專利名稱：干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及新型干法水泥生產(chǎn)線的廢氣余熱回收和利用，特別涉及新型干法水泥生產(chǎn)線 窯頭熟料冷卻機廢氣余熱的回收并用于發(fā)電的領域。
背景技術：
在現(xiàn)有新型干法水泥窯純低溫余熱發(fā)電的工藝技術中，窯頭余熱鍋爐的熱源主要來自窯 頭冷卻機被冷卻熟料溫度在60(TC 40(TC和400°C~200°C的兩個冷卻篦床區(qū)域的料層上部取 出的余熱廢氣。實際應用過程中，受到熟料流量、料層厚度、篦下鼓風量、熟料粒徑大小等 多種因素的影響，料層上部的廢氣溫度往往會經(jīng)常性的大幅波動，嚴重影響窯頭余熱鍋爐的 蒸汽產(chǎn)量，進而也嚴重影響發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的穩(wěn)定和長時間穩(wěn)定。從實際情況看，冷卻機的 運行速度和其篦下的鼓風量都是由操作工憑經(jīng)驗進行操作的，難以在水泥生產(chǎn)線工況頻繁波 動的情況下保證水泥熟料冷卻效果的穩(wěn)定，也很難保證其篦上熱風溫度的穩(wěn)定。同時，按現(xiàn) 有新型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電工藝技術建設相應余熱發(fā)電裝置以后，仍有100-150 °。左右大量的約占窯頭總余熱資源的20%左右的低溫余熱未被利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在保證水泥熟料按水泥工藝技術要求得到有效冷卻的前提下，通過對 冷卻機實施熱風循環(huán)的技術措施、通過對冷卻機內(nèi)料層厚度和其篦下鼓風量的控制和調(diào)節(jié)， 來穩(wěn)定和提高窯頭余熱鍋爐從冷卻機取風的溫度，以促進余熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量和余熱發(fā)電系統(tǒng) 發(fā)電量的穩(wěn)定和提高，同時，提高窯頭冷卻機廢氣余熱資源的綜合利用效率。
本發(fā)明的原理是在保證冷卻機出料溫度符合新型干法水泥生產(chǎn)要求的基礎上，在窯頭 冷卻機被冷卻熟料溫度在60(TC 20(TC范圍內(nèi)的冷卻篦床區(qū)域內(nèi)，通過有效控制冷卻機內(nèi)的 料層厚度和提高對應該區(qū)域用于熟料冷卻的冷卻風溫度，來控制和提高與熟料換熱后料層上 部的熱風溫度。根據(jù)對應料層上部的熱風溫度，冷卻機內(nèi)的料層厚度和冷卻風的溫度可以進 行調(diào)整。料層上部熱風溫度較高時，降低冷卻機內(nèi)的料層厚度和冷卻風溫度，反之則增加冷 卻機內(nèi)的料層厚度和冷卻風溫度。同時，按照冷卻機的熟料出料的溫度，冷卻風的風量也可 以進行調(diào)整，出料溫度較高時，增加冷卻風的風量，反之則減少冷卻風的風量。
本發(fā)明的技術方案是干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制方法，其特征 在于A、對冷卻機篦床上被冷卻的熟料的出料溫度進行適時動態(tài)測量；B、對冷卻機篦床的篦速進行適時動態(tài)監(jiān)控；C、通過對被冷卻的熟料的出料溫度和冷卻機篦床篦速的動態(tài)調(diào)整， 進而調(diào)整和控制冷卻機冷卻篦床上的熟料料層厚度；D、在窯頭冷卻機被冷卻熟料溫度在600
