CN204806436U - 水泥富氧优化燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水泥富氧优化燃烧系统，由制氧机产生的富氧空气连接到1#压力储罐，经管道及引风机连接到2#压力储罐，再分别由管道连接到窑头供氧执行机构、分解炉供氧执行机构。窑头供氧执行机构的出口通过1#罗茨风机和直流风管道、2#罗茨风机和旋流风管道、3#罗茨风机和中心风管道分别连接到燃烧器多通道管道上。分解炉供氧执行机构通过4#罗茨风机连接到分解炉中，为分解炉助燃。本实用新型在富氧环境下全局优化控制与管理系统的主控下，通过窑头燃烧控制模型和分解炉燃烧控制模型的优化控制，优化燃烧过程，合理运用原料，提高能量利用率，节省燃料，有效地减少氮氧化物、烟尘和硫氧化物的排放，降低成本同时提高了水泥的质量。

Description

水泥富氧优化燃烧系统

技术领域

本实用新型是一种工业上应用的优化燃烧系统，特别是一种水泥富氧优化燃烧系统。

背景技术

目前新型干法水泥的生产由于诸多原因，与国外先进水平相比，普遍存在着能耗大、有害气体排放量大、燃料燃烧不充分合理等现象，造成了分解炉和回转窑中的煤产生不完全燃烧、分解炉和回转窑配合不好的现象，大量的可燃物质和废气及氮氧化物变成烟尘排掉，不仅使燃煤大量的浪费，又造成了大气的严重污染。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本实用新型提供一种水泥富氧优化燃烧系统，使燃煤充分合理的燃烧，并且降低了有害物质的生成和排放。

本实用新型的技术方案为：

水泥富氧优化燃烧系统，主要由制氧机、富氧空气1#压力储罐、富氧空气2#压力储罐、引风机、窑头供氧执行机构、分解炉供氧执行机构、窑头火焰监测系统、1#罗茨风机、2#罗茨风机、3#罗茨风机、4#罗茨风机、窑头燃烧器和主控系统组成；制氧机为产生富氧气的气源，制氧机与1#压力储罐的入口通过富氧空气管道连接；1#压力储罐的出口与引风机相连接、并将富氧空气引入2#压力储罐中；2#压力储罐的出口通过富氧空气管道分别连接到窑头供氧执行机构和分解炉供氧执行机构；窑头供氧执行机构分别通过管道连接到1#罗茨风机、2#罗茨风机和3#罗茨风机；1#罗茨风机与直流风富氧管道相连接，向回转窑输送直流风；2#罗茨风机与旋流风富氧管道相连接，向回转窑输送旋流风；3#罗茨风机与中心风富氧管道相连接，向回转窑输送中心风；直流风富氧管道、旋流风富氧管道和中心风富氧管道分别接入到回转窑的窑头燃烧器；分解炉供氧执行机构连接到4#罗茨风机，4#罗茨风机与分解炉富氧管道相连接，并接入到分解炉。

主控系统包括富氧环境下全局优化控制与管理系统、窑头燃烧控制模型、分解炉燃烧控制模型和回转窑DCS系统；富氧环境下全局优化控制与管理系统通过以太网分别与窑头火焰监测系统、窑头燃烧控制模型、窑头供氧执行机构、分解炉燃烧控制模型、分解炉供氧执行机构和回转窑DCS系统连接。

在窑头供氧执行机构和1#罗茨风机、2#罗茨风机、3#罗茨风机之间的管道上分别设有直流风富氧空气阀门和直流风普通空气阀门，旋流风富氧空气阀门和旋流风普通空气阀门，中心风富氧空气阀门和中心风普通空气阀门。

分解炉供氧执行机构主要由分解炉富氧空气阀门、分解炉普通空气阀门、分解炉燃烧控制模型组成，分解炉供氧执行机构通过分解炉富氧空气阀门和分解炉普通空气阀门连接到4#罗茨风机，由分解炉燃烧控制模型分别控制分解炉富氧空气阀门和分解炉普通空气阀门的开度。

