优化焙烧碳块用环形炉隔墙线路中燃烧的方法和装置制造方法

优化焙烧碳块用环形炉隔墙线路中燃烧的方法和装置制造方法
【专利摘要】优化焙烧碳块用多室环形炉烟道线路中燃烧的方法，所述炉包括加热室，用于焙烧碳块所需的燃料由主控器(42a，42b)直接控制的至少两个加热坡道(16)部分喷射，所述主控器控制所述坡道(16)的输入／输出，所述方法包括当所述坡道或歧管连接到网络时，通过主控器(42a，42b)自动识别坡道或歧管相对与其它坡道或歧管的相对位置，以及通过随时间分配多个喷射器各自的运行顺序而确定加热坡道(16)的多个喷射器的运行顺序。
【专利说明】优化焙烧碳块用环形炉隔墙线路中燃烧的方法和装置
[0001]本发明涉及焙烧碳块用的环形炉，所述碳块尤其是电解生产铝用的碳素阳极和碳素阴极。本发明尤其涉及优化这种多室炉隔墙线路中燃烧的方法和装置。
[0002]焙烧阳极用的环形炉在专利申请W0201127042中进行了特别描述，参见该专利申
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[0003]在此参照图1和图2部分回顾它们的结构和操作。图1的实例示出了带有两个火群的开室环形炉结构的平面示意图，图2是示出了这种炉内部结构的局部剖透视图。
[0004]焙烧炉(BF) I包括两个平行的壳体或部分Ia和lb，它们沿纵轴XX延伸炉I的长度，分别包括一系列通过横向墙3彼此分开的横向室2 (垂直于轴XX)。各个室2在炉I的横向方向上由与空心加热隔墙6相间的开顶式凹坑4组成，空心加热隔墙6也称为烟道。凹坑4允许装入未加工的碳块以及卸载冷却过的焙烧块；未加工的焙烧块堆放在凹坑4内并且埋入碳粉。空心加热隔墙6具有薄壁，一般薄壁通过横向隔离片6a彼此分开。一个室2的空心隔墙6在同一部分Ia或Ib中其它室2的空心隔墙6的纵向延伸上(与炉I的长轴XX平行)，而且这些空心隔墙6面向横向墙3中的纵向通道并通过它们纵向墙上部的口 7相互连接，以便空心隔墙6形成与炉长轴XX平行的纵向的隔室线路。气体(燃烧空气，可燃气体以及燃烧气体和烟雾)在这些隔室中流通以对阳极5进行预热和焙烧，然后对阳极5进行冷却。空心隔墙6还包括挡板8，以延长燃烧气体或烟雾的路径并使其分布更加均匀，并且这些空心隔墙6在顶部具有被称为“窥视孔”的开口 9，其可以通过活动盖关闭并设置在安装于炉I顶部的块式连接件上。炉I的两个部分Ia和Ib通过交叠部10在它们的纵向端部相互连接，交叠部将气体从部分Ia或Ib中各空心隔墙6线路的一个末端传输到另一部分Ib或Ia中对应空心隔墙6线路的末端，以便形成空心隔墙6中大体上为矩形的循环线路。
[0005]环形炉，又称步进燃烧炉，其工作原理包括:在循环中将火焰从一个室2推进到相邻的一个室2，各个室2相继经历预热、强制加热、足火、然后冷却(自然冷却然后强制冷却)的阶段。
[0006]阳极5通过一个或多个火焰或火群焙烧(图1中示出了两个火群，该示例中一个火群延伸过部分Ia的13个室2，另一个火群延伸过部分Ib的13个室2)，火群从一个室2循环移动到另一个室2。
[0007]各个火焰或火群由5个连续的区域A至E组成，如图1中显示的部分Ib的火焰，区域A至E从下游起至上游的方向相应于空心隔墙6线路中气流的方向且与(火群)从一个室移动到另一个室的循环移动方向相反:
[0008]A)预热区，如果参考部分Ia的火焰，并且考虑图1顶部的炉I末端交叠部10的箭头指示的火焰轮转方向，预热区包括:
[0009]-排气歧管11,其在各个室2的空心隔墙6上方延伸，该排气歧管11配置有用于测量和调整空心隔墙6各线路中燃烧气体和烟雾流量的系统，各排气管Ila的一端坚固地连接至排气歧管11并通向所述排气歧管11，且其另一端安装在室2各空心隔墙6其中之一的开口 9上，在各排气管Ila中，该系统能包括可调节遮板，该可调节遮板由遮板致动器控制旋转，该可调节遮板用于调整流量，以及在相应管Ila中稍微靠近上游的流量计12、用于测量被吸入的燃烧气体的温度的温度传感器(热电偶)13，以及
[0010]-预热测量坡道15，其大体平行于排气歧管11并且在排气歧管11的上游，通常在相同的室2上方，并且配置有温度传感器(热电偶)和压力传感器，用于预备该室2的各个空心隔墙6的有效静态负压和温度，以便能够显示并调节预热区的负压和温度；
[0011]B)加热区，包括:
[0012]-多个完全相同的加热坡道16，根据循环的持续时间，加热坡道16是两个或最好是如图1所示的三个，或者更多；各个加热坡道16都配置有燃料喷射器或燃烧器(液体或气体燃料)和温度传感器(热电偶)，各个坡道16在相应数量的相邻室2的其中之一的上方延伸，以便各个加热坡道16的喷射器与空心隔墙6的开口 9衔接以喷射燃料；
[0013]C)吹风或自然冷却区，包括:
[0014]-称为“零点”的坡道17，其在最上游的加热坡道16下方的室2的径直上游的室2上方延伸，且其配置有压力传感器来测量该室2各个空心隔墙6中普遍的压力，以便能够调整该压力，以及
