具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統的製作方法

2023-05-13 13:37:41

專利名稱：具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種炭素焙燒爐控制系統，具體地說，是涉及一種具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統。
背景技術：
鋁用陽極(陰極)炭素焙燒爐控制系統通常由燃燒系統、排煙架系統以及冷卻系統組成。整個焙燒爐焙燒炭素製品的過程可分為預熱段、加熱段以及冷卻段，整個工作過程採取循環流動的方式進行工作，即一個爐室的炭素製品按工藝要求加工一定的時間後，系統中的設備要從一個爐室移動至另外一個爐室，對另一個爐室的炭素製品進行焙燒加工，如此反覆循環。目前國內炭素焙燒控制系統的預熱區域溫度控制均採用手動控制，由於炭素焙燒爐預熱區火道爐牆升溫所需的熱量主要來自兩方面一方面，由加熱區域燃料燃燒產生煙氣，然後依靠排煙架系統將其向前抽動產生負壓流動，從而為預熱區火道爐牆提供餘熱；另一方面，由預熱區的炭素製品向火道內排放可燃物，然後對其進行燃燒，從而為預熱區火道爐牆提供熱量。因此，一方面，若預熱區炭素製品中的可燃燒物進入火道而火道溫度卻未達到其燃點，可燃物就會被排煙架系統負壓抽給排煙淨化系統進行排放，由於可燃物中含有大量有害氣體，如二氧化硫氣體，因此，可燃物如果不能被燃盡的話排放到大氣中會對環境造成汙染；另一方面，若預熱區火道預先溫度過大，則有可能會使爐內的炭素焙燒製品的質量不能得到保證，這樣不僅浪費能源，加重了淨化煙氣的負荷，汙染環境，而且炭素焙燒製品的質量還不能得到很好的保證，這一缺陷一直以來都是困擾該行業的主要問題之一。因此，解決炭素焙燒爐預熱區溫度精確控制、可燃物未能燃盡以及保證炭素焙燒製品質量的問題，達到節能減排和提高資源利用率的目的，便成為該領域技術人員重點研究的內容。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統，主要解決現有的炭素焙燒爐控制系統由於對焙燒爐預熱區溫度控制不精確導致可燃物未能燃盡、從而造成資源浪費且汙染環境的問題。為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統，包括連接有燃燒系統、排煙架系統和冷卻系統的工作控制總站，還包括與工作控制總站相連的輔助燃燒控制系統。具體地說，所述輔助燃燒控制系統包括與工作控制總站相連的PLC控制櫃，均與該PLC控制櫃連接的控溫裝置和火檢裝置，以及同時與控溫裝置和火檢裝置連接的燃氣管路裝置。作為優選，所述控溫裝置為溫度調節器。[0011]作為優選，所述火檢裝置為火焰檢測控制器。為方便對通入燃氣管路裝置中的氣體壓力進行調節並進行燃燒，所述燃氣管路裝置包括均與控溫裝置和火檢裝置相連接、並依次設置有減壓閥和調節閥的進氣金屬管，以及與該進氣金屬管連接的燃氣燃燒器。與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果(I)本實用新型將傳統的炭素焙燒爐控制方式與加入的輔助燃燒控制系統進行無縫連接，使得炭素焙燒爐自動化控制系統預熱區溫度控制和節能減排上升到新的高度，尤其是預熱區溫度完全自動控制和可燃物利用率最大化的技術方案更是具有獨創性，它的誕生使得炭素焙燒爐預熱區溫度能夠被精確控制以及可燃物被完全燃燒避免汙染的目的得以實現，同時也能確保炭素焙燒製品的質量，本實用新型不僅填補了該領域技術的空白，而且相比現有技術來說，具有實質性的特點和顯著的進步，相當具有應用價值。(2)本實用新型中的輔助燃燒控制系統加入了由溫度調節器構成的控溫裝置和由·火焰檢測控制器構成的火檢裝置，實現了天然氣和可燃物混合燃燒時燃燒溫度和火焰大小的控制，使其與PLC控制櫃預設的溫度相符，此外，本實用新型還在燃氣管路裝置中設置了減壓閥和調節閥，可以對通入的天然氣進行壓力降壓和穩壓，使其符合燃燒的條件，控溫裝置、火檢裝置以及燃氣管路裝置的設置進一步提高了可燃物的利用率，從而避免了資源的浪費。(3)本實用新型的控制方式清晰合理、布局巧妙，依靠有效的操作方式實現了傳統炭素焙燒爐自動化控制系統加入輔助燃燒控制系統後的運轉，本實用新型具有流程簡潔、全程自動化控制的優點，徹底擺脫了以往需要手動控制預熱區溫度的方式，解決了行業內的一大難題，本實用新型在科技創新上具有重大的突破。(4)本實用新型使用方便且可操作性強，能夠很好地響應國家關於節能減排方面的號召，其擁有廣泛的應用前景，因此，本實用新型具有很高的實用價值和推廣價值。