在直流风富氧管道的中间设有直流风富氧浓度传感器，在旋流风管道的中间设有旋流风富氧浓度传感器，在中心风管道的中间设有中心风富氧浓度传感器；在分解炉富氧管道中间设有分解炉富氧浓度传感器。

直流风富氧浓度传感器、中心风富氧浓度传感器、旋流风富氧浓度传感器和分解炉富氧浓度传感器分别连接到回转窑DCS系统中。

使用水泥富氧优化燃烧系统与原有的系统相比有以下优点：

水泥富氧优化燃烧系统是从煅烧工艺全局控制角度出发，综合原料、燃料、富氧、设备等资源统筹考虑，优化运行参数，提高了能源利用率，废气中有害污染物质大量减少，在保持熟料、水泥质量的前提下，可达到节省燃料、同时又减少大气污染的双重效果：

1、充分合理燃烧降低标煤耗：窑头3个通道、分解炉1个通道的富氧能达到不同的浓度、不同的喷射速度，使燃煤充分燃烧，火焰温度、辐射强度大幅提升，从而使热能的利用率大幅提高，降低了标煤耗。

2、降低水泥生产成本：水泥富氧优化燃烧系统可以大量使用劣质煤，节省燃料，调节各通道的氧气浓度可以加大使用劣质煤的比例，同时还可以煅烧工业垃圾和工业废料，可大幅降低水泥生产成本，同时提高熟料和水泥的质量。

3、减少氮化物NOx的排放：由于增加了氧气、减少了氮气的输入量，可以减少烟尘、氮氧化物和硫氧化物的排放，从而减少大气污染，是减少污染和有害物质排放的最好的途径之一。

4、整体合理运用原料、燃料、富氧资源，结构简单安全可靠，使回转窑、分解炉的燃烧运行稳定合理，提高能源的利用率。本实用新型结构简单，占地面积小，噪音小，无二次污染，使用维修方便安全。

5、具有完善的控制系统：富氧环境下全局优化控制与管理系统可根据不同原、燃料进行优化控制，针对回转窑的原料、燃料、设备运行的实际情况，计算优化控制参数，其中富氧系统中装有氧气浓度传感器，调整各通道的富氧空气的最佳比例，能发挥出回转窑的最佳运行水平。

附图说明

图1是本实用新型的组成示意图。

图中标记：

1.制氧机；2.富氧空气1#压力储罐；3.富氧空气2#压力储罐；4.引风机；5.窑头供氧执行机构；6.分解炉供氧执行机构；7.窑头火焰监测系统；8.1#罗茨风机；9.2#罗茨风机旋流风；10.3#罗茨风机中心风；11.直流风富氧管道；12.旋流风富氧管道；13.中心风富氧管道；14.4#罗茨风机分解炉；15.分解炉富氧管道；16.富氧空气管道；17.窑头燃烧器；18.富氧环境下全局优化控制与管理系统；19.窑头燃烧控制模型；20.分解炉燃烧控制模型；21.回转窑DCS系统；22.直流风富氧浓度传感器；23.中心风富氧浓度传感器；24.旋流风富氧浓度传感器；25分解炉富氧浓度传感器；26.直流风富氧空气阀门；27.直流风普通空气阀门；28.旋流风富氧空气阀门；29.旋流风普通空气阀门；30.中心风富氧空气阀门；31.中心风普通空气阀门；32.分解炉富氧空气阀门；33.分解炉普通空气阀门。