[0015]-吹风歧管18，其配置有电扇，该电扇具有用于调整吹进零点坡道17下方室2上游的室2各空心隔墙6中的环境空气流量的装置，这样，被吹进这些空心隔墙6的环境空气流量能够被调整以获取零点坡道17上的期望压力(轻度负压或正压)；
[0016]D)强制冷却区，其延伸过从吹风歧管18起向上游的三个室2，且其在本示例中包括两个平行的冷却歧管19，各个冷却歧管都配置有电扇和用于将环境空气吹进相应室2的空心隔墙6内的管；以及
[0017]E)工作区，其从冷却歧管19起向上游延伸，用于包装和拆包炉中的阳极5，以及用于室2的维护。
[0018]在加热坡道16上游，吹风歧管18和(多个)强制冷却歧管19包括用于吹动由电扇供给的燃烧空气的管；这些管与相关室2的空心隔墙6通过开口 9连接。排气歧管11安置在加热坡道16的下游，用于提取在空心隔墙6的线路中循环的燃烧气体和烟雾(以下统一用术语“燃烧气体”表示)。
[0019]阳极5通过由加热坡道16以控制方式喷射的燃料(气体或液体)的燃烧而被加热并焙烧，并且通过来自预热和加热区室2凹坑4内阳极5释放的浙青的挥发性物质(例如多环芳烃)的燃烧达到大体相等的程度。当这些释放到凹坑4中的挥发性物质大部分可燃而且能够通过设置在这些隔墙内的通道流入两个相邻的空心隔墙6时，由于空心隔墙6的燃烧气体中具有剩余燃烧空气，它们开始在这两个隔墙内燃烧。
[0020]由此，燃烧空气和气体通过空心隔墙6线路循环，并且来自加热区B下游的由预热区A下游末端的排气歧管11产生的负压能够控制空心隔墙6内燃烧气体的流量；来自冷却区C和D的空气由于冷却歧管19以及特别是吹风歧管18在空心隔墙6中预热，在该空气传输时冷却在邻近凹坑4内焙烧的阳极5并当该空气到达加热区B时起到燃烧空气的作用。
[0021]当阳极5焙烧时，带有关联测量和记录设备以及装置的坡道和歧管11到19的集合被循环推进(例如每24小时左右)。从而各室2相继确保装载来自预热区A上游的未加工碳块5的功能，随后确保在预热区A中通过由于预热区A中室2空心隔墙6中的负压而离开凹坑4并进入空心隔墙6的燃料燃烧气体和浙青烟雾自然预热的功能，然后确保在加热区B或焙烧区中在约1100°C下焙烧块的功能，以及最后确保在冷却区C和D中利用环境空气冷却焙烧块5并相应地预热作为炉I燃烧空气的该环境空气的功能。在与火焰前进以及燃烧气体循环方向相反的方向上，强制冷却区D之后是区域E，在区域E中当冷却的碳块5被卸载后，未加工的碳块可被重新装载到凹坑4中。
[0022]调节炉BFl的方法基本包括根据预定义的设定值调节炉I的预热A区、加热B区和吹风或自然冷却C区的温度和/或压力。
[0023]由排气歧管11从火焰中提取的燃烧气体被收集到导管20中，例如部分显示在图2中的圆柱形导管，该导管20带有烟道总管道21，可呈现为平面图(参见图1中的虚线)中显示的U型或者可在炉周围延伸，其出口 22将排出的和收集的燃烧气体传输到烟气处理中心(GTC)，由于该处理中心不是本发明的一部分所以未示出。
[0024]为了使阳极(碳块)获得最佳特性，因此要保证达到最终焙烧温度，当前优先选择这种类型炉用于给加热坡道16提供独立于隔墙6中压差和空气流动条件的燃料。隔墙6中相当数量或大量线路中可能出现不完全燃烧。这反过来可能会导致炉的高额生产费用，不仅仅因为燃料的过度消耗，也由于排气管和导管中的污染导致未燃尽材料的滞留，其表现为火的潜在风险增加以及影响焙烧过程。
[0025]加热坡道的喷射器成对设置，假设各个空心隔墙配置两个喷射器，则各个歧管的喷射器的数量是空心隔墙喷射器数量的两倍，例如7个隔墙配14个喷射器。对于具有三个加热坡道的加热区，共有六个喷射器向同一空心隔墙内注射燃料。
[0026]加热坡道16上的气体或液体供给系统适应于燃料类型，特别是燃料如果为如天然气的气体或如燃油的液体时。为了简化本发明的以下描述，燃料被视为一种气体。
[0027]图3以图表形式表示了一个针对气体燃料的已知的加热坡道16的示例。图中展示了成对喷射器23中的四对，谨记通常一个坡道16配有7到10对喷射器。喷射器23通过软管26和快装接头25连接到加热坡道16上带有的相同同一燃料管线上并且连接到设备的供应系统上。各个喷射器23的前方具有一个开/关电磁阀37,所述开/关电磁阀37为各个喷射器23提供单独控制。歧管的燃料管线包括快装接头25、软管26、过滤器27、普通安全电磁阀28、针对该普通安全电磁阀的旁路，该旁路包括针阀29和用于验证线路流体气密性的电磁阀30、流量计量装置31 (可选)、调压器32 (可选)、由最小压力阈值触发的压力开关33、由最大压力阈值触发的压力开关34，以及压力传感器35。这个主线路供应所有喷射器23，各个喷射器前方都安装有手动阀36、电磁阀37和软管38。