'C-20(TC的冷卻篦床區(qū)域，增加對應篦下鼓風機引用頭對空排放的溫度在80'C-12(TC的頭排 廢氣分別引至窯頭冷卻機被冷卻水泥熟料溫度在60(TC-40(TC和40(TC-200。C的兩個冷卻篦床 區(qū)域所對應的篦下鼓風機入口 ，經(jīng)鼓風機分別鼓入對應的冷卻篦床區(qū)域用作水泥熟料冷卻的 冷卻風，全部或部分替代原來鼓入該兩個冷卻區(qū)域的環(huán)境空氣；E、在60(TC-40(TC和40(TC-200 'C的兩個冷卻篦床區(qū)域冷卻風與水泥熟料進行換熱后，把500'C-350'C和35(TC-20CrC范圍內(nèi) 的熱風從設在該兩個冷卻篦床區(qū)域的冷卻機上部的取風口取出，送至余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭余 熱鍋爐；F、經(jīng)換熱降溫后的熱風從窯頭余熱鍋爐的排煙口排出，經(jīng)原水泥窯系統(tǒng)除塵器、窯 頭引風機再次引至窯頭排空煙囪；G、依據(jù)被冷卻機冷卻的熟料的出料溫度，來控制引至窯頭 冷卻機被冷卻水泥熟料溫度在60(TC-40(TC和40(TC-20(rC的兩個冷卻篦床區(qū)域所對應的篦下 鼓風機入口的風溫和風量，進而調(diào)整了送至余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭余熱鍋爐的廢熱風風溫和風 量，從而完成頭排廢氣及其余熱資源的循環(huán)再利用。所述的熱風循環(huán)的冷卻風溫度是根據(jù)窯 頭余熱鍋爐取風溫度的實際狀況，可實時自動調(diào)整和控制。所述的冷卻風的實際工作風量是 根據(jù)冷卻機的實際熟料出料溫度，可實時自動調(diào)整和控制。
干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制裝置，它由新型干法水泥窯窯頭冷 卻機、篦下鼓風機、窯頭余熱鍋爐系統(tǒng)、窯頭除塵器、窯頭引風機、煙囪和中央控制裝置， 及其引風、排風管道，其特征在于在冷卻機二風室的頂部增設至少一臺高溫型雷達物位測 量儀，直接測量冷卻機內(nèi)實際的料層厚度；在冷卻機出料口處增設一臺紅外溫度測量儀，直 接測量冷卻機內(nèi)水泥熟料的實際溫度；在中央控制裝置中增設了與高溫型雷達物位測量儀連 接通路，并設有控制冷卻機篦速回路，在中央控制裝置中增設了與紅外溫度測量儀連接通路， 并設有控制鼓風機輸出風量的回路；在窯頭冷卻機被冷卻熟料溫度在60(rC-20(TC的冷卻篦床 區(qū)域，對應各供風風室的風機換成大風量、高全壓的風機，每臺風機釆用變頻托動，作為對 應篦下的鼓風機，以及對應篦下鼓風機引用頭排廢氣的取風、引風裝置及其風溫、風量調(diào)節(jié) 裝置等構(gòu)成廢熱風的循環(huán)利用裝置。經(jīng)鼓風機的冷卻風與水泥熟料進行換熱后，再從設在該 兩個冷卻篦床區(qū)域的冷卻機上部的熱風取風口取出，送至余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭余熱鍋爐，經(jīng) 換熱降溫后的熱風從窯頭余熱鍋爐的排煙口排出，經(jīng)原有除塵器、窯頭引風機、窯頭排空煙 囪排放。所述的冷卻風的取風位置設在水泥生產(chǎn)線窯頭排風機出口后的排空煙囪上。所述的 料厚測試儀直接測量的數(shù)據(jù)，送到中央控制裝置中，經(jīng)過分析、處理，再根據(jù)處理后的數(shù)據(jù) 由中央控制裝置對料層厚度和物料溫度進行適時穩(wěn)定控制。所述的高溫型雷達物位測量儀直接安裝在冷卻機二風室的頂部，并對高溫型雷達物位測量儀進行冷卻。
