一种玻璃窑炉氨水投放自动控制方法及系统

技术领域

本发明涉及玻璃窑炉氨水投放技术领域，特别是涉及一种玻璃窑炉氨水投放自动控制方法及系统。

背景技术

玻璃窑炉在运行过程中会定时的切换不同侧的燃烧系统，来保证燃烧室内的温度在系统需求的安全温度范围，伴随定时的换向过程，会出现两侧的温度在运行过程中会出现波动，出现温度差，温度的高低主要影响系统的NOX(即氮氧化物)的产生量，导致排放的有害气体超标排放。

通常情况下，玻璃窑炉的温度和压力均处在适宜的范围内时，为了达到整个系统的指定排放标准，需要根据窑炉的换火来改变氨水的投放量。实际的运行过程中，为了能够让投放氨水更快的参与反应，操作人员根据观察到的在线监测反馈数据和窑炉反馈的换向信号反复调整氨水泵的运行频率，调整过程重复繁琐，可能会产生视觉疲劳而导致误操作问题，从而影响投放氨水的效率和准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃窑炉氨水投放自动控制方法，用以解决现有技术存在的操作人员调节氨水泵运行频率容易引起疲劳而导致误操作，从而影响投放氨水的效率和准确性的问题；还提供了一种玻璃窑炉氨水投放自动控制系统，用于实现上述控制方法的过程。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种玻璃窑炉氨水投放自动控制方法，包括以下步骤：

1)采集玻璃窑炉左、右两侧的换火信号，以及测量出入口的氮氧化物含量；

2)根据换火信号，按照定时定频的投放方式进行投放，或者，根据出入口氮氧化物的含量，按照自动追踪的修正方式对相应侧的氨水投放目标值进行修正，以实现对氨水泵流量的控制，并达到最终的排放标准。

有益效果：本发明通过根据玻璃窑炉左、右两侧的换火信号、出入口的氮氧化物含量，采取不同的投放方式实现对氨水的投放时机和投放量的控制，不仅能够对氨水的投放实现智能化控制，以减少操作人员的工作量和避免因疲劳而导致误操作现象的发生，而且能够提高对氨水投放时机和投放量控制的精准度和投放效率，从而实现对氨水泵流量的控制，使得污染物排放量满足所需求的排放标准。

进一步地，定时定频的投放方式是指，根据相应侧的换火信号，给定氨水泵第一运行频率并持续第一设定时间，若当前侧换火信号保持不变，则给定氨水泵第二运行频率，直至接收到另一侧换火信号后，给定氨水泵第三运行频率并持续第二设定时间，若另一侧换火信号保持不变，则给定氨水泵第四运行频率，直至接收到当前侧换火信号后被第一运行频率替换。

有益效果：本发明根据换火信号实现对氨水泵在不同的时刻运行不同的频率的定时定频的投放方式的智能化控制，不仅能够减少操作人员的工作量，而且能够避免操作人员对氨水投放因疲劳而导致误操作，从而提高对氨水投放时机和投放量控制的精准度和投放效率。

进一步地，定时定频的投放方式中所采用的各个运行频率是根据相应侧的换火信号下的出入口的氮氧化物含量和/或出入口CEMS上传的测量数据设定的。

有益效果：本发明中定时定频的投放方案通过根据相应侧的换火信号下的出入口的氮氧化物含量和/或出入口CEMS上传的测量数据，给氨水泵设置不同的运行频率以实现对氨水投放量的控制，该控制方式灵活，而且能够提高不同运行阶段对氨水投放量控制的准确性。

进一步地，自动追踪的修正方式是指，按照第一修正系数对当前侧的氨水投放目标值进行修正，按照修后的投放量运行第三设定时间后，将污染物排放折算量和污染物排放参考量做对比，若污染物排放折算量小于等于污染物排放参考量，则继续执行该设定量，直到接收到另一侧换火信号；若污染物排放折算量大于污染物排放参考量，则在此基础上增加第二修正系数，延时第四设定时间后，若污染物排放折算量仍大于污染物排放参考量，则在此基础上继续增加一个修正系数并延时设定时间，依次循环，直至污染物排放折算量小于等于污染物排放参考量，并按照最终修正后的投放量投放，直到接到另一侧换火信号后执行另一侧投放标准；接收到另一侧换火信号后，利用当前侧最后一次修正后的投放量作为另一侧的氨水投放目标值，并将污染物排放折算量和污染物排放参考量做对比，若不满足排放标准，则按照上述修正原理进行修正，直至达到排放标准；

