物料供给设备及方法与流程

本发明涉及一种用于提供受控的物料供给的物料供给设备和方法。特别地，本发明涉及一种物料供给控制设备和方法，其包括能够提供物料的在线质量和/或体积流量测量的供给速率测量装置和能够提供物料的在线含量(例如组成)测量的物料感测装置。被供给的物料可以例如是任何合适的散装物料，包含用于燃烧室(例如，熔炉)的燃料、诸如铁矿石的开采物料和食物供给系统中的食物。本发明的一个特定示例是提供一种能够在燃烧室(例如，熔炉)中提供实质上稳定的燃烧的燃料供给设备，其可以被并入水泥生产线中。

背景技术：

1、在现有技术中，需要一种能够提供物料的恒定且受控的供给的物料供给设备。这种物料供给设备可以用于各种技术领域、诸如任何种类的散装物料的供给。特定的示例可以用于燃料系统和食物系统的供给。

2、许多制造工艺使用熔炉或燃烧室来灼烧或加热物料。使用来自熔炉的热的一个这种示例过程是水泥的制造。

3、在水泥生产线中，在物料被压碎并碾碎成细粉后，物料行进到预热塔(或煅烧炉)中，在该处可以将物料从60摄氏度加热到900摄氏度。然后物料行进到其他的加热阶段、已知为窑。窑将物料加热到例如约1400摄氏度，从而使得能够发生必要的化学反应，使得输出物料为“熟料”。然后将熟料冷却并加工成水泥。

4、上述这两个加热阶段通常都经由热气体进行加热，热气体从熔炉被供给至相关的阶段、即预热塔和窑。熔炉由燃料加热，并以常规的方式进行燃烧。替选地，燃料可以直接在预热塔或窑中进行灼烧。

5、燃料的量(即，供给速率)和质量(例如，专用元素的含量、热值、湿度)是除了氧气之外决定燃烧室或熔炉被加热到何种温度的两个主要因素。在诸如水泥生产的许多工艺中，加热/热气体需要具有恒定的质量/处于恒定的温度下，以确保输出产品的高质量。因此，有必要准确地控制进入熔炉的燃料的能量。燃料的流率可以经由质量流率或体积流率来测量。

6、传统上，在燃烧室中已经使用了标准的碳氢燃料。诸如煤的传统燃料提供良好的灼烧特性，并提供恒定的结果，这对于水泥生产工业而言是非常重要的。然而，为了改善环保资质，熔炉可以被用于灼烧废弃燃料，以便显著降低对矿井和使用煤的要求，并且还减少与分解气体的相关释放的废物填埋，这总体而言对环境有益。

7、为了将替选燃料引入水泥制造的过程中，通常利用次级燃料供给。主供给通常来自传统的燃料，诸如煤、油和气体。次级供给通常是替选燃料，诸如生物燃料、废物衍生燃料、农业生物质和垃圾衍生燃料(rdf)。

8、热值(cv)是加热功率的量度，并且与燃料中物料的组成有关。这通常以mj/kg进行测量。燃料的cv越高，熔炉中的温度将越高(如果其他参数保持不变的话)。

9、与传统燃料相比，使用替选燃料的主要缺点之一是在一批替选燃料内存在物料的非均匀的混合物。这导致在熔炉中使用的燃料的单位体积cv发生变化。例如，在一个特定立方米的燃料中的cv(由于特定的物料)可能高于被供给到熔炉中的相同燃料的另一特定立方米的燃料中的cv。当使用传统燃料(例如煤、油和气体)时，不太可能发生热值的这种大的变化。

10、当使用替选燃料时解决该问题的当前方案是使用间接反馈回路，其测量熔炉的温度，并相应地调节燃料的供给参数(质量或体积流率)。例如，如果熔炉变得太热，则被添加到系统中的燃料的体积流率可以被降低，而如果熔炉不够热时，则可以相反地进行。应当注意，该燃料通常在熔炉的上游被添加到系统中，并且必须在进入熔炉之前经过加工或运输的若干阶段。这使得反馈回路具有大量的时间“滞后”。温度的波动也可能降低输出物料“熟料”的质量。