在生產(chǎn)過程中，窯頭冷卻機被冷卻熟料溫度在60(TC 20(TC的冷卻篦床區(qū)域，增加對應 篦下鼓風機引用頭排廢氣的取風、引風裝置和風溫、風量調(diào)節(jié)裝置，將窯頭余熱鍋爐排氣與 冷卻機直接排氣相混合后的，經(jīng)窯頭廢氣除塵裝置除塵后的，溫度在80。C 12(TC的，原來全 部直接對空排放的頭排廢氣(簡稱熱風)，分別引至窯頭冷卻機被冷卻水泥熟料溫度在60(TC 40(TC和4(XrC 20(TC的兩個冷卻篦床區(qū)域所對應的篦下鼓風機入口，經(jīng)鼓風機分別鼓入對 應的冷卻篦床區(qū)域用作水泥熟料冷卻的冷卻風，全部或部分替代原來鼓入該兩個冷卻區(qū)域的 環(huán)境空氣，此冷卻風與水泥熟料進行換熱后，再從設在該兩個冷卻篦床區(qū)域上部的熱風取風 口取出，送至余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭余熱鍋爐，經(jīng)換熱降溫后的熱風從窯頭佘熱鍋爐的排煙口 排出，經(jīng)除塵器和窯頭引風機后再次送至窯頭排空煙囪，完成頭排廢氣及其余熱資源的循環(huán) 再利用；2)在冷卻機二風室的頂部增設一臺高溫型雷達物位測量儀，直接測量冷卻機內(nèi)實際 的料層厚度；3)在冷卻機出料口處增設一臺紅外溫度測量儀，直接測量冷卻機內(nèi)實際的料層 溫度；4)以所需的料層厚度做給定值，增設一套料層厚度的自動控制回路，當料層厚度超過 設定值值時，適當提高冷卻機的運行速度，若料層厚度低于設定值時，則適當降低冷卻機的 運行速度，實施料層厚度的適時自動控制，使實際料層厚度始終保持在其對應的設定值附近； 5)以所需冷卻機篦上熱風溫度做給定值，增設一套冷卻機篦上風溫的自動控制回路，當篦上 熱風溫度超過設定值時，適當增加其對應的篦下鼓風機入口熱、冷風閥的開度，若蓖上熱風 溫度低于設定值時，則適當減少其對應的篦下鼓風機入口熱、冷風閥的開度，實施篦上熱風 溫度的實時自動控制，使實際篦上熱風溫度始終保持在其對應的設定值附近，同時，在保證 篦上熱風溫度的基礎上，盡量提高篦上熱風風量。
所述的引用頭排廢氣的取風裝置和風溫、風量調(diào)節(jié)裝置，由設在頭排廢氣排空煙囪上的 取風調(diào)節(jié)閥，輸送總熱風的熱風總管，將熱風分別送至被冷卻熟料溫度在600'C 40(TC和400 X^20(TC兩個冷卻篦床區(qū)域所對應篦下鼓風機入口的熱風支管，設在熱風支管上鼓風機進口 前的熱風調(diào)節(jié)閥和冷風調(diào)節(jié)閥，以及用于鼓風機變速傳動的變頻調(diào)速器等共同構(gòu)成。
本發(fā)明的優(yōu)點在于在保證水泥熟料得到充分冷卻的同時，可以穩(wěn)定和提高窯頭余熱鍋 爐從冷卻機的取風溫度，進而穩(wěn)定和提高余熱鍋爐進風溫度和產(chǎn)汽量，穩(wěn)定和提高余熱發(fā)電 的發(fā)電量，同時，提高水泥窯余熱資源的綜合利用率。


圖1為新型干法水泥生產(chǎn)線窯系統(tǒng)流程簡圖； 圖;2為本發(fā)明冷卻機熱風循環(huán)系統(tǒng)流程圖；圖3為本發(fā)明冷卻機料層厚度和出料溫度測量示意圖4為本發(fā)明冷卻機熱風循環(huán)控制原理圖5為本發(fā)明冷卻機料層厚度控制邏輯圖6為本發(fā)明2000t/d水泥生產(chǎn)線冷卻機熱風循環(huán)系統(tǒng)流程圖。
圖中1-熟料冷卻機，2-旋轉(zhuǎn)窯，3-三次風管，4-熟料破碎機，5-熟料提升機，6-冷卻機 直接排風管，7-除塵器，8-窯頭引風機，9-窯頭煙囪，10-熟料溫度在60(TC 40(TC的冷卻區(qū) 域，11-熟料溫度在400"C 20(TC的冷卻區(qū)域，12-熟料溫度在20(TC 100。C的冷卻區(qū)域，13-余熱發(fā)電中溫風取風管，14-余熱發(fā)電低溫風取風管，15-取風調(diào)節(jié)閥，16-總熱風調(diào)節(jié)閥，17-熱風鼓風機，18-熱風鼓風機，19-熱風調(diào)節(jié)閥，20-扭風調(diào)節(jié)閥，21-冷風調(diào)節(jié)閥，22-冷風調(diào) 節(jié)閥，23-料層厚度測量儀，24-出料溫度測量儀。 具體實施例
