系统，包括：获取当前运行工况下的入窑生料分解率，根据入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型得到目标CO浓度值；根据目标CO浓度值和第三关联模型确定目标O2浓度值；根据目标O2浓度值和第四关联模型得到总风量优化值；根据还原区CO浓度值、总风量优化值和第五关联模型得到三次风配比；根据三次风配比调节风机频率和闸板开度，以使当前CO浓度值与目标CO浓度值一致。本发明基于先进的测量技术，深度挖掘水泥分解炉的历史运行数据，针对实时燃烧状态，通过动态调整三次风风机频率以及三次风闸板开度，在提高入窑生料分解率的同时，减少了氮氧化物排放量及高温结皮现象的发生。
Description
技术领域
本发明涉及分解炉燃烧技术领域，具体涉及一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法及系统。
背景技术
据统计，水泥产业是我国继热力发电和交通运输之后的第三大氮氧化物排放源，也是制约水泥工业健康、可持续发展的重要因素。水泥分解炉主要作用是水泥生料的分解，生料中80％以上成分为CaCO3，因此在分解炉中分解的生料主要为CaCO3，CaCO3在高温下分解为CaO和CO2，该反应是个典型的吸热反应，热量由分解炉喂煤提供。在实际运行过程中，若炉内煤粉燃烧剧烈，放热充分，则会得到较好的生料分解率，但往往会伴随氮氧化物排放量过高、炉内局部高温等问题；若降低给氧量来抑制煤粉剧烈燃烧，可以减少氮氧化物排放量，但往往会影响燃烧稳定性和降低生料分解率，进而影响后续熟料煅烧过程。因此，分解炉内的燃烧状况与入窑生料分解率存在着一定的联系。
分级燃烧技术指先在水泥分解炉锥部空间位置，通过空气分级、燃料分级构建一个还原燃烧区，使煤粉在该区域缺氧燃烧以便产生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的氮氧化物发生反应，将氮氧化物还原成N2等无污染的惰性气体。此外，分解炉中的煤粉在缺氧条件下燃烧，也抑制了自身燃料型氮氧化物产生，从而实现水泥生产过程的氮氧化物减排。然后在还原燃烧区上部送入上三次风，保证煤粉的完全燃烧，维持炉内稳定燃烧状态。分级燃烧技术在水泥工业中应用十分广泛，其脱硝效率在20％～25％左右。
但是分级燃烧水泥分解炉在实际运行过程中经常会出现炉内配风不均、煤粉分布不均，导致炉内煤粉燃烧不完全，燃烧热损失增大，燃烧稳定性降低，入窑生料分解率降低，最终影响水泥熟料质量；或者水泥分解炉的氧量过剩，锥部位置的还原燃烧区构建失败，导致烟气在炉内停留时间不足，风机电耗增加，炉膛出口氮氧化物浓度升高，局部出现高温结皮等问题。
为了使煤粉在水泥分解炉中高效、稳定燃烧，亟需对炉内配风方案进行实时智能调整。目前，绝大多数水泥分解炉采用出口处O2浓度来判断炉内燃烧情况好坏，进而做出相应的风量调整。但由于炉内入口较多，气氛复杂，以氧量作为炉内燃烧状况判定指标存在一定误差，并且与分解炉出口O2浓度相比，分解炉出口CO浓度对于炉内气氛更为敏感，能更好地反应炉内燃烧状况。因此，以CO/O2双参量作为指导燃烧调整的指标更具有优势。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法及系统。
本发明的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法的技术方案如下：
S1、获取水泥分解炉在当前运行工况下的入窑生料分解率，并根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值；
S2、根据所述目标CO浓度值和第三关联模型，确定所述分解炉出口的目标O2浓度值；
S3、根据所述目标O2浓度值和第四关联模型，得到所述水泥分解炉的总风量优化值；
S4、根据所述水泥分解炉的还原区CO浓度值、所述总风量优化值和第五关联模型，得到所述三次风配比；
S5、根据所述三次风配比调节所述水泥分解炉的风机频率和闸板开度，以使所述分解炉出口的当前CO浓度值与所述目标CO浓度值一致。
本发明的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法的有益效果如下：
本发明针对目前分级燃烧水泥分解炉高效燃烧与低氮排放二者之间矛盾的问题，为保障分解炉高效低氮稳定连续运行，提供了一种水泥分解炉的燃烧优化方法。基于目前先进的测量技术，深度挖掘水泥分解炉历史运行数据，针对实时燃烧状态，通过动态调整三次风风机频率以及三次风闸板开度，在提高入窑生料分解率的同时，也减少了氮氧化物排放量以及高温结皮现象的发生。
在上述方案的基础上，本发明的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法还可以做如下改进。