11、pct申请“wo 2021/045911 a1-激光诱导光谱系统和工艺”整体也通过引用并入本文。

技术实现思路

1、出于上述原因，本发明的至少一个方面的目的是消除或减轻上述问题中的至少一者或多者。

2、本发明的至少一个方面的另一个目的是提供一种用于供给物料以实现实质上稳定的物料供给的改进的物料供给设备和方法。

3、本发明的至少一个方面的另一个目的是提供一种能够减少物料供给速率在短时间段(例如，诸如在约1秒、10秒、100秒)内的变化以及在长时间段(例如，诸如约1小时、1天和10天等)内的变化的改进的物料供给设备和方法。

4、本发明的又一个目的是提供一种提供更准确和/或恒定的物料供给的改进的物料供给设备和方法。

5、本发明的又一个目的是提供一种能够在线监测并改变被供给的物料的量的改进的物料供给设备和方法。

6、根据本发明的第一方面，提供了一种物料供给控制设备，包括：

7、供给速率测量装置，能够提供物料的在线质量和/或体积流量测量；和

8、物料感测装置，能够提供物料的在线含量测量；

9、其中物料供给控制设备能够提受控的供物料含量的供给。

10、一般而言，本发明涉及一种物料供给控制设备和方法，包括能够提供受控的物料供给的供给速率测量装置和物料感测装置。由此，调节物料的供给以提供最佳的供给。

11、在特定的实施方式中，被供给的物料可以是例如任何合适的散装物料，包含用于燃烧室(例如，熔炉)的燃料、诸如铁矿石的开采物料和食物供给系统中的食物。

12、物料的在线含量测量可以确定被供给的物料的组成(即，化学成分)。

13、在其他的实施方式中，在线含量可以是在线的在燃料供给设备中被供给的生热燃料的测量结果。替选地，在线含量可以是开采物料的含量和组成的测量结果，诸如铁矿中的离子的量和食物加工系统中蛋白质和/或脂肪和/或水的量等。

14、在其他的实施方式中，可以进行任何类型的在线元素分析，包含对被供给的物料的量和/或元素化学组成的测量。例如，这可以包含：被供给的物料的碳、氢、氧、水、脂肪、和/或蛋白质的量。

15、本发明的一个特定示例是提供一种能够在燃烧室(例如，熔炉)中提供实质上稳定的燃烧的燃料供给设备，其可以被并入水泥生产线中。

16、可以实时地执行物料的在线质量和/或体积测量和物料的在线含量测量。

17、替选地，可以根据具体要求并根据供给控制设备的处理能力在期望的预设时间执行物料的在线质量和/或体积测量和物料的在线含量测量。因此，可以按需或以规则的离散频率执行在线质量和/或体积测量和在线含量测量。

18、此外，本发明因此可以通过提供对被供给的物料的在线实时含量分析从而使得能够不断地调整和/或改变物料的供给速率以提供最佳的供给条件来提供供给过程的改进的控制。如所提到的，可以供给包含用于燃烧室(例如，熔炉)的燃料、诸如铁矿石的开采物料和食物供给系统中的食物等一系列的物料。任何合适种类的散装物料可以是根据本发明的受控的供给设备的一部分。

19、本发明通过提供对被供给的物料在线实时含量(即，组成)分析从而使得能够不断地调整和/或改变物料的供给速率以提供最优的处理条件来提供过程的改进的控制。

20、本发明的一个特定示例是通过提供对被供给的燃料的在线实时生热分析从而使得能够不断地调整和/或改变燃料的供给速率以提供最优的燃料条件来提供对燃烧过程的改进的控制。

21、物料供给控制设备可以提供一种减少物料供给速率在短时间段(例如，诸如在约1秒、约10秒、约100秒)内的变化以及在长时间段(例如，诸如约1小时、约1天和约10天等)内的变化的设备和方法。