具体实施方式

本实用新型的目的是利用富氧燃烧技术，发明了一种新的在水泥生产中应用的水泥富氧优化燃烧系统。

本实用新型应用于新型干法水泥生产的回转窑中的熟料煅烧工艺阶段中，其特点是在回转窑和分解炉的适当位置，用适当的方法加入富氧空气，并运用富氧环境下的全局优化控制与管理系统，为回转窑和分解炉建立优化燃烧模型，使回转窑和分解炉协调配合，达到熟料水泥煅烧工艺要求的同时，使燃煤充分合理的燃烧，从而提高热效率，大幅节约了燃煤，降低了水泥生产的成本，并且极大地减少了排烟热损失，降低了有害物质氮氧化物的生成和排放。

本实用新型的结构参照图1：水泥富氧优化燃烧系统，主要由制氧机1、富氧空气1#压力储罐2、富氧空气2#压力储罐3、引风机4、窑头供氧执行机构5、分解炉供氧执行机构6、窑头火焰监测系统7、1#罗茨风机8、2#罗茨风机9、3#罗茨风机10、4#罗茨风机14、窑头燃烧器17和主控系统组成。制氧机1为产生富氧气的气源，制氧机1与1#压力储罐2的入口通过富氧空气管道16连接；1#压力储罐2的出口与引风机4相连接、并将富氧空气引入2#压力储罐3中。2#压力储罐3的出口通过富氧空气管道16分别连接到窑头供氧执行机构5和分解炉供氧执行机构6；窑头供氧执行机构5通过三个富氧空气阀门和三个普通空气阀门分别连接到1#罗茨风机8、2#罗茨风机9和3#罗茨风机10。1#罗茨风机8与直流风富氧管道11相连接，向回转窑输送直流风。2#罗茨风机9与旋流风富氧管道12相连接，向回转窑输送旋流风。3#罗茨风机10与中心风富氧管道13相连接，向回转窑输送中心风。直流风富氧管道11、旋流风富氧管道12和中心风富氧管道13分别接入到回转窑的窑头燃烧器17。分解炉供氧执行机构6通过一个分解炉富氧空气阀门32和一个分解炉普通空气阀门33连接到4#罗茨风机14，4#罗茨风机14与分解炉富氧管道15相连接，并接入到分解炉。

主控系统包括富氧环境下全局优化控制与管理系统18、窑头燃烧控制模型19、窑头供氧执行机构5、窑头火焰监测系统7、分解炉燃烧控制模型20、分解炉供氧执行机构6和回转窑DCS系统21；富氧环境下全局优化控制与管理系统18通过以太网分别与窑头火焰监测系统7、窑头燃烧控制模型19、分解炉燃烧控制模型20和回转窑DCS系统21连接，统一协调各控制参数和发出控制指令，控制回转的全局优化运行。

为控制各通道中气体的氧气浓度和射速，在窑头供氧执行机构5和1#罗茨风机8、2#罗茨风机9、3#罗茨风机10之间的管道上分别设有直流风富氧空气阀门26和直流风普通空气阀门27、旋流风富氧空气阀门28和旋流风普通空气阀门29、中心风富氧空气阀门30和中心风普通空气阀门31。为监控各进风气体的氧气浓度，在直流风富氧管道11的中间设有直流风富氧浓度传感器22；在旋流风管道12的中间设有旋流风富氧浓度传感器24；在中心风管道13的中间设有中心风富氧浓度传感器23；在分解炉富氧管道15中间设有分解炉富氧浓度传感器25。

本实用新型可远程采集4个传感器数据，即直流风富氧浓度传感器22、旋流风富氧浓度传感器24、中心风富氧浓度传感器23和分解炉富氧浓度传感器25的数据。

窑头火焰监测系统7非接触性的采集红外采集窑头燃烧器17的火焰温度等参数，通过以太网线路连接到富氧环境下全局优化控制与管理系统18。

所述的富氧环境下全局优化控制与管理系统18主要采集回转窑DCS系统21的以下参数：废气中的O2、Nox、CO、预热器、分解炉、回转窑、蓖冷机各部分的温度、生料在线检测设备数据、窑头和分解炉的喂煤量、喂料量等参数。