[0028]图4以图表形式展示了一个穿过空心隔墙6中部沿纵轴XX的已知炉垂直横剖面的示例。该示例包括三个连续加热坡道16a，16b和16c。吹风歧管18确保新鲜空气循环以冷却焙烧阳极并为加热坡道16a，16b，16c喷射的燃料燃烧提供氧气。空心隔墙6中空气的流动、随后燃烧气体的流动由虚线表示。位于吹风歧管18和加热坡道16a，16b，16c之间室2中的开口 9被关闭以限制强制通风漏出。第一加热坡道16c的上游是“零点”坡道17。代表着该隔墙6和这三个加热坡道16a，16b，16c的是喷射器对23al，23a2，23bl，2362，23cl，23c2和用以测量隔墙中温度的热电偶24a，24b以及24c。对于各个加热坡道16a，16b，16c,相对应的喷射器被安置在由一个保持不用并被盖封闭的开口 9所隔开的两个开口 9中。热电偶24在气流的方向上位于喷射器的下游。排气歧管11位于火群的末端，其前方是预热测量坡道15。[0029]平均来说，加热坡道16以其总容量的30%运行。为了控制坡道16的成本、尺寸和重量，其燃料管线的大小设置为足够该坡道16的所有喷射器23同时处于额定容量时供给该坡道16的所有喷射器23所必需流量30%的燃料公称流量。如果大量喷射器23同时打开，坡道16的流量过度而且气压以非受控方式下降。该压力的下降有缩小火焰长度的效果，而且能够导致燃烧质量下降。对于气体燃料而言这一现象需要格外注意，因为对于液体燃料而言，能够通过在坡道16上的泵补偿，该泵维持压力并且持续燃料线路中喷射液体燃料容量的3倍到5倍的循环。
[0030]燃料脉冲喷射。喷射量通常通过改变喷射器23自动阀37关闭的时间长度来调整，也可以通过改变阀37打开的时间长度来调整。当喷射器23打开时，其喷射自身容量的100%且消耗自身最大流量。例如,对于天然气来说,喷射持续时间在0.5秒到4秒内变化，而对于燃油来说，喷射持续时间通常在30毫秒到150毫秒内变化。
[0031]作为一种变形，喷射能力的调整也可以通过改变喷射器23的燃料供给压力来实现，例如通过安置在各个坡道16燃油管线上的调压器32。这种解决方案能够根据压力水平调整火焰长度，因为同在额定容量操作时相比，低压会导致火焰更短。因此它对空心隔墙6中的热量分布和沿着各个隔墙6高度的温度曲线具有影响。
[0032]各个坡道16即各个隔墙6的每对喷射器的总喷射能力由P.1.D.单元计算。根据热电偶24对相关隔墙6坡道16所测量的温度同操作员配置的设定值之间的差值，PID单元计算总量控制变化。加入到之前的总控制的变化给出O到100%之间的总量控制。之后限制该控制不得超出操作员为坡道16输入的上下限。
[0033]该容量在两个喷射器上的分配，例如坡道16a的23al和23a2，是根据例如由操作员输入的比率参数进行的。通过计算得到的坡道16可能的上下限来使得该比率总是得以被遵守。然后，系统调整该总容量以遵从为隔墙6设定的最大容量限度。最大限度由操作员或者由监视燃烧的模块设定。
[0034]之后最终的总容量同比率和脉冲持续时间一起被发送到坡道16的PLC (可编程逻辑控制器)。然后PLC计算上游喷射器(例如23a2)和下游喷射器(例如23al)的闭合时间，以便喷射量与比率及总容量匹配。以这种方式计算的脉冲被发送到喷射器23。
[0035]在现有实施例中，对于安置在同一隔墙6上的其它坡道16的其它对喷射器23并没有确定的具体定时。由于燃烧空气主要来自上游(吹风歧管18吹来的)，所以随着燃烧空气从第一个加热坡道(例如16c)移动到最后一个加热坡道(例如16a)，其所含氧气越来越少。根据安置在相同隔墙6之上的喷射器23之间的喷射顺序，存在以下情况:喷射器23同之前的喷射器一样喷射相同空气量。该空气量可能因此缺少氧气，结果导致相对于喷射位置的燃烧延迟，或者所喷射燃料的不完全燃烧并产生未燃材料。由于更长的喷射延续时间，相比于液体材料，这种现象对于气体燃料更明显。
[0036]为了限制加热坡道16中燃料压力的变化，在最佳情况下，当启动相同坡道16上不同对喷射器23时会产生初始延迟，但不持续。
[0037]局限性起因于一个事实，即喷射器23通常由独立装置控制，例如为本申请特别开发的电子板，该电子板根据坡道16的PLC所发送的频率值而产生脉冲，其无法详尽地确定喷射器对之间相对节奏的时间。喷射器23有时候直接由坡道16的PLC控制，因此可以对坡道16的定时进行微调，但是PLC的处理性能和较慢的输出刷新限制了精确定时的可行性。PLC和分散布局的控制装置之间相对较慢的通信无法在不同加热坡道16之间保持精确定时。
[0038]图5以图表形式展示了现有技术中火群的控制/命令系统。向安置在各个坡道或歧管11，15，16，17和18上的PLC45发送命令的两个冗余中央计算机CCS-A42a&CCS-B42b保证了控制。这些PLC45直接控制致动器，特别是歧管11上的遮板、加热坡道16上的喷射器23以及歧管18上的风扇。不同控制器之间的通信通过由电缆或例如WiFi连接的通讯网络确保。中央计算机根据操作员配置的设定值和来自坡道和歧管的PLC45的测量计算各个致动器的命令。这些命令随后被发送到各个PLC45来执行。中央计算机42a&42b和坡道以及歧管的PLC45之间的I级通信网络由交换机40和分布在炉建筑内的WiFi接入点43构成。各个PLC45通过客户端(44)连接到WiFi网络上；坡道或歧管内部的以太网允许通过W1-Fi客户端44、本地屏幕47以及吹风歧管18中的调速器48之间的交换机46来交换信息。辅助PLC43 (例如位于电气室内)从与炉有关的兀件上捕获信息,例如烟气处理中心。
