本发明涉及冶金设备，具体涉及一种塔式锌精馏炉燃烧室空气与天然气流量的联合控制系统。
背景技术：
1、塔式锌精馏炉作为火法炼锌工艺的关键设备，其根据金属沸点不同，运用连续分馏原理将粗锌中的杂质金属(主要是铅、铁、镉等)分离，以获得精锌或1～3级锌，具有锌品纯度高、原料适应性强、可同时富集其他金属的优势。在锌精馏炉中，燃烧室是一个重要的部分，负责提供高温条件以促使粗锌金属液中的锌蒸发，与其它杂质金属分离，从而达到锌金属提纯的作用。
2、现有的塔式锌精馏炉燃烧室存在入口空气流量与入口天然气流量的比例(空燃比)不适合以及不同层空气管道和天然气管道流量比例分配不合理的问题，容易造成燃烧室内天然气燃烧不完全，天然气燃烧效率低的问题，此外，还会导致炉内存在局部高温的问题，不利于安全生产。
技术实现思路
1、针对目前塔式锌精馏炉燃烧室存在的问题，本发明提供了一种塔式锌精馏炉燃烧室空气与天然气流量的联合控制系统，至少解决了现有技术存在的一个问题，具有促进炉内气体的完全燃烧，提高天然气的燃烧效率以及阻止局部高温点形成的特点。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：采用一种塔式锌精馏炉燃烧室空气与天然气流量的联合控制系统，锌精馏炉燃烧室包括燃烧室、空气管道和天然气管道，包括plc控制器以及与plc控制器连接的空气流量控制模块和天然气流量控制模块，空气管道包括空气总管道和分支空气管道，空气流量控制模块包括空气传感器组件和空气流量调节组件，空气传感器组件监测空气总管道和分支空气管道的空气流量并将空气流量数据传输至plc控制器，天然气管道包括天然气总管道和分支天然气管道，天然气流量控制模块包括天然气传感器组件和天然气流量调节组件，天然气传感器组件监测天然气总管道和分支天然气管道的天然气流量并将天然气流量数据传输至plc控制器，plc控制器接收空气流量数据和天然气流量数据获取实时的空燃比、天然气流量比例和空气流量比例，并与设定的目标空燃比、目标天然气流量比例和目标空气流量比例比较获取空气流量调整数据以及天然气流量调整数据，分别生成空气流量调节指令以及天然气流量调节指令，空气流量调节组件以及天然气流量调节组件接收指令调节空气流量以及天然气流量。
3、进一步的，所述分支空气管道包括第一层空气管道、第二层空气管道和第三层空气管道，第一层空气管道、第二层空气管道和第三层空气管道的进口端分别与空气总管道连通，出口端与燃烧室连通，空气总管道内设有风机，分支天然气管道包括第一层天然气管道和第二层天然气管道，第一层天然气管道和第二层天然气管道的进口端分别与天然气总管道连通，出口端与与燃烧室连通。
4、进一步的，所述空气传感器组件包括空气总流量传感器、第一层空气流量传感器、第二层空气流量传感器和第三层空气流量传感器；空气流量调节组件包括第一层空气流量调节阀、第二层空气流量调节阀和第三层空气流量调节阀，空气总流量传感器设置于空气总管道，空气总流量传感器监测空气总管道内的空气流量数据并将该数据传输至plc控制器，风机根据plc控制器的指令调节空气总管道内空气通入的流量；第一层空气流量传感器和第一层空气流量调节阀设置于第一层空气管道，第一层空气流量传感器监测第一层空气管道内的空气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第一层空气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第一层空气管道内空气的流通截面；第二层空气流量传感器和第二层空气流量调节阀设置于第二层空气管道，第二层空气流量传感器监测第二层空气管道内的空气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第二层空气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第二层空气管道内空气的流通截面；第三层空气流量传感器和第三层空气流量调节阀设置于第三层空气管道，第三层空气流量传感器监测第三层空气管道内的空气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第三层空气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第三层空气管道内空气的流通截面。
5、进一步的，所述天然气传感器组件包括天然气总流量传感器、第一层天然气流量传感器和第二层天然气流量传感器，天然气流量调节组件包括天然气流量总调节阀、第一层天然气流量调节阀和第二层天然气流量调节阀，天然气流量总调节阀和天然气总流量传感器设置于天然气总管道，天然气总流量传感器监测天然气总管道内的天然气流量数据并将该数据传输至plc控制器，天然气流量总调节阀根据plc控制器的指令调节天然气总管道内天然气的流通截面，第一层天然气流量传感器和第一层天然气流量调节阀设置于第一层天然气管道，第一层天然气流量传感器监测第一层天然气管道内的天然气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第一层天然气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第一层天然气管道内天然气的流通截面，第二层天然气流量调节阀和第二层天然气流量传感器设置于第二层天然气管道，第二层天然气流量传感器监测第二层天然气管道内的天然气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第二层天然气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第二层天然气管道内天然气的流通截面。