富氧浓度传感器22、旋流风富氧浓度传感器24、中心风富氧浓度传感器23和分解炉富氧浓度传感器25分别连接到回转窑DCS系统21中。

根据采集的数据，本实用新型可远程控制8个阀门，即直流风富氧空气阀门26、直流风普通空气阀门27、旋流风富氧空气阀门28、旋流风普通空气阀门29、中心风富氧空气阀门30、中心风普通空气阀门31、分解炉富氧空气阀门32、分解炉普通空气阀门33。由窑头燃烧控制模型19分别控制直流风富氧空气阀门26和直流风普通空气阀门27、旋流风富氧空气阀门28和旋流风普通空气阀门29、中心风富氧空气阀门30和中心风普通空气阀门31的开度。2#压力储罐3通过密闭管道与分解炉富氧空气阀门32和分解炉普通空气阀门33相连接，由分解炉燃烧控制模型20分别控制分解炉富氧空气阀门32和分解炉普通空气阀门33的开度。

本实用新型的工作原理及工作过程是：

由制氧机生产的浓度为50％-80％富氧空气，通过管道输送到制氧机附近的1#压力储罐中，再通过引风机输送到距离回转窑和分解炉较近的2#压力储罐中，2#压力储罐有两个输出口，一个连接到窑头供氧执行机构，另一个连接到分解炉供氧执行机构。窑头供氧执行机构的氧气出口分成三路，分别进入1#罗茨风机及直流风通道、2#罗茨风机及旋流风通道、3#罗茨风机及中心风通道，窑头供氧执行机构的氧气可以通过富氧空气阀门和普通空气阀门调整浓度，1#-3#罗茨风机可以调整富氧空气的射速，富氧空气分别以不同的浓度和射速进入窑头燃烧器，形成有力的火焰形状助燃；分解炉供氧执行机构的氧气出口连接到4#罗茨风机及分解炉通道，分解炉供氧执行机构的氧气可以通过富氧空气阀门和普通空气阀门调整浓度，4#罗茨风机可以调整富氧空气的射速，富氧空气以不同的浓度和射速进入分解炉的合适位置与分解炉的型号有关。

在窑头供氧执行机构中装有直流风富氧空气阀门和直流风普通空气阀门、旋流风富氧空气阀门和旋流风普通空气阀门、中心风富氧空气阀门和中心风普通空气阀门；在直流风管道的末端进入燃烧器多通道管道的中间，设有直流风富氧浓度传感器；在旋流风管道的末端进入燃烧器多通道管道的中间，设有旋流风富氧浓度传感器；在中心风管道的末端进入燃烧器多通道管道的中间，设有中心风富氧浓度传感器。变压吸附法制氧机为产生富氧气的气源。

富氧环境下全局优化控制与管理系统由窑头燃烧控制模型、分解炉燃烧控制模型、窑头供氧执行机构、分解炉供氧执行机构及计算机硬件、软件组成，结合窑头火焰监测系统和回转窑DCS系统完成全局优化控制；通过回转窑DCS系统完成本系统数据的采集，并完成数据分类、处理和分析，产生产量、质量、能耗、指标方面的生产报表。工作原理是：系统实时采集窑头火焰监测系统和回转窑DCS系统数据，根据当前原料、燃料的情况和工艺要求，分析回转窑和分解炉的主要温度参数，并根据窑头燃烧控制模型、分解炉燃烧控制模型计算控制参数，分别向窑头供氧执行机构、分解炉供氧执行机构发出控制指令，既调整不同通道的富氧浓度和射速，优化全局的燃烧效率。

窑头燃烧控制模型和分解炉燃烧控制模型是由水泥生产控制专家系统提供的，模型对回转窑的温度、压力、能耗等参数进行分析，按照生产效率最大化原则计算出当前各设备的最优控制参数。