[0039]DMS计算机41用于将该方法中的信息存档，且通过构成2级以太网的交换机40连接到中央计算机42a & 42b上。该网络可以连接到厂内网络用以通过3级系统进行数据提取和处理。
[0040]程序通过控制屏幕39监控，如果必要的话，该控制屏幕39可以通过专用网(KVM网络)例如在控制室中进行远程控制。这些屏幕39显示来自中央计算机42a&42b的实时数据同时也显示来自DMS计算机41的存档数据。
[0041]为了弥补这些劣势，本发明的第一方面主要包括优化焙烧碳块用环形炉隔墙线路内燃烧的方法。该炉包括沿炉的纵轴XX循序排列的一系列用于预热、加热、自然冷却和强制冷却的室。各个室在横对所述纵轴XX的方向上由与空心加热隔墙相间的凹坑构成。碳块安置在凹坑中。空心加热隔墙与其它室的隔墙相互联系并对齐，，所述其它室的隔墙与炉的纵轴XX平行，以形成空心隔墙的线路，用于冷却和燃烧的空气以及燃烧气体在空心隔墙的线路中循环。排气歧管在通过独立排气管之一进行预热的期间连接第一室的各个隔墙。所需的燃烧空气一部分被与至少一个风扇相连的自然冷却区的吹风歧管喷射，还有一部分由于负压渗透入隔墙线路中。用于焙烧碳块所必需燃料通过至少两个加热坡道被部分地喷射，其中各个坡道在加热区的至少两个相邻室中的一个独立室上方延伸，并且各个坡道都能够将各燃料喷射到加热区的相应独立室的各个空心隔墙内。主控器至少直接控制加热坡道，其控制所述坡道的输入/输出。本方法包括:当所述坡道或歧管连接到网络时，主控器自动识别各个加热坡道相对于其它加热坡道的相对位置，以及通过随时间分配多个喷射器各自的运行顺序从而确定加热坡道多个喷射器的运行顺序。
[0042]实时内核技术和实时网络提供定时控制，因为实时内核具有精确界定且等时间间隔的时钟周期。
[0043]主控器通过输入直接读取信息来计算指令并且设定连接到致动器上的输出。加热坡道至少不再携带PLC。
[0044]在每次循环中，主控器在开始计算之前搜集所有输入然后在开始新循环之前设置所有输出。
[0045]因此控制不同加热坡道上的喷射器的所有输出都由一个单独的控制器控制的，内核和实时网络使快速、精确并且可靠的定时设置成为可能。[0046]行动和输出设定的结果选择基于任务优先级确定。
[0047]对此，实时网络是必要的，因为实时网络能够保证在每次循环中所有输入被读取且所有输出被写入。
[0048]在本发明实施例的一个示例中，坡道和歧管的控制/命令功能在软件PLC中编程。
[0049]在本发明实施例的一个示例中，主控器是个人计算机。
[0050]例如，连接主控器和坡道及歧管的输入/输出的实时网络是以太网。
[0051]在本发明实施例的另一个不例中，Twincat (The Windows Controland Automation Technology,基于Windows的控制和自动化技术)实时内核与Ethercat (Ethernet Control Automation Technology,以太网控制自动化技术)实时网络相结合。
[0052]另外，本发明方法中喷射器的运行顺序随时间分配，以便喷射器仅在所述喷射器自身下方的气体量包含足够氧气以确保被喷射燃料的燃烧时运行。
[0053]因此，本发明方法中喷射器的运行顺序随时间分配以便限制未燃材料特别是CO的形成。
[0054]通用算法允许优化喷射时限以优化空心隔墙中的可用气体，同时保持各个加热坡道燃料输送管系中的可控流量，以保持统一的喷射特性。喷射器的运行顺序因此随时间分配以便限制各个坡道燃料流量的变化。另外，时间分配通过将同时运行的喷射器的数量限制为最大数量而完成，其中所述最大数量是导致所述坡道燃料公称流量的数量。
[0055]在本发明的一个方面，对于包含N个分布在炉的空心隔墙和加热坡道之中的喷射器的炉，本方法还提出在以D表示的时间长度上优化燃油喷射器燃烧的方法。喷射器通过调整持续时间在全开脉冲和全关脉冲下运行。小于等于持续时间D的运行持续时间Ai被分配给N个喷射器中的每一个，运行持续时间Ai由炉的能量需求所决定并且由炉的控制/命令系统提供。从这一点来说，在本方法中:
[0056]-喷射器的运行持续时间Λi被分成一系列脉冲，其中脉冲持续时间的总额等于所述喷射器的运行持续时间Ai ;
[0057]-通过为N个喷射器中的每一个随时间单独分配脉冲而确定排序，且排序被译成二进制时间函数pi，当序号为i的喷射器在时刻s发出脉冲时pi等于1，如果没发出则等于O ;
[0058]-排序在计算时间T时计算，考虑喷射器的期望运行持续时间Λi，喷射器的脉冲发生时间不早于初始时间ti并且不迟于时间ti+D，其中初始时间ti迟于计算时间T，
[0059]-各个喷射器的初始时间ti取决于同一隔墙内多个喷射器的相对位置以及该隔墙内燃烧气体的流量Vk。
[0060]有利地，排序的计算如下:
[0061]/ a /选择任一初始排序，
[0062]/ b /将从I到N的序号i与各个喷射器相关联，