6、进一步的，所述plc控制器内置设定的空气和天然气的目标空燃比、分支天然气管道流量的目标天然气流量比例和分支空气管道流量的目标空气流量比例。
7、进一步的，所述目标空燃比设为1.2:1，目标空气流量比例设为0.33:0.38:0.29，目标天然气流量比例设为0.60:0.40。
8、进一步的，所述空气传感器组件以及天然气传感器组件的采样次数通过相对测量误差进行反馈，流量测量周期分为两个阶段，第一阶段为相对测量误差计算阶段，第二阶段为采样次数调整阶段，通过第一阶段计算获得的相对测量误差对第二阶段的采样次数进行调整，完成第二阶段采样次数调整再对该阶段测量的流量数据进行计算得到最终流量大小。
9、进一步的，所述相对测量误差的计算公式为：
10、
11、
12、
13、τc：相对测量误差；
14、第一阶段测量的平均误差；
15、第一阶段测量的平均流量；
16、qi：第一阶段20次采样中第i次采样的流量大小，qmin与qmax为第一阶段20次采样中流量的最小值和最大值；
17、qi'：第一阶段除了最小采样流量以及最大采样流量外的18次采样中的第i次采样流量的大小；
18、采样调整次数的计算公式为：
19、
20、n：采样调整次数，根据计算结果取整数，最大采样调整次数不超过240次；
21、τ0：初始相对测量误差，τ0为0.05；
22、最终测量流量的计算公式为：
23、
24、最终测量流量
25、q”i：第二阶段除了最小采样流量以及最大采样流量外的的采样流量中的第i次采样流量的大小。
26、进一步的，所述空燃比、天然气流量比例和空气流量比例控制采用比例缩放率对控制调整时间进行反馈，空燃比的比例缩放率以及控制调整时间计算公式：
27、qk＝1-tk/tk0
28、
29、qk：空燃比的比例缩放率；
30、tk：空燃比的控制调整时间；
31、tk0：空燃比的初始调整时间，tk0为60分钟；
32、rk1：系统调整控制空燃比的装置后，初次由plc控制器对空气总流量传感器监测的空气流量数据以及天然气总流量传感器监测的天然气流量数据进行计算的空燃比，在控制调整时间内，每10分钟由plc控制器对空气总流量传感器监测的空气流量数据以及天然气总流量传感器监测的天然气流量数据进行一次空燃比的计算；
33、rk2：系统调整空燃比前，最后一次plc控制器对空气总流量传感器监测的空气流量数据以及天然气总流量传感器监测的天然气流量数据进行计算的空燃比，在控制调整时间内，每10分钟由plc控制器对空气总流量传感器监测的空气流量数据以及天然气总流量传感器监测的天然气流量数据进行一次空燃比的计算。
34、进一步的，所述分支天然气管道流量比例的比例缩放率以及控制调整时间计算公式：
35、qn＝1-tn/tn0
36、
37、qn：分支天然气管道流量比例的比例缩放率；
38、tn：分支天然气管道流量比例的控制调整时间；
39、tn0：分支天然气管道流量比例的初始调整时间，120分钟；
40、rn1：系统调整控制分支天然气管道流量比例的装置后，初次由plc控制器对分支天然气管道流量数据进行计算的分支天然气管道流量比例，在控制调整时间内，每20分钟由plc控制器对分支天然气管道流量进行一次分支天然气管道流量比例的计算；
41、rn2：系统调整分支天然气管道流量比例前，最后一次plc控制器对分支天然气管道流量数据进行计算的分支天然气管道流量比例，在控制调整时间内，每20分钟由plc控制器对分支天然气管道流量数据进行一次分支天然气管道流量比例的计算。
42、综上所述，本发明的有益之处在于：
43、本发明的锌精馏炉燃烧室空气与天然气流量的联合控制系统通过实时监测多点位置的空气和天然气流量，可以通过plc控制器，迅速调整实时的空燃比、分支天然气管道的天然气流量比例和分支空气管道的空气流量比例，实现对燃烧室空气与天然气流量的联合精确控制，从而促进炉内气体的完全燃烧，提高天然气的燃烧效率。
1.一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统,锌精馏炉燃烧室包括燃烧室、空气管道和天然气管道，其特征在于：包括plc控制器以及与plc控制器连接的空气流量控制模块和天然气流量控制模块，空气管道包括空气总管道和分支空气管道，空气流量控制模块包括空气传感器组件和空气流量调节组件，空气传感器组件监测空气总管道和分支空气管道的空气流量并将空气流量数据传输至plc控制器，天然气管道包括天然气总管道和分支天然气管道，天然气流量控制模块包括天然气传感器组件和天然气流量调节组件，天然气传感器组件监测天然气总管道和分支天然气管道的天然气流量并将天然气流量数据传输至plc控制器，plc控制器接收空气流量数据和天然气流量数据获取实时的空燃比、天然气流量比例和空气流量比例，并与设定的目标空燃比、目标天然气流量比例和目标空气流量比例比较获取空气流量调整数据以及天然气流量调整数据，分别生成空气流量调节指令以及天然气流量调节指令，空气流量调节组件以及天然气流量调节组件接收指令调节空气流量以及天然气流量。