其中，污染物排放折算量是根据所测得的排放出的污染物中的氧含量及根据当地环保要求所设定的含氧量标准计算所得。

有益效果：本发明根据出入口氮氧化物的含量，制定出多个修正系数对各运行阶段的氨水投放目标值进行自动追踪方式的修正，不仅能够实现对氨水投放的智能化控制，而且能够进一步提高对氨水投放时机和投放量控制的精准度和投放效率。

进一步地，自动追踪的修正方式中所采用的各个修正系数均是根据氨水的实际反应效率和用量进行调整得到的。

有益效果：本发明通过根据氨水的实际反应效率和用量实现对自动追踪的修正方式中的各个修正系数的调节，从而提高对氨水投放量动态控制的精准度。

进一步地，氨水泵流量是通过调整氨水泵的运行频率或氨水泵的调节阀的开度进行控制的。

有益效果：本发明不仅能够通过调整氨水泵的运行频率实现对氨水泵流量的控制，而且能够通过对氨水泵的调节阀的开度调节实现对氨水泵流量的控制，能够提高对氨水泵流量控制的灵活性。

本发明还提供一种玻璃窑炉氨水投放自动控制系统，包括有采集单元和控制单元，采集单元用于采集玻璃窑炉左、右两侧的换火信号、出入口的氮氧化物含量；控制单元用于根据换火信号，按照定时定频的投放方式控制氨水泵的运行频率实现氨水的投放，或者，根据出入口氮氧化物的含量，按照自动追踪的修正方式对相应侧的氨水投放目标值进行修正，并控制氨水泵的调节阀实现氨水的投放，以达到系统最终的排放标准。

有益效果：本发明通过根据玻璃窑炉左、右两侧的换火信号、出入口的氮氧化物含量，采取不同的投放方式实现对氨水的投放时机和投放量的控制，不仅能够使得对氨水的投放得到智能化控制，以减少操作人员的工作量和避免误操作现象的发生，而且能够提高对氨水投放时机和投放量控制的精准度和投放效率，从而使得系统最终的污染物排放量满足所需求的排放标准。

进一步地，定时定频的投放方式是指，根据相应侧的换火信号，给定氨水泵第一运行频率并持续第一设定时间，若当前侧换火信号保持不变，则给定氨水泵第二运行频率，直至接收到另一侧换火信号后，给定氨水泵第三运行频率并持续第二设定时间，若另一侧换火信号保持不变，则给定氨水泵第四运行频率，直至接收到当前侧换火信号后被第一运行频率替换。

有益效果：本发明根据换火信号实现对氨水泵在不同的时刻运行不同的频率的定时定频的投放方式的智能化控制，不仅能够减少操作人员的工作量，而且能够避免操作人员对氨水投放的误操作，从而提高系统对氨水投放时机和投放量控制的精准度和投放效率。

进一步地，自动追踪的修正方式是指，按照第一修正系数对当前侧的氨水投放目标值进行修正，按照修后的投放量运行第三设定时间后，将污染物排放折算量和污染物排放参考量做对比，若污染物排放折算量小于等于污染物排放参考量，则继续执行该设定量，直到接收到另一侧换火信号；若污染物排放折算量大于污染物排放参考量，则在此基础上增加第二修正系数，延时第四设定时间后，若污染物排放折算量仍大于污染物排放参考量，则在此基础上继续增加一个修正系数并延时设定时间，依次循环，直至污染物排放折算量小于等于污染物排放参考量，并按照最终修正后的投放量投放，直到接到另一侧换火信号后执行另一侧投放标准；接收到另一侧换火信号后，利用当前侧最后一次修正后的投放量作为另一侧的氨水投放目标值，并将污染物排放折算量和污染物排放参考量做对比，若不满足排放标准，则按照上述修正原理进行修正，直至达到排放标准；