22、供给速率测量装置可以是质量供给速率测量装置。

23、本发明的物料供给控制设备具有许多技术优点，诸如对功耗的改进、对最终产品(例如水泥、熟料、原料转化、食品等)的质量的改进以及显著降低了排放的不环保气体(例如，co2、粉尘、nox、so2和co等)的量。

24、利用本发明的物料供给控制设备可以实现例如至少约5％至20％的功耗降低。这可以通过对在过程(例如，燃烧)中产生的热进行的回收和/或对可被用于向预热装置或室(例如，燃烧室)提供热的物料(例如，水泥)进行的处理得以实现。这显著节约了成本，因为在诸如水泥生产的生产线中使用大量功率。此外，利用大幅改进的物料的受控供给能够实现更稳定的燃烧和/或工艺条件，这能够实现最终产品(例如水泥、熟料、转换的原料、食品等)的大幅改进的质量。

25、物料供给控制设备可以包括能够对从供给速率测量装置和/或物料感测装置收集的测量结果和数据进行分析的控制系统。根据控制系统的处理能力的需要，控制系统实时或替选地在期望的时间分析测量结果。

26、供给速率测量装置可以通过例如使用负荷感知器来测量质量流率。

27、控制系统可以以可操作的方式被连接至物料的输入供给部，其可以调节物料的流率以实现所需的实质上恒定的输入供给。例如，稳定的生热输入供给可以得到稳定的燃烧特性，从而得到稳定和/或可控的燃烧室温度。

28、控制系统可以被连接到可调节的燃烧室控制部和/或任何其他类型的处理控制部，并且其中来自物料感测装置的数据可以被用于调节燃烧室控制部和/或任何其他类型的处理室控制部。

29、此外，由于可以对物料供给进行准确的控制，这使得能够实现特定地控制处理(例如，熔炉)条件以提供所需的反应条件的可能性来提供具有一致的高质量的所期望的最终产品。

30、因此，物料供给控制设备通过受控的物料供给提供了实质上稳定的物料供给。其的一个特定示例是向燃烧室(例如，熔炉)提供受控的燃料供给。因此，物料供给控制设备可以被视为能够在燃烧室(例如，熔炉)和/或任何其他类型(诸如在供给诸如铁矿石的开采物料中和在食物供给系统中的食物中)的处理中实现稳定/优化的燃烧的物料供给器。

31、在特定的实施方式中，供给控制设备因此可以用于供给为燃料的形式的不均匀的、易挥发的散装物料，以实现在燃烧室(例如，熔炉)中稳定的燃烧。因此，本发明的燃料供给控制设备能够实现燃料的更准确和/或恒定的供给过程，以在一系列制造过程中实现稳定的燃烧。燃料可以被限定为生热物料。

32、本技术旨在同样适用于任何燃烧或基于固体的能量转化过程。在特定的实施方式中，本发明的能量转化设备和方法包含例如水泥生产、基于燃烧的发电、热解、汽化炉、石灰窑、碳转化、化铁炉等。

33、物料供给控制设备可以与在供给器运输线中的诸如螺旋运输机的运输装置组合。供给器可以提供例如由待被运输至生产线的物料的受控的量。

34、物料(例如，燃料)供给设备可以将物料(例如，燃料)运输至例如水泥生产线、用于产生能量的任何类型的基于固体燃烧的燃烧或基于固体到能量或流体的转化。

35、通常，可以设有任意合适数量的供给速率测量装置。供给速率测量可以是实时在线质量流率测量装置。例如，可以设有单个实时在线质量流量测量装置或多个实时在线质量流量测量装置。

