本发明涉及石灰窑炉技术领域，公开了一种用于石灰窑炉的定量供热方法。
背景技术
目前，国内外用来焙烧石灰的竖窑有瑞士的双膛竖窑、德国的套筒窑、意大利的油冷梁式窑等，国内制造的竖窑有高压周边烧嘴气烧竖窑及中心烧嘴气烧竖窑等。
双膛竖窑窑体复杂，烧嘴设置太多、且亦烧坏，设备多，投资大，电耗高；套筒式竖窑窑体和操作非常复杂，投资大，电耗高；油冷梁式竖窑烧嘴设置多，梁易烧坏，梁造价高，产品热耗较高；周边烧嘴气烧竖窑窑体简单，操作方便，造价低，但其热耗高，窑内断面温度不均匀，中心烧嘴气烧竖窑解决了物料断面温度不均问题，使得国内气烧竖窑断面温度更加均匀。
由于高炉煤气热值(各炉煤气热值相差较大)及管网压力波动较大，石灰窑区也没有必要的热值检测技术和手段，司炉操作中只能够根据出窑石灰的质量状况来调节入窑煤气量及其所需要的空气量，滞后时间长达32小时以上。
高炉煤气热值和流量的不正常波动,使气烧窑供热量与煅烧石灰所需要的热量很不协调。当供热量低时，不及时减少装料量就会造成出窑石灰生烧过多；当供热量高时,不及时增加装料量而使窑内煅烧带环形高温区温度进一步升高至1200℃以上，就会造成结瘤、棚料、偏烧等一系列工艺事故发生。不管是供热低或高时，首先影响的是产品质量；当供热高时，不但影响产品质量，还会造成能源的浪费。
技术实现要素：
为了解决以上问题，本发明实施例提供一种定量供热方法，通过对煤气和助燃空气的自动调节来减少产品质量问题并减少能源的浪费。本发明实施例提供一种定量供热方法，包括：
设置wobbe仪于焙烧厂煤气加压站出口高压煤气总管上，通过所述wobbe仪检测石灰窑高压煤气总管煤气热值；
设置奥氏仪于烟气出口管道上，通过所述奥氏仪检测烟气成分；
设置煤气调节阀于各窑煤气入口管道上，用于调节各窑的煤气流量；
设置助燃调节阀于各窑助燃空气入口管道上，用于调节各窑的助燃空气流量；
西门子pcs7系统获取wobbe仪的检测数据和奥氏仪的检测数据，并根据wobbe仪的检测数据、奥氏仪的检测数据调整煤气调节阀和助燃调节阀，包括：
西门子pcs7系统根据所需理论热流值和wobbe仪检测的煤气热值，得到煤气设定流量，根据煤气设定流量和由采集数据得到的煤气实际流量，调节煤气调节阀；根据由采集数据得到的助燃空气实际流量和奥氏仪的检测结果校正助燃空气设定流量，根据校正过的助燃空气设定流量调节助燃调节阀。
优选的，所述根据所需理论热流值和wobbe仪检测的煤气热值，得到出煤气设定流量，根据煤气设定流量和由采集数据得到的煤气实际流量，调节煤气调节阀，具体为：
根据石灰石加料量得到石灰出料量；
根据石灰出料量和单位石灰热耗，得到所需理论热流值；
根据所需理论热流值和wobbe仪检测的煤气热值，得到煤气设定流量；
根据煤气设定流量和由采集数据得到的煤气实际流量，调节煤气调节阀使煤气实际流量达到煤气设定流量，其中，由采集数据得到的煤气实际流量由设置于煤气入口管道的流量计、温度计和压力计所采集到的数据通过处理得到。
优选的，所述根据由采集数据得到的助燃空气实际流量和奥氏仪的检测结果校正助燃空气设定流量，根据校正过的助燃空气设定流量调节助燃调节阀，具体为：
设定助燃空气流量，所述助燃空气流量为通过人工设置空燃比方式得到，或根据煤气产生的热值得到；
获取由采集数据得到的助燃空气实际流量，所述由采集数据得到的助燃空气实际流量为通过设置于助燃空气入口管道的流量计、温度计和压力计所采集到的数据通过处理得到；
当由采集数据得到的助燃空气实际流量与助燃空气设定流量的差值小于第一阈值时，通过奥氏仪获取烟气成分的检测结果；当检测到的烟气成分中的煤气含量超过第二阈值时，增大助燃空气设定流量；当检测到的烟气成分中的氧气含量超过第三阈值时，减小助燃空气设定流量；
根据增大或减小过的助燃空气设定流量调节助燃调节阀调节助燃空气实际流量使其达到增大或减小过的助燃空气设定流量。
优选的，
