陶瓷窑炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112539661A(43)申请公布日2021.03.23(21)申请号202011541625.0(22)申请日2020.12.23(71)申请人北京凯德恒源科技发展有限公司地址100102北京市延庆区中关村延庆园风谷四路8号院27号楼1956(72)发明人高劼高毅夫(51)Int.Cl.F27D19/00(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图2页(54)发明名称陶瓷窑炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法(57)摘要本发明陶瓷窑炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法属于陶瓷窑炉控制技术，研发了陶瓷窑炉外部空气进入量计算数学模型和空气过剩系数计算数学模型，通过烟气分析检测的氩含量来计算外部空气的进入量，然后根据外部空气进入量设定值与外部空气进入量计算值之差，对窑头排风机入口阀开度进行调节，使外部空气进入量始终控制在设定值范围内；根据烟气分析检测的氧含量和一氧化碳含量对空气流量和燃气流量进行调节，来控制炉空气过剩系数，使空气过剩系数始终控制在设定值范围内；获得了提高燃烧效率、减少生成烟气总量、提高引风机节能量、减少NOx和VOC污染排放量、实现全自动控制、减轻操作者劳动强度，提高生产作业率的多重节能减排效果。CN112539661ACN112539661A权利要求书1/5页1.一种陶瓷窑炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法，其特征在于根据陶瓷窑炉运行工况特点及烟气管网的物理特性，创新性地确立了陶瓷窑炉非对称系统理论，研发了陶瓷窑炉外部空气进入量计算数学模型和空气过剩系数计算数学模型，研发了基于陶瓷窑炉非对称系统理论的陶瓷窑炉外部空气进入量及空气过剩系数的动态自动控制方法，通过烟气分析检测的氩含量来计算陶瓷窑炉外部空气的进入量，然后根据外部空气进入量设定值与外部空气进入量计算值之差，对窑头排风机入口阀开度进行调节，构成了外部空气进入量闭环动态调节系统，使外部空气进入量始终控制在设定值范围内；根据烟气分析检测的氧含量和一氧化碳含量对空气流量和燃气流量进行调节，来控制陶瓷窑炉空气过剩系数，构成了空气过剩系数闭环动态调节系统，使空气过剩系数始终控制在设定值范围内；式(1)为陶瓷窑炉外部空气进入量计算数学模型；Qair＝(Qw1×Arw1+Qw2×Arw2－(Qi1+Qi2+Qi3)×Arb)×22.4×100/0.934(1)式中：3Qi1：助燃空气的空气流量，m/s；3Qi2：急冷风机的空气流量，m/s；3Qi3：直冷的空气流量，m/s；Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；3Qw1：窑头主烟道烟气流量，m/s；Arw1：窑头主烟道烟气中氩摩尔分数，mol％；3Qw2：抽热风烟道烟气流量，m/s；Arw2：抽热风烟道烟气中氩摩尔分数，mol％；3Qair：陶瓷窑炉外部进入空气量，m/s；式(2)为陶瓷窑炉外部空气进入量中的氧量计算数学模型；O2e＝(Qw1×Arw1+Qw2×Arw2－(Qi1+Qi2+Qi3)×Arb)×20.95/0.934(2)式中：3Qi1：助燃空气的空气流量，m/s；3Qi2：急冷风机的空气流量，m/s；3Qi3：直冷的空气流量，m/s；Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；3Qw1：窑头主烟道烟气流量，m/s；Arw1：窑头主烟道烟气中氩摩尔分数，mol％；3Qw2：抽热风烟道烟气流量，m/s；Arw2：抽热风烟道烟气中氩摩尔分数，mol％；O2e：陶瓷窑炉外部进入氧量，mol；空气过剩系数中的氧含量实际值由式(3)空气过剩系数中的氧含量计算数学模型进行计算；O2a＝(Qw1×O21+Qw2×O22－kO2e)/(Qw1+Qw2)(3)式中：O2a：空气过剩系数中的氧含量实际值，％；3Qw1：窑头主烟道烟气流量，m/s；2CN112539661A权利要求书2/5页3Qw2：抽热风烟道烟气流量，m/s；O21：窑头主烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；O22：抽热风烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；O2e：陶瓷窑炉外部进入的氧量，mol；k：占比系数，0～1；空气过剩系数实际值由式(5)空气过剩系数计算数学模型进行计算：α＝20.95/(20.95‑(Qw1×O21+Qw2×O22－kO2e)/(Qw1+Qw2))(5)式中：3Qw1：窑头主烟道烟气流量，m/s；3Qw2：抽热风烟道烟气流量，m/s；O21：窑头主烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；O22：抽热风烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；O2e：陶瓷窑炉外部进入的氧量，mol；k：占比系数，0～1；α：空气过剩系数，＞0。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法的技术方案是通过图1实现的，图1中陶瓷窑炉控制系统HMI操作站(1)是陶瓷窑炉及其烟气管网非对称特性动态控制