进一步，还包括：构建分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率在所述当前运行工况下的所述第一关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值在所述当前运行工况下的所述第二关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值在所述当前运行工况下的所述第三关联模型、分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值在所述当前运行工况下的所述第四关联模型、分解炉还原区CO浓度值与三次风配比在所述当前运行工况下的所述第五关联模型。
进一步，所述根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值，包括：
根据所述入窑生料分解率和所述第一关联模型，得到所述分解炉出口的第一CO浓度值；
根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值，并根据所述分解炉出口的当前氮氧化物浓度值和所述目标氮氧化物浓度值，得到氮氧化物浓度比；
判断所述氮氧化物浓度比是否在第一预设范围内，得到第一判断结果，当所述第一判断结果为是时，则将所述第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值，当所述第一判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述第一CO浓度值之间的平均值确定为所述第一CO浓度值，并返回执行所述根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值的步骤，直至所述第一判断结果为是，将所述第一判断结果为是时所对应的第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值。
进一步，所述S2包括：
S21、根据所述目标CO浓度值和所述第三关联模型，得到所述分解炉出口的第一O2浓度值；
S22、判断所述第一O2浓度值是否在第二预设范围内，得到第二判断结果；
S23、当所述第二判断结果为是时，则将所述第一O2浓度值确定为所述目标O2浓度值，当所述第二判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述目标CO浓度值之间的平均值为所述目标CO浓度值，并返回执行步骤S21，直至所述第二判断结果为是时，将所述第二判断结果为是所对应的第一O2浓度值确定为所述目标O2浓度值。
进一步，所述S4包括：
根据所述还原区CO浓度值和所述第五关联模型，对所述总风量优化值进行分配，以使所述还原区CO浓度值达到第三预设范围时，得到所述三次风配比。
进一步，在所述S1之前，还包括：
获取所述当前运行工况对应的当前煤粉热值和当前生料三率值；
判断所述当前煤粉热值和所述当前生料三率值是否在任一预设区间内，若是，则执行步骤S1；其中，每个预设区间对应一个煤粉热值区间和一个生料三率值区间。
进一步，在步骤S5之后，还包括：
S6、判断所述当前氮氧化物浓度值是否在第四预设范围内，且所述入窑生料分解率是否在第五预设范围内，若均是，则完成对所述水泥分解炉的优化，否则，返回执行步骤S1。
本发明的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统的技术方案如下：
包括：处理器、分解炉出口CO浓度在线监测装置、还原区CO浓度在线监测装置和DCS系统；
所述DCS系统用于：获取并将水泥分解炉在当前运行工况下的入窑生料分解率发送至所述处理器；
所述处理器用于：根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值；
所述处理器还用于：根据所述目标CO浓度值和第三关联模型，确定所述分解炉出口的目标O2浓度值；
所述处理器还用于：根据所述目标O2浓度值和第四关联模型，得到所述水泥分解炉的总风量优化值；
所述还原区CO浓度在线监测装置用于：采集并将所述水泥分解炉的还原区CO浓度值发送至所述处理器；
所述处理器还用于：根据所述还原区CO浓度值、所述总风量优化值和第五关联模型，得到并将所述三次风配比发送至所述DCS系统；
所述分解炉出口CO浓度在线监测装置用于：采集并将所述分解炉出口的当前CO浓度值发送至DCS系统；
所述DCS系统还用于：根据所述三次风配比调节所述水泥分解炉的风机频率和闸板开度，以使所述当前CO浓度值与所述目标CO浓度值一致。
本发明的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统的有益效果如下：
本发明针对目前分级燃烧水泥分解炉高效燃烧与低氮排放二者之间矛盾的问题，为保障分解炉高效低氮稳定连续运行，提供了一种水泥分解炉的燃烧优化系统。基于目前先进的测量技术，深度挖掘水泥分解炉历史运行数据，针对实时燃烧状态，通过动态调整三次风风机频率以及三次风闸板开度，在提高入窑生料分解率的同时，也减少了氮氧化物排放量以及高温结皮现象的发生。