圖I為本實用新型的系統框圖。圖2為輔助燃燒控制系統的系統框圖。圖3為燃氣管路裝置的結構示意圖。圖4為本實用新型-實施例的工作原理圖。圖5為預熱室溫度控制的流程框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限於下列實施例。
實施例如圖I所示，本實用新型包括工作控制總站、燃燒系統、輔助燃燒控制系統、排煙架系統以及冷卻系統。所有系統均通過工業乙太網總線與工作控制總站相連通，由工作控制總站對所有的系統進行協調控制，其中，燃燒系統用於點燃通入到焙燒爐加熱室中的燃料，使其對加熱室中的炭素製品進行焙燒；輔助燃燒控制系統用於通入天然氣與放置在焙燒爐預熱室中的炭素製品排放到火道的可燃物混合，並進行燃燒；排煙架系統用於控制燃燒煙氣的流向；而冷卻系統則用於控制冷卻空氣進入焙燒爐與焙燒後的炭素製品進行熱交換，從而對製品進行冷卻。具體地說，所述輔助燃燒控制系統包括與工作控制總站相連的PLC控制櫃，均與該PLC控制櫃連接的控溫裝置和火檢裝置，以及同時與控溫裝置和火檢裝置連接的燃氣管路裝置，如圖2所示。PLC控制櫃是整個輔助燃燒系統的核心，其通過工作控制總站發出的指令預設輔助燃燒系統燃燒的溫度值，並分別控制溫度調節器和火焰檢測控制器對預熱室火道中的燃燒情況(燃燒溫度、火焰大小)進行檢測調節。如圖3所示，燃氣管路裝置用於為預熱室提供輔助熱能，具體地說，其包括均與控溫裝置和火檢裝置相連接、並依次設置有減壓閥200和調節閥300的進氣金屬管100，以及與該進氣金屬管100連接的燃氣燃燒器400，其中，作為優選，所述的控溫裝置為溫度調節器500，而所述的火檢裝置則為火焰檢測控制器600，進氣金屬管的輸出端與焙燒爐的預熱室相連通，作用在於將天然氣輸入到預熱室中與炭素製品排放的可燃物混合，減壓閥用於對輸入的天然氣進行降壓，調節閥用於對降壓後的天然氣進行穩壓，而燃氣燃燒器則用於燃燒天然氣與炭素製品的混合物。通過上述設置,可以使加熱室燃燒煙氣的餘熱和輔助燃燒系統燃燒可燃物產生的熱量共同對預熱室進行預熱。下面對上述控制系統的控制過程進行詳細說明。在說明本實用新型的控制過程前，首先對本實用新型的工作原理進行介紹。本實用新型中的燃燒系統和排煙架系統、冷卻系統均與現有技術相同，其中，燃燒系統主要由三個燃燒架構成；排煙架系統主要由一個排煙架和一個測溫測壓架構成；冷卻系統則主要由一個鼓風架、一個零壓架以及一個冷卻架構成，並且為了配合輔助燃燒控制系統的使用，本實用新型還特別配置了一個輔助燃燒架。一般的焙燒爐均設有多個爐室，多個爐室構成一個環狀，為便於說明，本實用新型以18室陽極焙燒爐為例，並標明每個爐室的編號1、2、3......18。如圖4所示，以15號爐室為起始爐室，燃料從該15號爐室進入並通過三個燃燒架對該燃料進行加溫燃燒，這裡的15號爐室成為溫度最高的爐室，其完成對製品焙燒後，高溫廢煙氣並不立即排入煙道，而是在排煙架負壓抽力的作用下依次流經16、17、18、1、2號爐室，利用煙氣餘熱對放置在這些爐室中的炭素製品進行焙燒前的預熱，同時燃氣管路裝置在輔助燃燒架的作用下引入天然氣並對其依次進行減壓和穩壓後，通入到預熱室火道中與炭素製品排放的可燃物進行混合併燃燒，加熱室傳輸的煙氣餘熱與可燃物燃燒的煙氣餘熱共同對16、17、18、1、2號爐室進行預熱。在這一過程中，煙氣溫度逐漸降低，從2號爐室流出後，已無再利用的價值，在排煙架的負壓抽動下排出焙燒爐，於是從15號至2號爐室便構成了一個火焰系統，15號爐室為加熱室，16至2號爐室則為預熱室。7至14號爐室是焙燒完的製品通行冷卻的爐室，冷卻製品的空氣靠鼓風架強制鼓入。冷卻用空氣在流經7至14號爐室時，與進入冷卻溫度高達1000°C的炭素製品發生熱交換，既冷卻了炭素製品，又加熱了自身，然後進入15號爐室供燒料燃燒。3至6號爐室用於裝爐和產品成型出爐。爐子運行一定的間隔時間後，15號爐室的炭素製品焙燒結束，停止向其供熱，整個火焰系統沿燃燒方向向前移動一組爐室，因此，將燃燒架移至16號爐室，15號爐室進入冷卻階段，16號爐室則變成新的加熱室，17號至3號爐室則變為預熱室，8號至15號爐室為冷卻室，火焰系統按一定的作業周期這樣周而復始的循環。