所述由采集数据得到的煤气实际流量由设置于煤气入口管道的流量计、温度计和压力计所采集到的数据通过处理得到，具体为，根据第一公式计算由采集数据得到的煤气实际流量，
所述第一公式为：
其中，flow_n为由采集数据得到的煤气实际流量，单位为nm3/h；p0为标准大气压，值为101.325kpa；p1为煤气入口管道的压力计测得的煤气表压，单位为kpa；t1为煤气入口管道的温度计测得的煤气温度，单位为℃；flow为煤气入口管道的流量计测得的煤气流量，单位为m3/h；
所述由采集数据得到的助燃空气实际流量为通过设置于助燃空气入口管道的流量计、温度计和压力计所采集到的数据通过处理得到，具体为，根据第一公式计算由采集数据得到的助燃空气的实际流量，当使用第一公式计算由采集数据得到的助燃空气的实际流量时，flow_n为由采集数据得到的助燃空气实际流量，单位为nm3/h；p0为标准大气压，值为101.325kpa；p1为助燃空气入口管道的压力计测得的助燃空气表压，单位为kpa；t1为助燃空气入口管道的温度计测得的助燃空气温度，单位为℃；flow为助燃空气入口管道的流量计测得的助燃空气流量，单位为m3/h。
优选的，所述方法还包括：
分别对每个测量仪器单独设定数值范围，所述测量仪器包括：设置于助燃空气入口管道的流量计、温度计、压力计；设置于煤气入口管道的流量计、温度计、压力计；以及wobbe仪；
当某一测量仪器测得的数值超过为其设定的数值范围时，西门子pcs7系统启动警报设备；
当wobbe仪测得的数值超过为其设定的数值范围时，检测wobbe仪上一时间点所检测的煤气热值是否超过为其设定的数值范围，当wobbe仪上一时间点所检测的煤气热值处于为其设定的数值范围内时，西门子pcs7系统根据所需理论热流值和wobbe仪上一时间点所检测的煤气热值，得到煤气设定流量；所述上一时间点为预设的wobbe仪上一检测时间。
优选的，
调节煤气调节阀使煤气实际流量达到煤气设定流量以及调节助燃调节阀调节助燃空气实际流量，包括：
根据煤气实际流量和助燃空气实际流量的值对煤气调节阀和助燃调节阀进行双交叉限幅pid控制以调节煤气实际流量达到煤气设定流量以及调节助燃空气实际流量使其达到增大或减小过的助燃空气设定流量。
优选的，所述双交叉限幅pid控制，具体为：
煤气设定流量作为煤气调节pid调节器的给定值；
助燃空气设定流量作为空气调节pid调节器的给定值；
由采集数据得到的煤气实际流量直接送入煤气调节pid调节器中，作为煤气实际流量的反馈值；所述由采集数据得到的煤气实际流量还通过第一增量单元，以及第一高值选择单元和第一低值选择单元后送入用于助燃空气调节的空气调节pid调节器；
由采集数据得到的助燃空气实际流量直接送入空气调节pid调节器中，作为助燃空气实际流量的反馈值；所述采集数据得到的助燃空气实际流量还通过第二增量单元，以及第二高值选择单元和第二低值选择单元后送入用于煤气流量调节的煤气调节pid调节器中，实现煤气流量与空气调节回路的交叉；
所述第一增量单元和第二增量单元使阀门开度每一次的变化量限制在预设增量范围内。
优选的，
所述双交叉限幅pid控制，还包括：
所述双交叉限幅pid控制的控制参数为通过案例推理的方法进行调整，具体为：
获取当前测量仪器的测量结果作为当前工况，所述测量仪器包括：设置于助燃空气入口管道的流量计、温度计、压力计；设置于煤气入口管道的流量计、温度计、压力计；wobbe仪；以及奥氏仪；
在数据库中选择工况参数与当前工况的相似度大于第四阈值且解评分大于第五阈值的每一条记录；
将所述每一条记录的解参数按照所述工况参数与当前工况的相似度和所述解评分进行加权平均后，得到当前的双交叉限幅pid控制的控制参数；
其中数据库中的数据，由以下方法得到：
在双交叉限幅pid控制的控制参数保持不变的预设时间内：
将测量仪器的测量结果设为工况参数；
将双交叉限幅pid控制的控制参数设为解参数；
对石灰按其产品质量、石灰窑的平均热耗和出灰产量设定解评分；
将所述工况参数、解参数和与工况参数和解参数对应的解评分作为一条记录写入数据库中。