2.根据权利要求1所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述分支空气管道包括第一层空气管道、第二层空气管道和第三层空气管道，第一层空气管道、第二层空气管道和第三层空气管道的进口端分别与空气总管道连通，出口端与燃烧室连通，空气总管道内设有风机，分支天然气管道包括第一层天然气管道和第二层天然气管道，第一层天然气管道和第二层天然气管道的进口端分别与天然气总管道连通，出口端与与燃烧室连通。
3.根据权利要求2所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述空气传感器组件包括空气总流量传感器、第一层空气流量传感器、第二层空气流量传感器和第三层空气流量传感器；空气流量调节组件包括第一层空气流量调节阀、第二层空气流量调节阀和第三层空气流量调节阀，空气总流量传感器设置于空气总管道，空气总流量传感器监测空气总管道内的空气流量数据并将该数据传输至plc控制器，风机根据根据plc控制器的指令调节空气总管道内空气通入的流量；第一层空气流量传感器和第一层空气流量调节阀设置于第一层空气管道，第一层空气流量传感器监测第一层空气管道内的空气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第一层空气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第一层空气管道内空气的流通截面；第二层空气流量传感器和第二层空气流量调节阀设置于第二层空气管道，第二层空气流量传感器监测第二层空气管道内的空气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第二层空气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第二层空气管道内空气的流通截面；第三层空气流量传感器和第三层空气流量调节阀设置于第三层空气管道，第三层空气流量传感器监测第三层空气管道内的空气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第三层空气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第三层空气管道内空气的流通截面。
4.根据权利要求2所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述天然气传感器组件包括天然气总流量传感器、第一层天然气流量传感器和第二层天然气流量传感器，天然气流量调节组件包括天然气流量总调节阀、第一层天然气流量调节阀和第二层天然气流量调节阀，天然气流量总调节阀和天然气总流量传感器设置于天然气总管道，天然气总流量传感器监测天然气总管道内的天然气流量数据并将该数据传输至plc控制器，天然气流量总调节阀根据plc控制器的指令调节天然气总管道内天然气的流通截面，第一层天然气流量传感器和第一层天然气流量调节阀设置于第一层天然气管道，第一层天然气流量传感器监测第一层天然气管道内的天然气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第一层天然气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第一层天然气管道内天然气的流通截面，第二层天然气流量调节阀和第二层天然气流量传感器设置于第二层天然气管道，第二层天然气流量传感器监测第二层天然气管道内的天然气流量数据并将该数据传输至plc控制器，第二层天然气流量调节阀根据plc控制器的指令调节第二层天然气管道内天然气的流通截面。
5.根据权利要求1所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述plc控制器内置设定的空气和天然气的目标空燃比、分支天然气管道流量的目标天然气流量比例和分支空气管道流量的目标空气流量比例。
6.根据权利要求5所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述目标空燃比设为1.2:1，目标空气流量比例设为0.33:0.38:0.29，目标天然气流量比例设为0.60:0.40。
7.根据权利要求1所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述空气传感器组件以及天然气传感器组件的采样次数通过相对测量误差进行反馈，流量测量周期分为两个阶段，第一阶段为相对测量误差计算阶段，第二阶段为采样次数调整阶段，通过第一阶段计算获得的相对测量误差对第二阶段的采样次数进行调整，完成第二阶段采样次数调整再对该阶段测量的流量数据进行计算得到最终流量大小。
8.根据权利要求7所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述相对测量误差的计算公式为：
9.根据权利要求1所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述空燃比、天然气流量比例和空气流量比例控制采用比例缩放率对控制调整时间进行反馈，空燃比的比例缩放率以及控制调整时间计算公式：
10.根据权利要求9所述的一种锌精馏炉燃烧室的空气与天然气流量联合控制系统，其特征在于：所述分支天然气管道流量比例的比例缩放率以及控制调整时间计算公式：