36、质量流量测量装置可以提供对进入诸如燃烧室的室的物料的质量流量测量。

37、质量流量测量装置可以是能够测量通过物料供给控制设备被供给的物料的质量(即，称重)的任何合适的装置。

38、在特定的实施方式中，质量流量测量装置可以是至少一个或多个重量传感器。

39、在其他的实施方式中，质量流量测量装置可以是单或双螺旋供给器、带式供给器、振动供给器或旋转阀式供给器等。

40、在其他的实施方式中，质量流量测量装置可以是负荷感知器。可以设有至少一个或多个负荷感知器。负荷感知器可以测量被供给的物料的质量。

41、质量流量测量装置可以不断地和/或间歇地监测被供给的物料的质量。

42、物料供给控制设备因此可以测量物料的组成(即，种类)和多少物料被送到供给器。该测量可以实时地和/或间歇地进行。例如，在燃料供给控制设备中，可以测量被供给的燃料的含量以及多少燃料被供给。在其他的示例中，诸如在与食物相关的过程中可以测量被供给的物料的含量以及多少物料被供给。食物的测量可以包含食物的蛋白质和/或脂肪的量。在其他的示例中，可以测量诸如铁矿石的开采物料的含量、被供给的铁的量。

43、物料供给设备还可以包括料斗，物料可以通过料斗被供给。料斗还可以包括至少一个或一组搅拌器以辅助物料流动。

44、可以初始以大致竖直的方式和/或大致水平的方式将物料供给到物料供给控制设备中。

45、物料感测装置可以是能够确定被供给到物料供给控制设备中的物料的组成(即，种类)的任何合适形式的装置。

46、物料感测装置可以提供被供给的物料的含量和组成的在线实时测量。这可以包含被供给的物料的化学元素组成，例如铁矿石中的铁的量和被供给的物料的碳、水、氧、脂肪和/或蛋白质的元素组成。在特定的实施方式中，物料感测装置可以被限定为生热分析器，其可以提供燃料的热值的实时数据。

47、通常，物料感测装置可以是光谱技术、诸如激光光谱技术。

48、在特定的实施方式中，物料感测装置可以是激光诱导击穿光谱仪(libs)。在这种光谱技术中，脉冲激光器可以用于从物料分解少量物质。从物料分解的少量物质可以被离子化并形成局部等离子体。等离子体可以从物料发射光频率的光谱。光的光谱可以由光谱仪收集并分析以确定燃料的元素成分。在pct申请的“wo 2021/045911 a1-激光诱导光谱系统和工艺”中描述了这种技术，该申请通过引用并入本文。

49、替选地，可以使用任何其他类型的光谱或在线元素分析技术来确定被供给到物料供给控制设备中的物料的元素组成(即，种类)。

50、光谱技术可以实现对从物料发射的等离子体的分析。光谱仪可以用于将来自等离子体羽流的光转换并解释为作为波长函数(即，颜色)的相对强度。诸如nist(国家标准和技术研究院)的公知的数据库可以用于将来自光谱仪的光谱峰值与具体的原子元素或分子相关联。相应的光谱峰值下的面积可以用于计算每种相应的元素的相对量。(例如，使用洛伦兹线型)可以从每个光谱峰值拟合出曲线。由于指数振动布居弛豫(在其中相干性寿命远小于振幅相关时间)，使用洛伦兹线型可能是有利的。然后可以对每条拟合曲线进行积分以找到每条曲线下的面积。在多条(即，元素)曲线中的每一条下的面积的相对量与被分析的物料中的这些元素的相对丰度成比例。

51、作为替选的物料感测装置，可以使用pgna(瞬发伽马中子活化)技术。可以使用任何其他合适的物料感测装置或技术。

52、物料供给控制设备可以包括出口供给器，以受控的方式被供给的物料可以通过该出口供给器离开。然后，物料可以进入生产线、诸如水泥生产线。该物料还可以进入一系列其他生产线，诸如对开采物料(诸如铁矿石)和食物供给系统进行处理以及对蛋白质和/或脂肪含量进行监测。

53、因此，物料供给控制设备可以测量(即，确定)什么物料以及多少物料被送入供给器中。因此可以控制和/或监测离开物料供给控制设备的物料的量。可以实时地和/或间歇地进行控制和/或监测，从而使得能够获得高度准确的物料供给。