其中，污染物排放折算量是根据所测得的排放出的污染物中的氧含量及根据当地环保要求所设定的含氧量标准计算所得。

有益效果：本发明根据出入口氮氧化物的含量，制定出多个修正系数对各运行阶段的氨水投放目标值进行自动追踪方式的修正，不仅能够实现对氨水投放的智能化控制，而且能够进一步提高系统对氨水投放时机和投放量控制的精准度和投放效率。

进一步地，自动追踪的修正方式中所采用的各个修正系数均是根据氨水的实际反应效率和用量进行调整得到的。

有益效果：本发明通过根据氨水的实际反应效率和用量实现对自动追踪的修正方式中的各个修正系数的调节，从而提高对氨水投放量动态控制的精准度。

附图说明

图1是本发明的定时定频的投放方案原理图；

图2是本发明的氨水自动投放频率画面展示图；

图3是本发明的自动追踪的修正投放方案原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明技术原理及实际应用进行进一步详细说明。

玻璃窑炉氨水投放自动控制系统实施例：

本实施例的玻璃窑炉氨水投放自动控制系统，主要包括有采集单元和控制单元，采集单元用于采集玻璃窑炉左、右两侧的换火信号，以及测量出入口的氮氧化物含量；控制单元用于根据换火信号，按照定时定频的投放方式控制氨水泵的运行频率实现氨水的投放，或者，根据出入口氮氧化物的含量，按照自动追踪的修正方式对相应侧的氨水投放目标值进行修正，并控制氨水泵的调节阀实现氨水的投放，以实现对氨水泵流量的控制，并达到最终的排放标准。一方面能够对氨水的投放实现智能化控制，另一方面能够提高对氨水投放时机和投放量控制的精准度和投放效率。

本实施例的采集单元包括DCS(集散控制系统)或PLC(可编程逻辑控制器)，并通过DCS或PLC完成对玻璃窑炉左、右两侧的换火信号的采集，和对出入口的氮氧化物含量的测量。

下面分别按照定时定频的投放方式，或者按照自动追踪的修正方式对相应侧的氨水投放目标值进行修正，以实现对氨水的投放。

方案1：定时定频的投放方案

系统工作原理如图1所示，该玻璃窑炉设置有左侧和右侧两个燃烧器，用于实现玻璃窑炉内燃料的燃烧；在玻璃窑炉入口附近设置有入口CEMS(Continuous EmissionMonitoring System，烟气自动监控系统)，用于实现对玻璃窑炉入口附近氮氧化物等污染物的含量和氧气含量的检测；在入口CEMS远离玻璃窑炉入口一侧附近设置有氨水投放点，用于实现来自于氨水泵的A口或B口的氨水的投放，并且在氨水投放过程中通过压缩空气控制系统的压力值保持稳定；投放的氨水和从玻璃窑炉中溢出的氮氧化物等污染物在反应塔内部进行反应，然后经过除尘塔、风机系统之后通过烟囱将废气排出，在烟囱出口附近还设置有出口CEMS，用于实现对整个系统排出的氮氧化物等排放物含量和氧气含量的检测，并根据氧气含量的检测结果对实际的排放物含量进行折算。

在系统运行过程中，氨水的投放时机和投放量是直接影响整个系统排出的废弃物的含量是否达标的关键因素，因此，本实施例根据换火信号，按照定时定频的投放方式控制氨水泵的运行频率，以实现氨水的投放时机和投放量需要精准把控，使得整个系统排放的废弃物满足排放标准。