[0063]/ c /对于序号i等于I的喷射器，找到该喷射器的运行脉冲的分配使得函数Uk最大化，所述函数Uk表示在tk和tk+D之间的时间区间内相同隔墙中最后一个喷射器之后燃烧气体中的氧含量，其中tk是与相同隔墙内最后一个喷射器相关联的时间，其它喷射器的脉冲维持在初始排序中的位置，且通过序号i等于I的喷射器脉冲的最优分配获得结果排序；
[0064]/ d /利用步骤/ c /的排序结果重复步骤/ c /并依次考虑序号大于I的喷射器直到达到序号为N的喷射器。
[0065]该方法能包括以下附加步骤:
[0066]/ e /利用步骤/ d /中获取的排序作为初始排序，将从I到N的新序号i与各个喷射器相关联并且重复步骤/c/和/d/，
[0067]/ f/将获得的排序与初始排序相比较，且将两个当中较好的一个保留为排序。
[0068]/ g /重复步骤/ e /和/ f /多次，重复次数与计算时间T和同一隔墙内多个喷射器的第一个初始时间ti之间的有效计算时间相匹配。
[0069]通过这些附加步骤，确定步骤/ f/的两个排序当中较好的一个排序，其中，由坡道喷射器运行脉冲分配导致的各个坡道的总燃料流量不超出所述坡道的最大可行燃料流量。
[0070]根据操作员输入的温度设定和各个隔墙的温度读取，连同隔墙中相关测量值如CO或气流，利用主控器的处理能力计算喷射矩阵。该矩阵随后被发送到各个加热坡道的远程输出上用以控制喷射器。
[0071]在第二方面，本发明还涉及用于优化烟道线路中燃烧的装置。
[0072]除了以上描述的配置之外，本发明由一定数量的其它配置构成，以下通过例示性实施例并参考附图对所述配置进行更加详细的描述。这些例子并不视为限制性示例。
[0073]与现有技术相关的前五个图已经描述:
[0074]-图1是带有两个火群和开室的环形炉结构的平面示意图；
[0075]-图2是带有表示图1中炉内部结构剖面图的局部横截面透视图；
[0076]-图3是说明加热坡道示例的流体流程图；
[0077]-图4是说明隔墙线路之上的坡道和歧管位置的局部纵向截面图；
[0078]-图5是现有技术中控制/命令系统的示意图；
[0079]-图6是本发明控制/命令系统的示意图；以及
[0080]-图7是说明喷射器随给定时间段运行的时序图。
[0081]如图6所示，本发明的控制/命令系统包括，例如用于存档数据的DMS计算机41和至少一个主控器，例如两个控制器CCS42a&42b。这些机器通过由构成2级以太网的以太网交换机40连接。控制器42a和42b中的每一个都具有嵌入式实时PLC，所述PLC通过实时I级以太网控制坡道和歧管11，15，16，17和18的远程输入/输出单元52，以及辅助PLC43。
[0082]坡道和歧管11，15，16，17和18通过与面向炉I的各个室2放置的接线盒51连接的电缆连接到实时网络上。
[0083]过程监控通过控制屏幕39进行，如果必要的话，该控制屏幕39可以通过指定网络(KVM Network)远程使用。这些屏幕39显示来自控制器42a & 42b的实时数据以及源于DMS41的存档数据。多个附加屏幕50安置在炉建筑内用于监控过程。这些屏幕50显示来自控制器42a&42b的实时数据。它们通过一组指定输入/输出52连接到实时网络上。
[0084]当所述坡道或歧管连接到网络上时，主控器42a，42b自动识别一个坡道或歧管相比于其它坡道或歧管的相对位置。[0085]在一个实施例中，在系统启动时，焙烧循环的理论持续时间、火群的初始位置以及各个火群的理论结构为了这个目的输入到系统中。
[0086]“各个火群的理论结构”指的是同一火群中多个坡道和歧管的相对位置。
[0087]从循环的理论持续时间、初始位置、火群的理论结构以及当前日期和时间来看，对于所需的不同类型的坡道和歧管11，15，16，17，18，主控器42a，42b连续计算各个火群的理论位置，通过例如表示炉I中部分的号码识别，以控制相关火群的焙烧过程。
[0088]对于设备来说，各个坡道和歧管11，15，16，17，18包括由独特号码识别的首端以及输入/输出。主控器42a，42b使用查找表使其能够根据该号码识别坡道或歧管以及其类型(排气歧管，加热坡道，等等)。
[0089]炉I周围的有限网络由一系列网络交换机构成。
[0090]炉I的各个部分都设有独立网络插口，安置在该部分内的坡道与所述插口相连。该插口在安装时连接到由号码识别的构成现场网络的交换机中一个交换机的输入。由该部分的号码和交换机输入号码构成的(号码)对是独一无二的，并且在现场网络设置时将在供主控器42a，42b使用的查找表中指定。
[0091]主控器42a，42b连续监控来自交换机的不同输入来检测任意变化，例如连接或断开坡道/歧管11，15，16，17，18。当探测到连接时，主控器42a，42b从考虑当中的坡道/歧管的首端检索号码，该号码与交换机输入号码结合使其能够将一个部分的号码与坡道/歧管关联起来。从而在连接时通过主控器42a，42b识别炉I中各个坡道/歧管相对其它坡道/歧管的位置。