优选的，
所述相似度为分别对测量结果加上权重后，按预设顺序所组成的工况矢量的相似度。
优选的，
所述相似度为由公式
通过这种相似度的选择可以避开有一项工况有较大不同而其他工况几乎完全相同导致误判为相似工况的情况。
本发明的一些有益效果可以包括：
本发明提供的方法，通过监测煤气和助燃空气的实际流量以及产生的烟气的成分，来对煤气和助燃空气进行自动调节，从而减少产品质量问题并减少能源的浪费。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种定量供热方法的流程图；
图2为本发明实施例中双交叉限幅pid调节流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种定量供热方法，如图1所示，为本发明实施例中一种定量供热方法的流程图，包括步骤：
步骤s101、设置wobbe仪于焙烧厂煤气加压站出口高压煤气总管上，通过所述wobbe仪检测石灰窑高压煤气总管煤气热值；
步骤s102、设置奥氏仪于烟气出口管道上，通过所述奥氏仪检测烟气成分；
步骤s103、设置煤气调节阀于各窑煤气入口管道上，用于调节各窑的煤气流量；
步骤s104、设置助燃调节阀于各窑助燃空气入口管道上，用于调节各窑的助燃空气流量；
步骤s105、西门子pcs7系统根据所需理论热流值和wobbe仪检测的煤气热值，得到煤气设定流量，根据煤气设定流量和由采集数据得到的煤气实际流量，调节煤气调节阀；根据由采集数据得到的助燃空气实际流量和奥氏仪的检测结果校正助燃空气设定流量，根据校正过的助燃空气设定流量调节助燃调节阀。
本发明通过监测煤气和助燃空气的实际流量以及产生的烟气的成分，来使煤气和助燃空气根据实际流量和设定流量的差别来动态的进行调节，从而减少产品质量问题并减少能源的浪费。
为了避免各炉煤气热值相差较大对气烧窑供热量产生明显影响，从而造成产品质量不稳定以及热能的浪费，在本发明的一个实施例中，所述根据所需理论热流值和wobbe仪检测的煤气热值，得到出煤气设定流量，根据煤气设定流量和由采集数据得到的煤气实际流量，调节煤气调节阀，具体为：
根据石灰石加料量得到石灰出料量；
根据石灰出料量和单位石灰热耗，得到所需理论热流值；
根据所需理论热流值和wobbe仪检测的煤气热值，得到煤气设定流量；
根据煤气设定流量和由采集数据得到的煤气实际流量，调节煤气调节阀使煤气实际流量达到煤气设定流量，其中，由采集数据得到的煤气实际流量由设置于煤气入口管道的流量计、温度计和压力计所采集到的数据通过处理得到。
为了避免管网压力波动较大对气烧窑供热量产生明显影响，从而造成产品质量不稳定以及热能的浪费，在本发明的一个实施例中，所述根据由采集数据得到的助燃空气实际流量和奥氏仪的检测结果校正助燃空气设定流量，根据校正过的助燃空气设定流量调节助燃调节阀，具体为：
设定助燃空气流量，所述助燃空气流量为通过人工设置空燃比方式得到，或根据煤气产生的热值得到；
获取由采集数据得到的助燃空气实际流量，所述由采集数据得到的助燃空气实际流量为通过设置于助燃空气入口管道的流量计、温度计和压力计所采集到的数据通过处理得到；
当由采集数据得到的助燃空气实际流量与助燃空气设定流量的差值小于第一阈值时，通过奥氏仪获取烟气成分的检测结果；当检测到的烟气成分中的煤气含量超过第二阈值时，增大助燃空气设定流量；当检测到的烟气成分中的氧气含量超过第三阈值时，减小助燃空气设定流量；
根据增大或减小过的助燃空气设定流量调节助燃调节阀调节助燃空气实际流量使其达到增大或减小过的助燃空气设定流量。
由于流量计的测量结果受温度和压力的影响，因此需要将煤气、助燃空气所测量的流量换算成标方，而且也需要匹配wobbe仪的单位：nm3/h,在本发明的一个实施例中，
所述由采集数据得到的煤气实际流量由设置于煤气入口管道的流量计、温度计和压力计所采集到的数据通过处理得到，具体为，根据第一公式计算由采集数据得到的煤气实际流量，