本实施例对氨水的投放方式主要是通过控制玻璃窑炉换火阶段和玻璃窑炉平稳阶段的氨水泵运行频率来改变窑炉燃烧换向后氨水泵流量和投放时间，以实现对氨水投放量的控制，具体实施过程如下：首先上位机采集窑炉换火信号，作为改变投放氨水频率的先决条件，上位机接收到L侧换火信号后进入窑炉换火阶段，系统会自动给定氨水泵一个固定频率SV1，运行设定时间T1后进入窑炉平稳阶段，系统再自动给定氨水泵一个新的运行频率SV2，频率SV2的运行时间主要看来自窑炉R侧的换向信号，如果系统没有接收到来自窑炉的R侧的换向信号，继续按照频率SV2运行；如果L侧信号消失，R侧没有信号，仍继续按照频率SV2运行，当接收到R侧信号后重新进入窑炉换火阶段，系统自动给定氨水泵另一个新的频率SV3，运行设定时间T2后又进入窑炉平稳阶段，系统再自动给定氨水泵又一个新的频率SV4，频率SV4的执行时间为系统接收到L侧换火信号后被SV1替换。依次模式循环执行，该模式执行过程中氨水管路的调节阀(如有)为全开状态，氨水的雾化压缩空气压力根据喷枪的特性来调节具体压力值，根据现场流量计反馈的流量对频率SV1、SV2、SV3、SV4进行调节来控制系统达到排放指标。氨水自动投放频率画面如图2所示。本实施例中所采用的各个运行频率均是根据相应侧的换火信号下的出入口的氮氧化物含量设定的。

本实施例中的运行频率SV1、SV2、SV3、SV4是根据相应侧的换火信号下的出入口的氮氧化物含量和出入口CEMS上传的测量数据，两种数据中的至少一种数据进行设定的，并可以根据系统实际运行情况进行调整，例如，若氨水泵按照频率SV1运行时，测得出口的氮氧化物含量偏高，则增大氨水泵的运行频率SV1的值，也就是通过提高氨水泵的运行频率来增加氨水的投放量，从而减少氮氧化物的排放量。本实施例中时间T1和T2是通过系统运行过程中产生的排放物实时曲线的变化情况来设定的，该排放物实时曲线的变化情况主要表征的是排放物含量从平稳阶段上升到波峰值再恢复到平稳阶段所消耗的时间、平稳阶段的持续时间及各个阶段对应的排放物的含量变化情况。其中，T1时间的设定主要是由排放物含量从平稳阶段上升到波峰值再恢复到平稳阶段所消耗的时间决定的，T2时间的设定主要是由平稳阶段的持续时长决定的。

方案2：自动追踪投放方案

系统工作原理如图3所示，该玻璃窑炉设置有左侧和右侧两个燃烧器，用于实现玻璃窑炉内燃料的燃烧；在玻璃窑炉入口附近设置有入口CEMS，用于实现对玻璃窑炉入口附近氮氧化物等污染物的含量和氧气含量的检测，并通过氧气含量的检测结果对系统注氧量进行调整，从而保障玻璃窑炉在换火阶段对燃料的焕活效果；在入口CEMS远离玻璃窑炉入口一侧附近设置有氨水投放点，用于实现通过喷氨系统对氨水的精准投放；投放的氨水和从玻璃窑炉中溢出的氮氧化物等污染物在反应塔内部进行反应，然后经过除尘塔、风机系统之后通过烟囱将废气排出，在烟囱出口附近还设置有出口CEMS，用于实现对整个系统排出的氮氧化物等废气物的含量和氧气含量的检测。其中，喷氨系统对氨水的精准投放的实现过程为：通过氨水从氨水泵的A口或B口流出经过输送管道输送至氨水投放点，投放过程中，通过安装在输送管道上的压力计和流量计分别对氨水输送管道的压力和流量进行实时检测，以实现对氨水的投放时机和投放量的实时检测和调节，并且在氨水投放过程中通过PID自动调节变频氨水泵来稳定阀前需求的压力值，为氨水泵配置回流装置，以保证需求压力的稳定，从而保障稳定的氨水流量。