[0092]根据各个坡道/歧管11，15，16，17，18的识别位置，主控器42a，42b能够将实际位置与计算的理论位置相比较并确定是否同意坡道/歧管连接并以此对其进行控制。
[0093]在本发明中，安置在隔墙6同一线路上的六个喷射器23根据彼此同时也根据安置在其它隔墙6线路上的喷射器23进行控制。对喷射器23的打开进行排序并选择脉冲持续时间来特别允许优化各个加热坡道16和火群的运行。
[0094]更具体地说，为了优化燃料喷射器23的燃烧，所考虑的优化持续时间周期D是针对配有喷射器23的炉I的。有关于序号i的喷射器23的参数将被分配一个指数i，其中i在I和N之间并且N为炉的喷射器23的总数，它们分布在R个加热坡道16以及M个炉I隔墙6之上。例如，在炉I包括两个部分Ia和Ib的情况下，各个部分带都有三个加热坡道16且各个坡道包括四对喷射器23从而各个加热坡道16与各个部分的四个隔墙6相关联，如图2和图3所示，炉I中喷射器的总数N将等于48。
[0095]在下文的描述中，术语“第一”和“最后”与火焰的前进方向有关，给定空心隔墙的第一喷射器应理解为是指第一个接收到鼓歧管18吹进的空气的喷射器。
[0096]喷射器23通过调整持续时间在全开脉冲和全关脉冲下运行。
[0097]小于等于最优持续时间D的运行持续时间Λ i被分配给序号i的喷射器23。各个喷射器23的运行持续时间Λ i从炉I的能量需求中推断出来。由炉I的控制/命令系统42a，42b 提供。
[0098]序号i的喷射器23的运行持续时间Δ i被分成一系列用Ki表不的大量脉冲,这样，Ki脉冲的总持续时间等于运行持续时间Λ i。
[0099]然后通过Ki脉冲的时间分布为各个喷射器23单独确定排序，并且将该排序编译为二进制的时间函数Pi (s)，其中s为时间，如果序号i的喷射器23发出则该函数pi (s)等于1，如果不发出则等于O。函数pi(S)在图7中详细说明。
[0100]排序在计算时间T处计算，考虑喷射器23的期望运行持续时间Λ i。
[0101]序号i的喷射器23的Ki脉冲的发生不早于初始时间ti且不迟于时间ti+D，初始时间ti迟于计算时间T。换言之，序号i的喷射器23的首次脉冲的开始时间不早于初始时间ti而且最后脉冲的结束时间不迟于时间ti+D。
[0102]各个喷射器23的初始时间ti取决于同一隔墙6中多个喷射器23的相对位置以及相关隔墙6中燃烧气体的流速，该流速用Vk表示。下面，指数k表明它是一个与序号k的隔墙6相关的参数，其中k介于I和M之间。
[0103]从这一点来说，序号k的给定隔墙6中喷射器23的排序根据以下连续步骤进行计算:
[0104]/ a /选择对序号k的隔墙6中多个喷射器23的任一初始排序，
[0105]/ b /将从I到N的序号i与各个喷射器23相关联,例如根据位于有关于序号k的隔墙6中火的方向上的喷射器23的相对位置进行分配，
[0106]/ c /对于指定的序号I的第一喷射器，找到该喷射器23的Kl运行脉冲的分配使得函数Uk(S)最大化，所述函数Uk(S)表示该在时间tk和tk+D之间的时间区间内隔墙6中序号k的最后喷射器之后燃烧气体中的氧含量，其中，tk为序号k的隔墙6中最后喷射器的首次脉冲的时间，序号i大于I的其它喷射器的脉冲维持在初始排序中的位置，且通过序号i等于I的喷射器的脉冲的最优分配获得结果排序，
[0107]/ d /采用步骤(C)所得的排序重复步骤/ c /并相继考虑更高序号的喷射器直到达到序号N的注射器23。
[0108]有利地，用于优化燃烧的方法包括以下附加步骤:
[0109]/ e /利用步骤/ d /中获取的排序作为初始排序，将从I到N的新序号与各个喷射器23相关联并且重复步骤(c)和(d)，
[0110]/f/将所得排序与初始排序作比较，并且将两个当中较好的一个保存为排序，
[0111]/ g /重复步骤/ e /和/ f/多次，且重复次数与计算时间T和喷射器23首次脉冲的第一个初始时间ti之间的有效计算时间相匹配。
[0112]在本发明的附加特征中，对于步骤/ f/的两个排序中较好的一个，确保由坡道16中喷射器23运行脉冲分配的R个坡道中的各个坡道的总燃料流量不超过所述坡道16燃料的最大可行燃料流量。
[0113]实际上，以上对隔墙6的排序计算通常导致同一坡道16的多个喷射器23具有不同的脉冲分布，所以必须验证基于根据各个隔墙6的氧含量进行最优化的排序计算也符合各个坡道16的最佳运行。
[0114]因此对于整个炉I，排序计算允许优化各个隔墙6和各个加热坡道16中喷射器的脉冲时间分部。
[0115]燃烧气体以速度Vk穿过序号k的隔墙6内的序号i的喷射器23与序号k的隔墙6内的最后喷射器23之间的距离di所必需的时间6ti为:
[0116]6ti=di / Vk
[0117]在本发明中，与序号k的隔墙6内的序号i的喷射器23相关的时间ti和与序号k的同一隔墙6内的最后喷射器相关的时间tk之间的差等于燃烧气体穿过两个喷射器23之间距离所必需的时间，即:
[0118]ti=tk_6ti
[0119]有利地，排序计算时间T和各个隔墙6内第一喷射器23的时间ti之间的持续时
间小于一秒钟。