在上述方案的基础上，本发明的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统还可以做如下改进。
进一步，所述处理器还用于：构建分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率在所述当前运行工况下的所述第一关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值在所述当前运行工况下的所述第二关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值在所述当前运行工况下的所述第三关联模型、分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值在所述当前运行工况下的所述第四关联模型、分解炉还原区CO浓度值与三次风配比在所述当前运行工况下的所述第五关联模型。
进一步，所述处理器具体用于：
根据所述入窑生料分解率和所述第一关联模型，得到所述分解炉出口的第一CO浓度值；
根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值，并根据所述分解炉出口的当前氮氧化物浓度值和所述目标氮氧化物浓度值，得到氮氧化物浓度比；
判断所述氮氧化物浓度比是否在第一预设范围内，得到第一判断结果，当所述第一判断结果为是时，则将所述第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值，当所述第一判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述第一CO浓度值之间的平均值确定为所述第一CO浓度值，并返回执行所述根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值的步骤，直至所述第一判断结果为是，将所述第一判断结果为是时所对应的第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法，包括如下步骤：
S1、获取水泥分解炉在当前运行工况下的入窑生料分解率，并根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值。
其中，当前运行工况是指水泥分解炉在当前正常运行生产时的运行工况，当前运行工况对应存在有：当前煤粉热值和当前生料三率值。若这两种值发生变化，水泥分解炉内的燃烧状况和生料分解状况都会发生变化。当前煤粉热值和当前生料三率值均对应一个预设区间。其中，目标CO浓度值为水泥分解炉的CO优化值。
例如，预设的煤粉热值区间包括以下五个：18000～20000kJ/kg、20000～22000kJ/kg、22000～24000kJ/kg和24000～26000kJ/kg、26000～28000kJ/kg；预设的生料三率值的变化范围如下：KH：0.9～1.0，SM：2.4～2.7，IM：2.10～2.16。
需要说明的是，本实施例中预设的煤粉热值区间和预设的生料三率值区间可以根据水泥分解炉在不同基本运行工况下的历史运行数据设定，也可根据用户的需求自定设定，在此不设限制。
入窑生料分解率的计算方法为：其中，MFCaO为CaO的质量分数；Mt为水泥分解炉内各组分总质量流率，/>为送入水泥分解炉的生料的质量流率，单位均为kg/s。
所述水泥生料三率值的计算方法为：
其中，CaO表示生料中化学元素CaO含量的百分比；Al2O3表示生料中化学元素Al2O3含量的百分比；Fe2O3表示生料中化学元素Fe2O3含量的百分比；SiO2表示生料中化学元素SiO2含量的百分比。水泥生料三率值作为衡量生料质量的标准，即石灰石饱和系数KH，硅酸率SM，铝氧率IM，四种原材料所含的Ca，Si，Al，Fe四种成分的量并不是固定不变的，正是因为其变化才导致了分解炉内分解过程复杂多变。
S2、根据所述目标CO浓度值和第三关联模型，确定所述分解炉出口的目标O2浓度值。
S3、根据所述目标O2浓度值和第四关联模型，得到所述水泥分解炉的总风量优化值。
具体地，比较分解炉出口的目标O2浓度值与当前O2浓度值的大小，若当前O2浓度值大于目标O2浓度值，则根据第四关联模型，对应调小三次风风机频率，若当前O2浓度值小于目标O2浓度值，则对应调大三次风风机频率。
S4、根据所述水泥分解炉的还原区CO浓度值、所述总风量优化值和第五关联模型，得到所述三次风配比。
其中，三次风分为：上三次风和下三次风；三次风配比为：把三次风按不同比例在不同高度位置通入水泥分解炉内，目的是降低氮氧化物的生成，提高热利用率。
需要说明的是，关于三次风以及相应的空气分级技术，均属于现有技术，在此不过多赘述。