窑头火焰监测系统自动提取电视图像中携带的火焰辐射信息，量化火焰温度分布，计算火焰辐射能信号，监视燃烧器工作状态，可量化判断烧成带的温度场，它还可以提供火焰温度变化趋势、火焰长度直径变化趋势的历史曲线，分析火焰温度、火焰刚性与风煤配比的关系等信息。

水泥企业安装有回转窑DCS系统集散控制系统，按照“分散控制、分散操作、集中调度管理”的原则，系统具有实时采集生产数据、在线工艺状态显示及历史参数曲线记录等功能。

本实用新型中的4个富氧浓度传感器接入回转窑DCS系统反馈数据，8个进气阀、4个罗茨风机可以独立控制，也可以连接到DCS系统，由中控来统一控制。

Claims (6)

1.水泥富氧优化燃烧系统，其特征在于：主要由制氧机、富氧空气1#压力储罐、富氧空气2#压力储罐、引风机、窑头供氧执行机构、分解炉供氧执行机构、窑头火焰监测系统、1#罗茨风机、2#罗茨风机、3#罗茨风机、4#罗茨风机、窑头燃烧器和主控系统组成；制氧机为产生富氧气的气源，制氧机与1#压力储罐的入口通过富氧空气管道连接；1#压力储罐的出口与引风机相连接、并将富氧空气引入2#压力储罐中；2#压力储罐的出口通过富氧空气管道分别连接到窑头供氧执行机构和分解炉供氧执行机构；窑头供氧执行机构分别通过管道连接到1#罗茨风机、2#罗茨风机和3#罗茨风机；1#罗茨风机与直流风富氧管道相连接，向回转窑输送直流风；2#罗茨风机与旋流风富氧管道相连接，向回转窑输送旋流风；3#罗茨风机与中心风富氧管道相连接，向回转窑输送中心风；直流风富氧管道、旋流风富氧管道和中心风富氧管道分别接入到回转窑的窑头燃烧器；分解炉供氧执行机构连接到4#罗茨风机，4#罗茨风机与分解炉富氧管道相连接，并接入到分解炉。

2.根据权利要求1所述的水泥富氧优化燃烧系统，其特征在于：主控系统包括富氧环境下全局优化控制与管理系统、窑头燃烧控制模型、分解炉燃烧控制模型和回转窑DCS系统；富氧环境下全局优化控制与管理系统通过以太网分别与窑头火焰监测系统、窑头燃烧控制模型、窑头供氧执行机构、分解炉燃烧控制模型、分解炉供氧执行机构和回转窑DCS系统连接。

3.根据权利要求1所述的水泥富氧优化燃烧系统，其特征在于：在窑头供氧执行机构和1#罗茨风机、2#罗茨风机、3#罗茨风机之间的管道上分别设有直流风富氧空气阀门和直流风普通空气阀门，旋流风富氧空气阀门和旋流风普通空气阀门，中心风富氧空气阀门和中心风普通空气阀门。

4.根据权利要求1所述的水泥富氧优化燃烧系统，其特征在于：分解炉供氧执行机构主要由分解炉富氧空气阀门、分解炉普通空气阀门、分解炉燃烧控制模型组成，分解炉供氧执行机构通过分解炉富氧空气阀门和分解炉普通空气阀门连接到4#罗茨风机，由分解炉燃烧控制模型分别控制分解炉富氧空气阀门和分解炉普通空气阀门的开度。

5.根据权利要求1所述的水泥富氧优化燃烧系统，其特征在于：在直流风富氧管道的中间设有直流风富氧浓度传感器，在旋流风管道的中间设有旋流风富氧浓度传感器，在中心风管道的中间设有中心风富氧浓度传感器；在分解炉富氧管道中间设有分解炉富氧浓度传感器。

6.根据权利要求5所述的水泥富氧优化燃烧系统，其特征在于：直流风富氧浓度传感器、中心风富氧浓度传感器、旋流风富氧浓度传感器和分解炉富氧浓度传感器分别连接到回转窑DCS系统中。