[0120]在本发明中，代表隔墙k内最后喷射器之后的在时间s时基准体积τ的氧含量函数Uk(S)等于序号k的隔墙6内第一喷射器23之前基准体积τ内的有效氧含量Ck减去当基准体积τ在时间s-6ti通过序号i的喷射器23下方时序号i的喷射器23获得完全燃烧所必需的氧含量的总额qi:
[0121]Uk(s) =Ck-Σ i e k qi Xpi (s~6ti)
[0122]换言之，这确保了当基准体积τ在序号i的喷射器23下方通过时，基准体积τ相对于序号k的隔墙6内序号i的喷射器23所喷射的燃料量而言包含足够量的氧。实际上，氧将被序号k的隔墙6内序号比i小的喷射器23下方的燃烧所消耗。这样，当基准体积τ在序号k的隔墙 6内的最后喷射器23下方通过时，基准体积τ内的氧含量必须足够使燃烧反应发生，从而限制未燃材料的形成。
[0123]在本发明实施例的一个示例中，喷射器i的函数Uk的最大化由总周期的最大化构成，在所述总周期期间，函数Uk(S)对于区间[tk，tk+D]内的时间s为正。
[0124]在本发明实施例的另一个示例中，序号i的喷射器的函数Uk的最大化由Uk(S)的正值在区间[tk, tk+D]内的总和Sk的最大化构成，:
[0125]Sk= Σ s e [tk, tk+D] (| Uk (s) | +Uk (s)) / 2.[0126]例如，喷射器23的脉冲的持续时间在1/2秒和5秒之间并且相同喷射器23的两个连续脉冲之间的时间在1/2秒和5秒之间。
[0127]现参考图7，图7代表函数pi (S)，阐示了序号i的喷射器23的脉冲随时间分布在全开或全关运行下。
[0128]对于序号i的各个喷射器23，函数pi (S)是在时间ti和ti+D之间的时间区间内关于时间s的函数。
[0129]例示性实施例由将二元函数pi定义为具有相同持续时间a和脉冲间持续时间b的脉冲的脉冲序列构成，其中脉冲发生在时间ti+c和时间ti+D-c之间。
[0130]脉冲间持续时间b可以是以下10个值中的一个:{0.5s, Is, 1.5s,2s,2.5s,3s,
3.5s, 4s, 4.5s, 5s}。
[0131]持续时间a，b和c通过以下关系相关联:
[0132]Ki*a=Ai
[0133]以及
[0134]Ki*a+(K1-1)*b+2*c=D
[0135]函数pi通过运行持续时间Λ i以及脉冲间持续时间b的选择进行完整定义。
[0136]对于运行持续时间Λ i，根据b的选择以及考虑到总脉冲持续时间等于Λ i，脉冲Ki的数量等于(Λ i+D) / b的整数部分再加上1:
[0137]Κ?=[(Δ i+D) / b]+l
[0138]c和a的值直接通过以下确定:[0139]a= Ai / Ki
[0140]以及
[0141]c=l/2* (D-Λ 1-(K1-1) *b)
[0142]b值的选择只有当解出的持续时间a在0.5s和5s之间时是可接受的。
[0143]通过为b选择一个可接受值，由于运行持续时间Λ i通过设备设定，函数pi (S)被完整定义。从而函数Uk(S)得以确定并且排序计算得以被执行。
【权利要求】
1.优化焙烧碳块(5)用多室环形炉(1)隔墙线路中燃烧的方法，所述炉(1)包括沿炉(1)的纵轴(XX)循序排列的一系列用于预热、加热、自然冷却和强制冷却的室(2)，各个室(2)在横对所述纵轴(XX)的方向上由与空心加热隔墙(6)相间的凹坑(4)组成，碳块(5)安置在所述凹坑(4)中，且所述空心加热隔墙(6)与其它室(2)的隔墙(6)相互连接并对齐，所述其它室⑵的隔墙(6)平行于炉⑴的纵轴(XX)，以形成空心隔墙(6)线路，用于冷却和燃烧的空气以及燃烧气体在所述空心隔墙(6)线路内循环，排气歧管(11)在通过排气管(Ila)之一进行预热的期间连接第一室(2)的各个隔墙(6)，所需的燃烧空气一部分被与至少一个风扇相连的自然冷却区(C)的吹风坡道(18)喷射，还有一部分由于负压而渗透入隔墙(6)线路中，并且用于焙烧碳块(5)所必需的燃料通过至少两个加热坡道(16)被部分地喷射，各个所述坡道在加热区的至少两个邻近室(2)中的一个独立室上方延伸，并且各个所述坡道都能将燃料喷入加热区⑶的相应独立室⑵的各个空心隔墙(6)中，同时主控器(42a，42b)通过控制所述加热坡道(16)的输入/输出来至少直接控制加热坡道(16)，所述方法的特征在于包括:当加热坡道连接到网络时，主控器(42a，42b)自动识别出各个加热坡道相对于其它加热坡道的相对位置，以及通过随时间分配多个喷射器(23)各自的运行顺序而确定加热坡道(16)的多个喷射器(23)的运行顺序。
2.根据权利要求1所述的优化燃烧的方法，其特征在于，多个喷射器(23)的运行顺序随时间分配，以便喷射器(23)仅在所述喷射器(23)自身下方的气体量包括足够氧气以确保喷入燃料的燃烧时运行。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的优化燃烧的方法，其特征在于，喷射器(23)的运行顺序随时间分配，以便限制未燃材料特别是CO的形成。