以2000t/d新型干法水泥線4.5MW余熱發(fā)電項目中得到了具體實際的應用為例。該水泥 生產(chǎn)線于2005年投產(chǎn)，余熱發(fā)電于2007年5月并網(wǎng)發(fā)電。由于水泥生產(chǎn)線工藝參數(shù)的經(jīng)常 性大幅度波動，余熱發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常性受到嚴重影響，窯頭余熱鍋爐產(chǎn)汽量波動較大，余熱發(fā) 電系統(tǒng)運行不太正常。因此，水泥廠決定增加冷卻機的熱風循環(huán)及控制方法，以穩(wěn)定和提高 窯頭余熱鍋爐爐的蒸汽產(chǎn)量。為了不影響水泥生產(chǎn)線相關工藝的穩(wěn)定、安全運行，本應用案 例中，采用熱風循環(huán)及控制方法獨立自成系統(tǒng)的技術方案，可根據(jù)余熱發(fā)電和水泥生產(chǎn)線的 實際運行情況和要求靈活投入和解列。
工藝和裝置在窯頭排煙煙囪上設置一個取風調(diào)節(jié)閥(15)，(括號內(nèi)的數(shù)字為附圖中的 設備編號，以下同)，增加自排煙煙囪到冷卻機4、 5風室篦下的輸送熱風的熱風總管和分封 支管，并在熱風總管上增設總熱風調(diào)節(jié)閥(16)，并更換原4風室(10)、 5風室(11)的鼓 風機(17、 18)，并在4、 5風室鼓風機(17、 18)的進口處分別設置相應的熱風調(diào)節(jié)閥(19、 20)和冷風調(diào)節(jié)閥(21、 22)，如圖6。在篦冷機一段二風室頂部裝設置一臺進口雷達料位計
(23)，該雷達料位計工作溫度為120(TC，考慮到安全因素，加裝一套壓縮空氣冷卻裝置， 保證料位計能夠正常工作;在篦冷機二段五風室頂部裝設置一臺進口雷達料位計(24)，該雷 達料位計工作溫度為60(TC，考慮到五風室正常熟料溫度為450-30(TC，該區(qū)域不需要設置冷 卻裝置，如圖6。
控制和調(diào)節(jié)
1、水泥生產(chǎn)線剛啟動時，冷卻機熱風循環(huán)系統(tǒng)不能馬上投入。要求取風調(diào)節(jié)閥(15)、 4風室冷風閥、21)、 5風室冷風閥(22)處于全開狀態(tài)，要求4風室熱風閥(19)、 5風室熱風 閥(20)處于全關狀態(tài)。
2、水泥生產(chǎn)線投料正常后，冷卻機熱風循環(huán)系統(tǒng)可視實際情況適時投入。熱風循環(huán)系 統(tǒng)投入后1)、當冷卻機4風室的引風風溫低于余熱發(fā)電規(guī)定取風溫度時，緩慢打開4風室 的熱風閥(19)，同時，緩慢關閉4風室的冷風閥門(21);反之，則緩慢關閉4風室的熱風 閥(19)，同時，緩慢打開4風室的冷風閥門(21)。 2)、當冷卻機5風室的引風風溫低于余 熱發(fā)電規(guī)定取風溫度時，緩慢打開5風室的熱風閥(20)，同時，緩慢關閉5風室的冷風閥門 (22);反之，則緩慢關閉4風室的熱風閥(20)，同時，緩慢打開5風室的冷風閥門(22)。 3)、根據(jù)熟料冷卻的實際情況，通過調(diào)整相應鼓風機變頻調(diào)速器的轉(zhuǎn)速，鼓入4風室(10)、 5風室(11)的冷卻風量可以實時進行調(diào)節(jié)。