從上述原理不難看出，本實用新型的工作過程主要包含以下步驟(I)分別在焙燒爐的加熱室和預熱室中加入炭素製品，並在加熱室中通入燃料，在工作控制總站的控制下分別啟動燃燒系統和排煙架系統，該燃燒系統點燃燃料使其對加熱室中的炭素製品進行焙燒，且燃燒的煙氣在排煙架系統的控制下從加熱室流向焙燒爐的預熱室；(2)啟動輔助燃燒控制系統，在進氣金屬管中通入天然氣，並輸送到焙燒爐的預熱室火道與炭素製品排放的可燃物混合，利用燃氣燃燒器對該混合物進行點火燃燒，其燃燒的煙氣餘熱與加熱室排放的煙氣餘熱共同對預熱室進行預熱；(3)預熱後，排煙架系統將降溫後的煙氣排出焙燒爐外；(4)啟動冷卻系統，在焙燒爐鼓入冷卻空氣，使其對焙燒後的炭素製品進行冷卻。冷卻後焙燒爐進入預備作業，同時控制冷卻架降低爐室的火道和陽極溫度，最後將焙燒成型產品出爐。上述步驟中，步驟(I)中的燃料利用燃燒架來進行點燃，而燃燒後的煙氣則利用排煙架來進行流動。並且，具體地說，步驟(2)包括以下步驟(2a)在進氣金屬管中通入天然氣；(2b)利用減壓閥對天然氣進行降壓；(2c)降壓後，利用調節閥對天然氣進行穩壓，以使其符合燃燒的條件；(2d)穩壓後的天然氣進入預熱室火道與可燃物混合併由燃氣燃燒器進行點火燃
Jyti o如圖5所示，在上述步驟(2d)中，天然氣與可燃物混合燃燒的程度由PLC控制櫃控制，其包括以下步驟(a)溫度調節器檢測實時燃燒的溫度，並將檢測的結果反饋給PLC控制櫃；(b)PLC控制櫃將溫度調節器傳輸的結果與預先設定的燃燒溫度進行對比，根據二者的差值進行處理並將處理的結果分別傳輸至溫度調節器和火焰檢測控制器；(c)溫度調節器根據PLC控制櫃傳輸的結果對燃燒的實時溫度進行調節，同時火焰檢測控制器也根據該結果對實時燃燒的火焰大小進行檢測和調節，使其與PLC控制櫃預設的燃燒溫度相符。為了驗證本實用新型在實際應用中的使用效果，將本實用新型專門投入到現場進行了試驗，並與現有技術進行對比，對比後，並與現有技術進行對比，發現本實用新型相較於現有技術來說，在預熱區溫度控制精度上，本實用新型的溫度控制精度為±5°，現有技術的溫度控制精度為±15° ;本實用新型的可燃物利用率可達99%，現有技術的可燃物利用率僅為70% ;本實用新型的節能率為10%，而現有技術的節能率僅為3%，如下表所示
權利要求1.具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統，包括連接有燃燒系統、排煙架系統和冷卻系統的工作控制總站，其特徵在幹還包括與工作控制總站相連的輔助燃燒控制系統。
2.根據權利要求I所述的具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統，其特徵在於所述輔助燃燒控制系統包括與工作控制總站相連的PLC控制櫃，均與該PLC控制櫃連接的控溫裝置和火檢裝置，以及同時與控溫裝置和火檢裝置連接的燃氣管路裝置。
3.根據權利要求2所述的具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統，其特徵在於所述控溫裝置為溫度調節器。
4.根據權利要求3所述的具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統，其特徵在於所述火檢裝置為火焰檢測控制器。
5.根據權利要求2 4任一項所述的具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統，其特徵在於所述燃氣管路裝置包括均與控溫裝置和火檢裝置相連接、並依次設置有減壓閥和調節閥的進氣金屬管，以及與該進氣金屬管連接的燃氣燃燒器。
專利摘要本實用新型公開了一種具有輔助燃燒功能的炭素焙燒爐控制系統，解決現有的炭素焙燒爐控制系統由於對焙燒爐預熱區溫度控制不精確導致可燃物未能燃盡、從而造成資源浪費且汙染環境的問題。該控制系統，包括連接有燃燒系統、排煙架系統、冷卻系統和輔助燃燒控制系統的工作控制總站，該輔助燃燒控制系統包括與工作控制總站相連的PLC控制櫃，均與該PLC控制櫃連接的控溫裝置和火檢裝置，以及同時與控溫裝置和火檢裝置連接的燃氣管路裝置。本實用新型將傳統的炭素焙燒爐控制方式與加入的輔助燃燒控制系統進行無縫連接，並進行操控，從而達到了炭素焙燒爐預熱區溫度的精確控制和可燃物被完全燃燒避免汙染的目的，因此，本實用新型適於推廣使用。
文檔編號F27D19/00GK202770245SQ201220491869
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者郭力 申請人:四川華索自動化信息工程有限公司