54、在将物料供给到物料供给控制设备中之前，物料可以初始被研磨和/或磨碎和/或打碎。因此，研磨设备用于减小被供给到物料供给控制设备中的物料的规格。例如，在研磨过程期间，颗粒规格可以从约80至100mm降低到小于10mm。

55、在被供给的物料为燃料的特定的实施方式中，燃料可以是任何合适种类的燃料物料。例如，燃料可以是主要燃料和/或次级燃料。主要供给可以是诸如煤、油和气体的传统物料。次级供给可以是任何合适的替选燃料，诸如生物燃料、废物衍生燃料、农业生物质、食物和食物残渣(例如，任何种类的食物残渣物料、诸如花生)和/或垃圾衍生燃料(rdf)。次级供给还可以选自以下各项中的任一项或其组合：切碎的塑料、箔碎片、经过调理的污水污泥、木屑和锯料、切碎的或完整的轮胎、棕榈仁壳、稻壳、动物饲料等。

56、根据本发明的第二方面，提供了一种燃料供给控制设备，包括：

57、供给速率测量装置，能够提供燃料的在线质量和/或体积流量测量；和

58、物料感测装置，能够提供燃料的在线热值测量；

59、其中燃料供给控制设备能够提供燃料的受控的生热供给。

60、根据本发明的第三方面，提供了一种提供受控的物料供给的方法，包括：

61、提供能够提供物料的在线质量和/或体积流量测量的供给速率测量装置；并且

62、提供能够提供物料的在线含量测量的物料感测装置；

63、从而提供受控的物料供给。

64、可以实时地执行物料的在线质量和/或体积测量和物料的在线含量测量。

65、供给速率测量装置和物料感测装置可以是如在第一和第二方面中限定的物料供给设备的形式。

66、供给速率测量装置可以是质量流率测量装置。

67、该方法可以是例如任何燃烧或基于固体的能量转化过程的一部分。在特定的实施方式中，能量转化方法可以包含例如水泥生产、基于燃烧的发电、热解、汽化炉、石灰窑、碳转化、化铁炉等。

68、在其他的实施方式中，该方法可以是例如包含诸如铁矿石的开采物料和食物供给系统中的食物的一系列散装物料的供应的一部分。

69、根据本发明的第三方面提供了一种设备，包括：

70、室；

71、输入供给部，用于将物料供给到室中；

72、物料供给控制设备，以可操作的方式连接至输入供给部；

73、物料供给控制设备包括能够提供物料的在线质量和/或体积流量测量的供给速率测量装置和能够提供物料的在线含量值测量的物料感测装置；

74、其中物料供给控制设备能够提供物料到室的受控的供给。

75、物料供给控制设备可以是如在第一和第二方面中所限定的。

76、在特定的实施方式中，室可以是燃烧室。燃烧设备可以形成例如任何燃烧或基于固体的能量转化设备的一部分。在特定的实施方式中，能量转化设备可以包含例如水泥生产设备、基于燃烧的发电设备、热解设备、汽化炉设备、石灰窑、碳转化设备、化铁炉等。

77、在其他的实施方式中，室可以是用于食物加工或处理诸如开采物料的任何其他物料的室。

78、设备可以包括诸如煅烧炉的预热装置。

79、室可以是能够灼烧和/或输送和/或处理物料的合适的室。

80、在特定的实施方式中，室可以是燃烧室，其可以是能够灼烧主要和/或次级燃料的任何合适的室。燃烧室可以是例如熔炉或窑。

81、燃烧室可以是能够被加热到例如约1400℃的熔炉。

82、诸如水泥生产的原料可以被直接供给到燃烧室中。替选地，在特定的实施方式中，原料可以在诸如煅烧炉的预热装置中被预热然后被供给到燃烧室中。

83、物料供给控制设备可以向输入供给部提供物料的实质上恒定和受控的流动，该输入供给部然后用于将物料供给到室中。通常，输入供给部可以包括任何合适类型的运输或供给装置。