4)、兩臺料位計的測量信號通過電纜送到中控 室DCS系統(tǒng)，通過專家系統(tǒng)軟件分析后，將原來的主要(主要)測量參數(shù)篦下壓力作為新型 控制方法的前饋信號，通過調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，直接控制變頻調(diào)速電機來控制篦板的運動速度， 將篦冷機料層厚度相應控制在400士80mm， 二段料層厚度穩(wěn)定控制在500士50mm，料層厚度 穩(wěn)定以后，二風室廢氣溫度也穩(wěn)定在900土50'C，五風室廢氣溫度穩(wěn)定在340士2(TC。
在具體應用案例中，上述調(diào)節(jié)由設置在DCS系統(tǒng)中的相應自動調(diào)節(jié)或控制功能自動完 成，必要時也可手動操作，操作邏輯如圖4、圖5。
該應用案例于2008年3月完成相應工程施工并投入使用。經(jīng)三個多月的實際運行和實 際驗證，該冷卻機熱風循環(huán)系統(tǒng)及控制方法各部分運行正常，對窯頭余熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量的穩(wěn) 定和提高有明顯的效果，達到了本發(fā)明和應用工程設計的預期目標。
權(quán)利要求
1、干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制方法，其特征在于A、對冷卻機篦床上被冷卻的熟料的出料溫度進行適時動態(tài)測量；B、對冷卻機篦床的篦速進行適時動態(tài)監(jiān)控；C、通過對被冷卻的熟料的出料溫度和冷卻機篦床篦速的動態(tài)調(diào)整，進而調(diào)整和控制冷卻機冷卻篦床上的熟料料層厚度；D、在窯頭冷卻機被冷卻熟料溫度在600℃-200℃的冷卻篦床區(qū)域，增加對應篦下鼓風機引用頭對空排放的溫度在80℃-120℃的頭排廢氣分別引至窯頭冷卻機被冷卻水泥熟料溫度在600℃-400℃和400℃-200℃的兩個冷卻篦床區(qū)域所對應的篦下鼓風機入口，經(jīng)鼓風機分別鼓入對應的冷卻篦床區(qū)域用作水泥熟料冷卻的冷卻風，全部或部分替代原來鼓入該兩個冷卻區(qū)域的環(huán)境空氣；E、在600℃-400℃和400℃-200℃的兩個冷卻篦床區(qū)域冷卻風與水泥熟料進行換熱后，把500℃-350℃和350℃-200℃范圍內(nèi)的熱風從設在該兩個冷卻篦床區(qū)域的冷卻機上部的取風口取出，送至余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭余熱鍋爐；F、經(jīng)換熱降溫后的熱風從窯頭余熱鍋爐的排煙口排出，經(jīng)原水泥窯系統(tǒng)除塵器、窯頭引風機再次引至窯頭排空煙囪；G、依據(jù)被冷卻機冷卻的熟料的出料溫度，來控制引至窯頭冷卻機被冷卻水泥熟料溫度在600℃-400℃和400℃-200℃的兩個冷卻篦床區(qū)域所對應的篦下鼓風機入口的風溫和風量，進而調(diào)整了送至余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭余熱鍋爐的廢熱風風溫和風量，從而完成頭排廢氣及其余熱資源的循環(huán)再利用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制方法，其特 征在于所述的熱風循環(huán)的冷卻風溫度是根據(jù)窯頭余熱鍋爐取風溫度的實際狀況，可實時自 動調(diào)整和控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制方法，其特 征在于所述的冷卻風的實際工作風量是根據(jù)冷卻機的實際熟料出料溫度，可實時自動調(diào)整 和控制。