4.根据权利要求1到3中的任一权利要求所述的优化燃烧的方法，其特征在于，喷射器(23)的运行顺序随时间分配，以便将加热坡道(16)上同时运行的喷射器(23)的数量限制在最大数量，所述最大数量为导致所述坡道(16)中燃料为公称流量的数量。
5.根据权利要求1到3中的任一权利要求所述的优化燃烧的方法，其特征在于，喷射器(23)的运行顺序随时间分配，以便限制各个加热坡道(16)中燃料流量的变化。
6.根据上述权利要求中任一项所述的优化燃料喷射器(23)燃烧的方法，在一段以D表示的时间长度上，对于炉(1)，所述炉包括分配在炉(1)的空心隔墙(6)和加热坡道(16)中的N个喷射器(23)，所述喷射器(23)通过调整持续时间在全开或全关脉冲下运行，小于等于持续时间D的运行持续时间(Ai)被分配给N个喷射器(23)中的每一个，所述运行持续时间(Ai)由炉(1)的能量需求所决定并由炉(1)的控制/命令系统(42a，42b)提供，其特征在于: -喷射器(23)的运行持续时间(Ai)被分成一系列脉冲，其中脉冲持续时间的总额等于所述喷射器(23)的运行持续时间(Ai); -通过为N个喷射器(23)中的每一个随时间单独分配脉冲而确定排序，且排序被译成二进制时间函数(Pi)，当序号i的喷射器(23)于时刻s发出脉冲时所述二进制时间函数等于1，如果未发出则等于O; -排序在计算时间(T)时计算，考虑喷射器(23)的期望运行持续时间(Ai)，喷射器(23)脉冲的发生不早于初始时间(ti)并且不迟于时间ti+D，所述初始时间(ti)迟于所述计算时间(T)，-各个喷射器(23)的初始时间(ti)取决于同一隔墙(6)的多个喷射器(23)的相对位置以及取决于所述隔墙(6)中燃烧气体的流量(Vk)。
7.根据权利要求6所述的优化燃烧的方法，其特征在于，排序的计算如下: / a /选择任一初始排序， / b /将从I到N的序号(i)与各个喷射器(23)相关联， / c /对于序号(i)等于I的喷射器，找到所述喷射器(23)的运行脉冲的分配使得函数(Uk)最大化，所述函数(Uk)表示在时间tk和tk+D之间的时间区间内同一隔墙(6)中最后喷射器之后燃烧气体中的氧含量，其中tk是与同一隔墙(6)中最后喷射器(23)相关的时间，其它喷射器(23)的脉冲维持在初始排序的位置，且通过序号(i)等于I的的喷射器(23)脉冲的最优分配获得结果排序， / d /重复步骤/ c /，其基于步骤/ c /所得的排序结果并且依次考虑序号(i)大于I的喷射器(23)直到达到序号为N的喷射器。
8.根据权利要求7所述的优化燃烧的方法，其特征在于，包括以下附加步骤: / e /利用步骤/ d /中保存的排序作为初始排序，将从I到N的新序号(i)与各个喷射器(23)相关联并且重复步骤/ c /和/ d /， / f/将所得排序与初始排序作比较，将两个当中较好的一个保留为排序， / g /重复步骤/ e /和/ f/多次，重复次数与计算时间⑴和同一隔墙(6)内多个喷射器(23)的第一个初始时间(ti)之间的有效计算时间相匹配。
9.根据权利要求8所述的优化燃烧的方法，其特征在于，对于步骤/f/中的两个排序中较好的排序，确保由加热坡道(16)中喷射器(23)运行脉冲分配的各个加热坡道(16)的总燃料流量不超过所述坡道(16)的最大可行燃料流量。
10.用于优化焙烧碳块(5)用多室环形炉烟道线路内燃烧的装置，所述炉(I)包括沿炉(1)的纵轴(XX)循序排列的一系列用于预热、加热、自然冷却和强制冷却的室(2)，各个室 (2)在横对所述纵轴(XX)的方向上由与空心加热隔墙(6)相间的凹坑(4)组成，碳块(5)被安置在所述凹坑(4)中且所述空心隔墙(6)与其它室(2)的隔墙(6)相互连接并对齐，所述其它室(2)的隔墙(6)平行于炉(I)的纵轴(XX)，以形成空心隔墙(6)线路，用于冷却和燃烧的空气以及燃烧气体在所述隔墙线路内循环，排气歧管(11)在通过排气管(Ila)之一进行预热的期间连接第一室(2)的各个隔墙(6)，所需的燃烧空气一部分被与至少一个风扇相连的自然冷却区(C)的吹风坡道(18)喷射还有一部分由于负压而渗透入隔墙(6)线路中，而且用于焙烧碳块(5)所必需的燃料通过至少两个加热坡道(16)被部分地喷射，各个所述坡道在加热区的至少两个邻近室(2)中的一个独立的室上方延伸，而且各个所述坡道都能将燃料喷入加热区(B)中相应独立室(2)的各个空心隔墙(6)内，同时主控器(42a，42b)通过控制所述加热坡道(16)的输入/输出至少直接控制加热坡道(16)，所述装置的特征在于，当加热坡道连接到网络时，各个加热坡道相对于其它加热坡道的相对位置由主控器(42a，42b)自动识别，以确保所述相对位置适于炉(I)的安全运行。
【文档编号】C04B35/52GK103930741SQ201280044731
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年9月3日 优先权日:2011年9月8日
【发明者】尼库拉斯·菲奥特, 奥萨马·彻伊夫伊德里西埃尔加瑙尼 申请人:索里斯卡彭公司