S5、根据所述三次风配比调节所述水泥分解炉的风机频率和闸板开度，以使所述分解炉出口的当前CO浓度值与所述目标CO浓度值一致。
其中，三次风配比包括：上三次风配比和下三次风配比。
具体地，通过上三次风配比和下三次风配比调节三次风的风机频率和闸板开度，并采用5％的增减速率进行多次调节，以实现将分解炉出口的当前CO浓度值调至目标CO浓度值。
较优地，还包括：构建分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率在所述当前运行工况下的所述第一关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值在所述当前运行工况下的所述第二关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值在所述当前运行工况下的所述第三关联模型、分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值在所述当前运行工况下的所述第四关联模型、分解炉还原区CO浓度值与三次风配比在所述当前运行工况下的所述第五关联模型。
其中，当前运行工况下的第一关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况属于哪一基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率之间的关系曲线作为当前运行工况下的第一关联模型。
具体地，第一关联模型为：其中Cco为分解炉出口CO浓度，γ由入窑生料分解率计算公式得到，各系数可以根据历史数据拟合得到。
其中，当前运行工况下的第二关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况属于哪一基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值之间的关系曲线作为当前运行工况下的第二关联模型。
具体地，第二关联模型为：其中Cco分解炉出口为CO浓度，各系数可以根据历史数据拟合得到。
其中，当前运行工况下的第三关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况属于哪一基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值之间的关系曲线作为当前运行工况下的第三关联模型。
具体地，第三关联模型为：即CO2＝-kCco+d，CO2为分解炉出口的O2浓度值，其余各系数可以根据历史数据拟合得到。
其中，当前运行工况下的第四关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况属于哪一基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值之间的关系曲线作为当前运行工况下的第四关联模型。
具体地，第四关联模型为：其中CO2为O2浓度，Q为总风量，各系数可以根据历史数据拟合得到。
其中，当前运行工况下的第五关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉还原区CO浓度值与三次风配比之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况属于哪一基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉还原区CO浓度值与三次风配比之间的关系曲线作为当前运行工况下的第五关联模型。
具体地，第五关联模型为：其中，CCO为还原区CO浓度，Q为总风量，Q1为上三次风风量，Q2为下三次风风量，各方程系数可以根据历史数据拟合得到。
较优地，所述根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值，包括：
根据所述入窑生料分解率和所述第一关联模型，得到所述分解炉出口的第一CO浓度值。
其中，第一CO浓度值具体是指当前运行工况下，入窑生料分解率达到90％～95％范围时，分解炉出口NOx浓度最低时所对应的最低CO浓度。该第一CO浓度值根据当前运行工况下的入窑生料分解率和第一关联模型所得到的CO浓度值，该浓度值需要进一步判断才能确定是否为CO优化值。
具体地，采集当前运行工况下的入窑生料分解率，并将入窑生料分解率代入第一关联模型得到分解炉出口的第一CO浓度值。
根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值，并根据所述分解炉出口的当前氮氧化物浓度值和所述目标氮氧化物浓度值，得到氮氧化物浓度比。
其中，目标氮氧化物浓度值是根据第一CO浓度值和第二关联模型进行得到的，当前氮氧化物浓度值是通过采集所得到的。