所述第一公式为：
其中，flow_n为由采集数据得到的煤气实际流量，单位为nm3/h；p0为标准大气压，值为101.325kpa；p1为煤气入口管道的压力计测得的煤气表压，单位为kpa；t1为煤气入口管道的温度计测得的煤气温度，单位为℃；flow为煤气入口管道的流量计测得的煤气流量，单位为m3/h；
所述由采集数据得到的助燃空气实际流量为通过设置于助燃空气入口管道的流量计、温度计和压力计所采集到的数据通过处理得到，具体为，根据第一公式计算由采集数据得到的助燃空气的实际流量，当使用第一公式计算由采集数据得到的助燃空气的实际流量时，flow_n为由采集数据得到的助燃空气实际流量，单位为nm3/h；p0为标准大气压，值为101.325kpa；p1为助燃空气入口管道的压力计测得的助燃空气表压，单位为kpa；t1为助燃空气入口管道的温度计测得的助燃空气温度，单位为℃；flow为助燃空气入口管道的流量计测得的助燃空气流量，单位为m3/h。
为了避免测量仪器出现问题影响生产的安全性和产品质量的稳定性，需要对测量仪器测量的结果进行监测，在本发明一个实施例中，所述方法还包括：
分别对每个测量仪器单独设定数值范围，所述测量仪器包括：设置于助燃空气入口管道的流量计、温度计、压力计；设置于煤气入口管道的流量计、温度计、压力计；以及wobbe仪；
当某一测量仪器测得的数值超过为其设定的数值范围时，西门子pcs7系统启动警报设备；
当wobbe仪测得的数值超过为其设定的数值范围时，检测wobbe仪上一时间点所检测的煤气热值是否超过为其设定的数值范围，当wobbe仪上一时间点所检测的煤气热值处于为其设定的数值范围内时，西门子pcs7系统根据所需理论热流值和wobbe仪上一时间点所检测的煤气热值，得到煤气设定流量；所述上一时间点为预设的wobbe仪上一检测时间。
由于加热受到煤气和助燃空气的双重影响，为了在调节煤气和助燃空气流量的过程中减少能源的浪费，同时保持加热的稳定性，在本发明的一个实施例中，
调节煤气调节阀使煤气实际流量达到煤气设定流量以及调节助燃调节阀调节助燃空气实际流量，包括：
根据煤气实际流量和助燃空气实际流量的值对煤气调节阀和助燃调节阀进行双交叉限幅pid控制以调节煤气实际流量达到煤气设定流量以及调节助燃空气实际流量使其达到增大或减小过的助燃空气设定流量。
所述双交叉限幅pid控制，具体为：
煤气设定流量作为煤气调节pid调节器的给定值；
助燃空气设定流量作为空气调节pid调节器的给定值；
由采集数据得到的煤气实际流量直接送入煤气调节pid调节器中，作为煤气实际流量的反馈值；所述由采集数据得到的煤气实际流量还通过第一增量单元，以及第一高值选择单元和第一低值选择单元后送入用于助燃空气调节的空气调节pid调节器；
由采集数据得到的助燃空气实际流量直接送入空气调节pid调节器中，作为助燃空气实际流量的反馈值；所述采集数据得到的助燃空气实际流量还通过第二增量单元，以及第二高值选择单元和第二低值选择单元后送入用于煤气流量调节的煤气调节pid调节器中，实现煤气流量与空气调节回路的交叉；
所述第一增量单元和第二增量单元使阀门开度每一次的变化量限制在预设增量范围内。
双交叉限幅pid控制流程如图2所示，为本发明实施例中双交叉限幅pid调节流程图。所谓双交叉就是煤气实际流量pvg和助燃空气实际流量pva通过一些环节，各自送入对方的主调节系统。煤气设定流量可以通过产量、石灰热耗和煤气热值计算出。计算出的煤气设定流量作为煤气调节pid调节器pi1的给定值svg，而通过修正后的空燃比(由奥氏仪的检测结果进行修正或通过人工设置修正空燃比)，可以计算出空气调节pid调节器pi2的给定值sva(即助燃空气设定流量)。煤气实际流量pvg直接送入比例积分(pi1)调节运算单元中去，作为煤气实际流量的反馈值；此pvg还通过增量单元+k4或-k2，与用于助燃空气调节的比例积分(pi2)运算单元联系起来。同样，助燃空气实际流量pva直接送入比例积分(pi2)调节运算单元中去，作为助燃空气实际流量的反馈值；此pva还通过增量单元+k1或-k3，与用于煤气流量调节的比例积分(pi1)运算单元联系起来，实现煤气流量与空气调节回路的交叉。