84、在特定的实施方式中，输入供给部可以包括以下各项中的任一项或其组合：螺旋供给器(例如，单或双螺旋供给器)、螺旋运输机、带式供给器、星形供给器、振动供给器、旋转阀式供给器等。

85、该设备可以包括多个物料供给控制设备。物料供给控制设备可以放置在设备中的多个位置处。

86、例如，物料供给控制设备可以用于控制和/或监测被供给至预热装置和/或室的物料(例如，主要和/或次级燃料)的量。

87、此外，物料供给控制设备可以用于控制和/或监测被供给到设备(例如，燃烧设备)中的原料的量。

88、熟料形式的被处理的物料(例如，水泥)可以从室离开设备。在特定的实施方式中，其他物料供给控制设备可以用于控制和/或监测离开设备的被处理的物料的量。

89、本发明的特定技术特征是，在设备中产生的热和/或物料(例如，水泥)的处理可以被回收并用于例如向预热装置和/或室(例如，燃烧室)提供热；或者将物料(例如，燃料)本身预热和/或干燥。因此，本发明的设备是高能效的。

90、物料供给控制设备可以位于室的上游。

91、设备可以包括位于输入供给部与室之间的运输线，其中质量流量测量装置和/或物料感测装置可以位于该运输线中。

92、根据本发明的第四方面提供一种燃烧设备，包括：

93、燃烧室；

94、输入供给部，用于将燃料供给到燃烧室；

95、燃料供给控制设备，以可操作的方式连接至输入供给部；

96、燃料供给控制设备包括能够提供燃料的在线质量和/或体积流量测量的供给速率测量装置和能够提供燃料的在线热值测量的物料感测装置；

97、其中燃料供给控制设备能够提供燃料到燃烧室的受控的供给。

98、根据本发明的第五方面，提供了一种向设备提供物料的实质上恒定且受控的流动的方法，包括：

99、提供室；

100、经由输入供给部将物料供给到室中；

101、将物料供给控制设备连接至输入供给部；

102、物料供给控制设备包括能够提供物料的在线质量和/或体积流量测量的供给速率测量装置和能够提供物料的在线含量测量的物料感测装置；

103、其中物料供给控制设备能够提供物料到室的受控的供给。

104、设备可以是如在本发明的任一前述方面中所限定的。

105、根据本发明的第六方面，提供了一种向燃烧设备提供燃料的实质上恒定且受控的流动的方法，包括：

106、提供燃烧室；

107、经由输入供给部将燃料供给到燃烧室中；

108、将燃料供给控制设备连接至输入供给部；

109、燃料供给控制设备包括能够提供燃料的在线质量和/或体积流量测量的供给速率测量装置和能够提供燃料的在线热值测量的物料感测装置；

110、其中燃料供给控制设备能够提供燃料到燃烧室的受控的供给。

111、设备可以是如在本发明的任一前述方面中所限定的。

112、根据本发明的第七方面，提供了一种用于控制物料到室的供给速率的设备，该设备包括：

113、室；

114、用于物料的输入供给部；

115、能够提供物料的在线质量和/或体积流量测量的供给速率测量装置和能够提供物料的在线含量测量的物料感测装置；以及

116、控制系统，其以可操作的方式被连接至输入供给部、供给速率测量装置和物料感测装置。

117、供给速率测量装置和物料感测装置可以是如在任一前述方面中所限定的。

118、根据本发明的第八方面，提供了一种用于控制燃料到燃烧室的供给速率的设备，该设备包括：

119、燃烧室；

120、用于燃料的输入供给部；

121、能够提供燃料的在线质量和/或体积流量测量的供给速率测量装置和能够提供燃料的在线热值测量的物料感测装置；以及

122、控制系统，其以可操作的方式被连接至输入供给部、供给速率测量装置和物料感测装置。

123、供给速率测量装置和物料感测装置可以是如在任一前述方面中所限定的。