其中，氮氧化物指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物，包括多种化合物，如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。
其中，氮氧化物浓度比为：当前氮氧化物浓度值与目标氮氧化物浓度值之间的比值。
判断所述氮氧化物浓度比是否在第一预设范围内，得到第一判断结果，当所述第一判断结果为是时，则将所述第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值，当所述第一判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述第一CO浓度值之间的平均值确定为所述第一CO浓度值，并返回执行所述根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值的步骤，直至所述第一判断结果为是，将所述第一判断结果为是时所对应的第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值。
其中，第一预设范围为0.8～1.2。第一判断结果是指：氮氧化物浓度比是否在0.8～1.2内。
具体地，当氮氧化物浓度比在0.8～1.2的范围内时，则将第一CO浓度值确定为目标CO浓度值(CO浓度优化值)；当氮氧化物浓度比不在0.8～1.2的范围内时，计算当前CO浓度值和第一CO浓度值之间的平均值，并将该平均值作为调整后的第一CO浓度值，判断调整后的第一CO浓度值对应的氮氧化物浓度比(将调整后的第一CO浓度值代入第一关联模型，得到此时的目标氮氧化物浓度值，并根据当前氮氧化物浓度值和目标氮氧化物浓度值的比值，得到此时的氮氧化物浓度比)是否在0.8～1.2的范围内，若是，则将第一判断结果为是时所对应的第一CO浓度值确定为目标CO浓度值，若否，则重复上述过程，直至第一判断结果为是，将第一判断结果为是时所对应的第一CO浓度值确定为目标CO浓度值。
较优地，所述S2包括：
S21、根据所述目标CO浓度值和所述第三关联模型，得到所述分解炉出口的第一O2浓度值。
其中，第一O2浓度值为根据目标CO浓度值和第三关联模型得到的O2浓度值，该值还需要进一步判断后，才能确定是否为目标O2浓度值。
S22、判断所述第一O2浓度值是否在第二预设范围内，得到第二判断结果。
其中，第二预设范围为：1％～5％，第二判断结果为：第一O2浓度值是否在1％～5％。
S23、当所述第二判断结果为是时，则将所述第一O2浓度值确定为所述目标O2浓度值，当所述第二判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述目标CO浓度值之间的平均值为所述目标CO浓度值，并返回执行步骤S21，直至所述第二判断结果为是时，将所述第二判断结果为是所对应的第一O2浓度值确定为所述目标O2浓度值。
具体地，为了有效降低炉内氮氧化物的生成，同时保证炉内煤粉充分燃烧，分解炉出口目标O2浓度值应限定在1％～5％范围内，若第一O2浓度值属于1％～5％的范围内，则采用第一O2浓度值作为目标O2浓度值，若第一O2浓度值不属于1％～5％的范围，则计算分解炉出口的实时CO浓度值和目标CO浓度值的平均数，以该值作为调整后的分解炉出口的目标CO浓度值，若调整后的分解炉出口的目标CO浓度值对应的O2浓度优化值属于1％～5％的范围，则将调整后的目标CO浓度值对应的第一O2浓度值作为目标O2浓度值。若仍不属于该范围，则继续上述过程。
需要说明的是，调整后的当前运行工况下的分解炉出口的目标CO浓度值既需要满足对应的目标O2浓度值的范围要求，也需要满足氮氧化物浓度比的范围要求。
较优地，所述S4包括：
根据所述还原区CO浓度值和所述第五关联模型，对所述总风量优化值进行分配，以使所述还原区CO浓度值达到第三预设范围时，得到所述三次风配比。
其中，第三预设范围为：1％-7％。
具体地，若还原区CO浓度值低于1％，应适当减少下三次风风量，增加上三次风风量；若还原区CO浓度值高于7％，应适当增加下三次风风量，减少上三次风风量，同时确保总风量优化值不变。
较优地，在所述S1之前，还包括：
获取所述当前运行工况对应的当前煤粉热值和当前生料三率值；
判断所述当前煤粉热值和所述当前生料三率值是否在任一预设区间内，若是，则执行步骤S1；其中，每个预设区间对应一个煤粉热值区间和一个生料三率值区间。
较优地，在步骤S5之后，还包括：
S6、判断所述当前氮氧化物浓度值是否在第四预设范围内，且所述入窑生料分解率是否在第五预设范围内，若均是，则完成对所述水泥分解炉的优化，否则，返回执行步骤S1。
其中，第四预设范围为：氮氧化物浓度值小于300ppm；第五预设范围为：90％～95％。
具体地，若当前氮氧化物浓度值小于300ppm且入窑生料分解率为90％～95％，则完成对水泥分解炉的燃烧优化，否则，重新执行步骤S1。