4、 干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制裝置，它由新型干法水泥窯窯頭冷卻機、篦下鼓風機、窯頭余熱鍋爐系統(tǒng)、窯頭除塵器、窯頭引風機、煙囪和中央控制裝置，及其引風、排風管道，其特征在于在冷卻機二風室的頂部增設至少一臺高溫型雷達物位測量儀，直接測量冷卻機內(nèi)實際的料層厚度；在冷卻機出料口處增設一臺紅外溫度測量儀，直 接測量冷卻機內(nèi)水泥熟料的實際溫度；在中央控制裝置中增設了與高溫型雷達物位測量儀連 接通路，并設有控制冷卻機篦速回路，在中央控制裝置中增設了與紅外溫度測量儀連接通路， 并設有控制鼓風機輸出風量的回路；在窯頭冷卻機被冷卻熟料溫度在60(rC-20(TC的冷卻篦床 區(qū)域，對應各供風風室的風機換成大風量、高全壓的風機，每臺風機采用變頻托動，作為對 應篦下的鼓風機，以及對應篦下鼓風機引用頭排廢氣的取風、引風裝置及其風溫、風量調(diào)節(jié) 裝置等構(gòu)成廢熱風的循環(huán)利用裝置。經(jīng)鼓風機的冷卻風與水泥熟料進行換熱后，再從設在該 兩個冷卻篦床區(qū)域的冷卻機上部的熱風取風口取出，送至余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭余熱鍋爐，經(jīng) 換熱降溫后的熱風從窯頭余熱鍋爐的排煙口排出，經(jīng)原有除塵器、窯頭引風機、窯頭排空煙 囪排放。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制裝置，其特 征在于所述的冷卻風的取風位置設在水泥生產(chǎn)線窯頭排風機出口后的排空煙囪上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制裝置，其特 征是所述的料厚測試儀直接測量的數(shù)據(jù)，送到中央控制裝置中，經(jīng)過分析、處理，再根據(jù) 處理后的數(shù)據(jù)由中央控制裝置對料層厚度和物料溫度進行適時穩(wěn)定控制。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的干法水泥余熱利用中窯頭余熱鍋爐取風工藝的控制裝置，其特 征是所述的高溫型雷達物位測量儀直接安裝在冷卻機二風室的頂部，并對高溫型雷達物位 測量儀進行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型干法水泥生產(chǎn)線窯頭熟料冷卻機廢氣余熱的回收并用于發(fā)電的領域。在窯頭冷卻機被冷卻熟料溫度在600℃～200℃的冷卻箅床區(qū)域和保證冷卻機出料溫度符合要求的基礎上，通過利用對空排放的溫度在80℃-120℃的頭排廢氣作為對應該區(qū)域用于熟料冷卻的冷卻風，并有效控制冷卻機內(nèi)的料層厚度和提高對應該區(qū)域用于熟料冷卻的冷卻風溫度，來控制和提高與熟料換熱后料層上部的熱風溫度。根據(jù)對應料層上部的熱風溫度，冷卻機內(nèi)的料層厚度和冷卻風的溫度可以進行實時調(diào)控。優(yōu)點在于進而穩(wěn)定和提高余熱鍋爐進風溫度和產(chǎn)汽量，穩(wěn)定和提高余熱發(fā)電的發(fā)電量，同時，提高水泥窯余熱資源的綜合利用率。
文檔編號C04B7/47GK101407382SQ200810233558
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者常光明, 張自毅, 徐圣杰, 明 李, 楊振立 申請人:昆明陽光基業(yè)股份有限公司