在系统运行过程中，氨水的投放时机和投放量是直接影响整个系统排出的废弃物的含量是否达标的关键因素，因此，本实施例根据出入口氮氧化物的含量，按照自动追踪的修正方式对相应侧的氨水投放目标值进行修正，并控制氨水泵的调节阀，实现对氨水的投放时机和投放量的精准把控，以达到最终的排放标准。

本实施例的氨水投放策略主要为：首先根据系统近期启动阶段的氮氧化物含量预先设置一个氨水目标预设值LR_SV_Flow，当系统启动后，把氨水目标预设值LR_SV_Flow作为氨水投放目标值，接收到L侧信号，系统检测L侧信号的氮氧化物L_NOX1含量，根据检测到的氮氧化物含量计算所需求的氨水量，并根据通过流量计测量的实时流量，在氨水目标预设值LR_SV_Flow的基础上通过控制管路上调节阀的开度对氨水的实际投放量进行修正，设置修正系数为L_K1P(L_K1N)，运行时间T3后，把污染物排放折算量NOX_PFZS和排放参考量NOX_PF1或排放参考量NOX_PF2(NOX_PF1和NOX_PF2分别代表不同的排放标准下的排放参考值)做对比，如果NOX_PFZS≤NOX_PF1(或NOX_PF2)，则继续执行当前氨水目标预设值，直到接收到R侧换火信号；如果NOX_PFZS>NOX_PF1(或NOX_PF2)，则在氨水目标预设值LR_SV_Flow的基础上增加一个修正系数L_K2P或L_K2N，按照修正后的氨水流量运行时间T4后，如果NOX_PFZS>NOX_PF1(或NOX_PF2)，则再次修正氨水流量，修正系数为L_K3P或L_K3N，按照修正后的氨水流量运行时间T5后，如果NOX_PFZS≤NOX_PF1(或NOX_PF2)值，继续执行修正后的氨水流量，直到接收到R侧信号后执行R侧投放标准。接收到R侧换火信号后，利用L侧最后的投放值作为R侧的投放目标值，根据R侧检测入口的氮氧化物R_NOX2含量，在氨水目标预设值LR_SV_Flow的基础上增加一个修正系数R_K1P或R_K1N进行投放，修正后延时时间T6，如果NOX_PFZS>NOX_PF1(或NOX_PF2)，则继续增加修正系数R_K2P或R_K2N进行修正，修正后延时时间T7后，如果NOX_PFZS≤NOX_PF1(或NOX_PF2)，则按照当前修正值进行投放，直至L侧信号来后重复按照L侧投放控制逻辑进行氨水投放。如果不满足排放标准，继续增加修正系数R_K3P或R_K3N进行修正，修正后延时时间T8，以达到排放目标。

其中，污染物排放折算量NOX_PFZS是根据所测得的排放出的污染物中的氧含量及根据当地环保要求所设定的含氧量标准计算所得。L_K1P、L_K2P和L_K3P代表L侧增加氨水流量的修正系数，L_K1N、L_K2N和L_K3N代表L侧减少氨水流量的修正系数；R_K1P、R_K2P和R_K3P代表R侧增加氨水流量的修正系数，R_K1N、R_K2N和R_K3N代表R侧减少氨水流量的修正系数，且各个修正系数的大小取决于各个修正系数对应时刻的出入口氮氧化物的含量，出入口氮氧化物的含量越高，对应的修正系数取值越大。系统的修正系数需要在实际运行过程中根据实际的氨水反应效率和用量进行修改，具体的参数以每个现场为准，理论计算的干基烟气量及NOX的含量是准确的，因为现场设备或其他条件的影响需要进行修正的需加以修正。

以上控制逻辑设置氨水量，其需求的雾化压力也需要伴随调节，才能保证其雾化效果，该压力的对应范围在系统运行前要测试对应流量后设置在程序内部。

本实施例中两个方案投放的氨水均为脱硝氨水，作为其他实施方式，投放的氨水可根据实际情况进行调整。

玻璃窑炉氨水投放自动控制方法实施例：

本实施例的玻璃窑炉氨水投放自动控制方法已在上述玻璃窑炉氨水投放自动控制系统实施例中详细阐述，此处不再赘述。