本实施例针对目前分级燃烧水泥分解炉高效燃烧与低氮排放二者之间矛盾的问题，为保障分解炉高效低氮稳定连续运行，提供了一种水泥分解炉的燃烧优化方法。基于目前先进的测量技术，深度挖掘水泥分解炉历史运行数据，针对实时燃烧状态，通过动态调整三次风风机频率以及三次风闸板开度，在提高入窑生料分解率的同时，也减少了氮氧化物排放量以及高温结皮现象的发生。
如图2所示，一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统200，包括：处理器210、分解炉出口CO浓度在线监测装置220、还原区CO浓度在线监测装置230和DCS系统240；
所述DCS240系统用于：获取并将水泥分解炉在当前运行工况下的入窑生料分解率发送至所述处理器210；
所述处理器210用于：根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值；
所述处理器210还用于：根据所述目标CO浓度值和第三关联模型，确定所述分解炉出口的目标O2浓度值；
所述处理器210还用于：根据所述目标O2浓度值和第四关联模型，得到所述水泥分解炉的总风量优化值；
所述还原区CO浓度在线监测装置230用于：采集并将所述水泥分解炉的还原区CO浓度值发送至所述处理器210；
所述处理器210还用于：根据所述还原区CO浓度值、所述总风量优化值和第五关联模型，得到并将所述三次风配比发送至所述DCS系统；
所述分解炉出口CO浓度在线监测装置220用于：采集并将所述分解炉出口的当前CO浓度值发送至DCS系统240；
所述DCS系统240还用于：根据所述三次风配比调节所述水泥分解炉的风机频率和闸板开度，以使所述当前CO浓度值与所述目标CO浓度值一致。
较优地，所述处理器210还用于：构建分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率在所述当前运行工况下的所述第一关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值在所述当前运行工况下的所述第二关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值在所述当前运行工况下的所述第三关联模型、分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值在所述当前运行工况下的所述第四关联模型、分解炉还原区CO浓度值与三次风配比在所述当前运行工况下的所述第五关联模型。
较优地，所述处理器210具体用于：
根据所述入窑生料分解率和所述第一关联模型，得到所述分解炉出口的第一CO浓度值；
根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值，并根据所述分解炉出口的当前氮氧化物浓度值和所述目标氮氧化物浓度值，得到氮氧化物浓度比；
判断所述氮氧化物浓度比是否在第一预设范围内，得到第一判断结果，当所述第一判断结果为是时，则将所述第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值，当所述第一判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述第一CO浓度值之间的平均值确定为所述第一CO浓度值，并返回执行所述根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值的步骤，直至所述第一判断结果为是，将所述第一判断结果为是时所对应的第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值。
本实施例针对目前分级燃烧水泥分解炉高效燃烧与低氮排放二者之间矛盾的问题，为保障分解炉高效低氮稳定连续运行，提供了一种水泥分解炉的燃烧优化系统。基于目前先进的测量技术，深度挖掘水泥分解炉历史运行数据，针对实时燃烧状态，通过动态调整三次风风机频率以及三次风闸板开度，在提高入窑生料分解率的同时，也减少了氮氧化物排放量以及高温结皮现象的发生。
上述关于本实施例的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统200中的各参数和各个模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法，其特征在于，包括：
S1、获取水泥分解炉在当前运行工况下的入窑生料分解率，并根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值；所述入窑生料分解率的计算方法为：其中，MFCaO为CaO的质量分数；Mt为水泥分解炉内各组分总质量流率，/>为送入水泥分解炉的生料的质量流率，单位均为kg/s；
S2、根据所述目标CO浓度值和第三关联模型，确定所述分解炉出口的目标O2浓度值；
S3、根据所述目标O2浓度值和第四关联模型，得到所述水泥分解炉的总风量优化值；