限幅是通过增量单元，使阀门开度每一次的变化量限制在某一值范围内，目的是使煤气和空气的实际流量比例限制在一定的范围内，使煤气和空气的流量较平缓的变化。图中的-k3、+k1、+k4以及-k2即为增量值。
进入高值选择单元的两参数，只允许小于或等于它的参数值通过，大参数值不能通过；进入低值选择单元的两参数，只允许大于或等于它的参数通过，而大参数不能通过。
通过这种设定，无论煤气调节阀或助燃调节阀是需要增大还是减小，煤气调节阀和助燃调节阀总是交替的增加或减小，从而调节的速度会被控制在一定的范围内。
如果助燃空气过少的话，将造成有一部分的煤气不会在烧嘴附近燃烧，而是会在后面的煅烧段甚至预热段中燃烧，造成窑壁温度的差异异常。因此，结合出灰质量、窑壁温度状况，以及烟气分析仪中的空气含量，可以大概地确定出助燃空气和煤气的最佳比例值区间。此值可以通过煤气热值的变化进行微量的修正。
鉴于双交叉限幅pid调节的特点，k1、k2、k3、k4的值，以及两个pid调节器的参数需要经过长时间的调试来慢慢整定。主要是根据调节的空燃比是否稳定，煤气、空气的流量响应是否迅速、是否有波动。如果空燃比波动较大，可以适当调小k1-k4的值；如果pid调节器响应慢，可以适当增大pid的比例值；如果pid调节器波动大，可以适当减小pid的比例值，还可以适当增大调节死区值。
鉴于双交叉限幅pid调节的特点，k1、k2、k3、k4的值，以及两个pid调节器的参数需要经过长时间的调试来慢慢整定，不仅所需的时间长，而且整个调整过程中的各项数据在后续的控制中都不再起作用，而仅由最终的结果决定各参数的值，而最终结果的各参数的值未必能在各种条件下都是最优结果，为了能使双交叉限幅pid调节的在多种条件下都能保持良好的性能，允许双交叉限幅pid控制的控制参数可以随着工况的变化而改变，在本发明的一个实施例中，
所述双交叉限幅pid控制，还包括：
所述双交叉限幅pid控制的控制参数(如k1、k2、k3、k4的值以及两个pid调节器的参数)为通过案例推理的方法进行调整，具体为：
获取当前测量仪器的测量结果(如wobbe仪检测的煤气热值、煤气设定流量、煤气实际流量、助燃空气实际流量)作为当前工况，所述测量仪器包括：设置于助燃空气入口管道的流量计、温度计、压力计；设置于煤气入口管道的流量计、温度计、压力计；wobbe仪；以及奥氏仪；
在数据库中选择工况参数与当前工况的相似度(为分别对测量结果加上权重后，按预设顺序所组成的工况矢量的相似度，如煤气实际流量的权重较大而助燃空气实际流量的权重较小。更优选的相似度选择为：
将所述每一条记录的解参数按照所述工况参数与当前工况的相似度和所述解评分进行加权(相似度越高则权重越大，解评分越高则权重越大)平均后，得到当前的双交叉限幅pid控制的控制参数；
其中数据库中的数据，由以下方法得到：
在双交叉限幅pid控制的控制参数保持不变的预设时间内：
将测量仪器的测量结果设为工况参数；
将双交叉限幅pid控制的控制参数设为解参数；
对石灰按其产品质量(活性度、生烧率、石灰二级品率)、石灰窑的平均热耗和出灰产量设定解评分(解评分为一个具体的数值，如以活性度、生烧率、石灰二级品率、石灰窑的平均热耗和出灰产量的加权平均值作为解评分，用于评估石灰的产品质量和能源的利用率，涉及产品质量的权重更高)；
将所述工况参数、解参数和与工况参数和解参数对应的解评分作为一条记录写入数据库中。
本发明提供的方法，通过监测煤气和助燃空气的实际流量以及产生的烟气的成分，来对煤气和助燃空气进行自动调节，从而减少产品质量问题并减少能源的浪费。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。