S4、根据所述水泥分解炉的还原区CO浓度值、所述总风量优化值和第五关联模型，得到三次风配比；
S5、根据所述三次风配比调节所述水泥分解炉的风机频率和闸板开度，以使所述分解炉出口的当前CO浓度值与所述目标CO浓度值一致；
其中，当前运行工况下的第一关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况所属的基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率之间的关系曲线作为当前运行工况下的第一关联模型；第一关联模型为：其中Cco为分解炉出口CO浓度，γ由入窑生料分解率计算公式得到，各系数ai和bi根据历史数据拟合得到；
其中，当前运行工况下的第二关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况所属的基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值之间的关系曲线作为当前运行工况下的第二关联模型；第二关联模型为：其中Cco分解炉出口为CO浓度，各系数ci和di根据历史数据拟合得到；
其中，当前运行工况下的第三关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况所属的基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值之间的关系曲线作为当前运行工况下的第三关联模型；第三关联模型为：CO2＝-kCco+d，CO2为分解炉出口的O2浓度值，k和d根据历史数据拟合得到；
其中，当前运行工况下的第四关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况所属的基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值之间的关系曲线作为当前运行工况下的第四关联模型；第四关联模型为：其中CO2为O2浓度，Q为总风量，各系数ei和fi根据历史数据拟合得到；
其中，当前运行工况下的第五关联模型的构建过程为：采集水泥分解炉大量的历史运行数据，建立不同基本运行工况下的分解炉还原区CO浓度值与三次风配比之间的关系曲线，并通过判断当前运行工况所属的基本运行工况，得到并将对应的基本运行工况的分解炉还原区CO浓度值与三次风配比之间的关系曲线作为当前运行工况下的第五关联模型；第五关联模型为：其中，CCO为还原区CO浓度，Q为总风量，Q1为上三次风风量，Q2为下三次风风量，各方程Q1和Q2中的系数根据历史数据拟合得到。
2.根据权利要求1所述的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法，其特征在于，所述根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值，包括：
根据所述入窑生料分解率和所述第一关联模型，得到所述分解炉出口的第一CO浓度值；
根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值，并根据所述分解炉出口的当前氮氧化物浓度值和所述目标氮氧化物浓度值，得到氮氧化物浓度比；
判断所述氮氧化物浓度比是否在第一预设范围内，得到第一判断结果，当所述第一判断结果为是时，则将所述第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值，当所述第一判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述第一CO浓度值之间的平均值确定为所述第一CO浓度值，并返回执行所述根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值的步骤，直至所述第一判断结果为是，将所述第一判断结果为是时所对应的第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值。
3.根据权利要求2所述的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法，其特征在于，所述S2包括：
S21、根据所述目标CO浓度值和所述第三关联模型，得到所述分解炉出口的第一O2浓度值；
S22、判断所述第一O2浓度值是否在第二预设范围内，得到第二判断结果；
S23、当所述第二判断结果为是时，则将所述第一O2浓度值确定为所述目标O2浓度值，当所述第二判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述目标CO浓度值之间的平均值为所述目标CO浓度值，并返回执行步骤S21，直至所述第二判断结果为是时，将所述第二判断结果为是所对应的第一O2浓度值确定为所述目标O2浓度值。
4.根据权利要求2所述的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法，其特征在于，所述S4包括：
根据所述还原区CO浓度值和所述第五关联模型，对所述总风量优化值进行分配，以使所述还原区CO浓度值达到第三预设范围时，得到所述三次风配比。
5.根据权利要求1所述的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法，其特征在于，在所述S1之前，还包括：
获取所述当前运行工况对应的当前煤粉热值和当前生料三率值；水泥生料三率值的计算方法为： 其中，CaO表示生料中化学元素CaO含量的百分比；Al2O3表示生料中化学元素Al2O3含量的百分比；Fe2O3表示生料中化学元素Fe2O3含量的百分比；SiO2表示生料中化学元素SiO2含量的百分比；
判断所述当前煤粉热值和所述当前生料三率值是否在任一预设区间内，若是，则执行步骤S1；其中，每个预设区间对应一个煤粉热值区间和一个生料三率值区间。
6.根据权利要求2所述的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法，其特征在于，在步骤S5之后，还包括：
S6、判断所述当前氮氧化物浓度值是否在第四预设范围内，且所述入窑生料分解率是否在第五预设范围内，若均是，则完成对所述水泥分解炉的优化，否则，返回执行步骤S1。
7.一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统，采用如权利要求1所述的基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化方法，其特征在于，包括：处理器、分解炉出口CO浓度在线监测装置、还原区CO浓度在线监测装置和DCS系统；
所述DCS系统用于：获取并将水泥分解炉在当前运行工况下的入窑生料分解率发送至所述处理器；
所述处理器用于：根据所述入窑生料分解率、第一关联模型和第二关联模型，得到分解炉出口的目标CO浓度值；
所述处理器还用于：根据所述目标CO浓度值和第三关联模型，确定所述分解炉出口的目标O2浓度值；
所述处理器还用于：根据所述目标O2浓度值和第四关联模型，得到所述水泥分解炉的总风量优化值；
所述还原区CO浓度在线监测装置用于：采集并将所述水泥分解炉的还原区CO浓度值发送至所述处理器；
所述处理器还用于：根据所述还原区CO浓度值、所述总风量优化值和第五关联模型，得到并将三次风配比发送至所述DCS系统；
所述分解炉出口CO浓度在线监测装置用于：采集并将所述分解炉出口的当前CO浓度值发送至DCS系统；
所述DCS系统还用于：根据所述三次风配比调节所述水泥分解炉的风机频率和闸板开度，以使所述当前CO浓度值与所述目标CO浓度值一致。
8.根据权利要求7所述的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统，其特征在于，所述处理器还用于：构建分解炉出口CO浓度值与入窑生料分解率在所述当前运行工况下的所述第一关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口氮氧化物浓度值在所述当前运行工况下的所述第二关联模型、分解炉出口CO浓度值与分解炉出口O2浓度值在所述当前运行工况下的所述第三关联模型、分解炉出口O2浓度值与分解炉总风量值在所述当前运行工况下的所述第四关联模型、分解炉还原区CO浓度值与三次风配比在所述当前运行工况下的所述第五关联模型。
9.根据权利要求7所述的一种基于CO/O2的水泥分解炉燃烧优化系统，其特征在于，所述处理器具体用于：
根据所述入窑生料分解率和所述第一关联模型，得到所述分解炉出口的第一CO浓度值；
根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值，并根据所述分解炉出口的当前氮氧化物浓度值和所述目标氮氧化物浓度值，得到氮氧化物浓度比；
判断所述氮氧化物浓度比是否在第一预设范围内，得到第一判断结果，当所述第一判断结果为是时，则将所述第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值，当所述第一判断结果为否时，则将所述当前CO浓度值和所述第一CO浓度值之间的平均值确定为所述第一CO浓度值，并返回执行所述根据所述第一CO浓度值和所述第二关联模型，得到所述分解炉出口的目标氮氧化物浓度值的步骤，直至所述第一判断结果为是，将所述第一判断结果为是时所对应的第一CO浓度值确定为所述目标CO浓度值。
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| CN115164610A (zh) | 2022-10-11 |
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