CN101339058A - 一种点火炉废气流量的检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点火炉废气流量的检测方法，包括：检测所述点火炉的燃气流量、空气流量、及漏风流量，计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量，用所述燃气流量和空气流量的和减去所述漏风流量和消耗的气体量，得到废气流量。本发明通过检测所述点火炉的炉膛内压力与大气压力的压力差，将所述压力差的绝对值开平方根，再乘以校正系数，得到的数据作为所述漏风流量。本发明还公开一种点火炉废气流量的检测系统，及烧结过程的控制方法及控制系统。本发明可准确检测废气流量，并根据废气流量调节物料的透气性。

Description

一种点火炉废气流量的检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及钢铁烧结领域，特别是涉及在物料烧结过程中点火炉废气流量的检测方法，及烧结系统的控制方法。

背景技术

在烧结工艺中，用于点火烧结物料的点火炉是核心设备之一。参见图1，点火炉10上方设有用于输送煤气的煤气管道11和用于输送空气的空气管道12，下方设有多个抽风风箱13。烧结时，煤气管道11和空气管道12分别向炉膛14输送煤气和空气，使煤气在炉膛14内燃烧，产生1000度以上的高温以实现物料的烧结。

抽风风箱13将燃烧产生的废气从炉膛14内抽走，避免废气干扰煤气燃烧，提高煤气的燃烧效果。煤气和空气从物料的上方输入，煤气和空气中的氧气混合后在点火炉中燃烧，燃烧产生的废气从物料下方抽走，由于气体自上而下从物料中穿过，物料的透气性直接影响废气的流量，因此在烧结工艺中，常用废气流量判断炉膛14内物料的透气性。

由于废气被抽风风箱13直接抽出炉膛14，通常做法是借助抽风风箱13检测废气流量。参见图2，抽风风箱13为不规则形状，抽风风箱13的入口131口径较大，便于同炉膛14有更大的接触面积，出口132口径较小，方便废气的集中排出。一般情况下，需要在抽风风箱13内设置气体流量计来检测废气流量，气体流量计只有安装在直管段，才能对气体流量进行准确测量，但是，抽风风箱13不存在这样的直管段，在抽风风箱13内很难找到合适的位置设置气体流量计。

即使在抽风风箱13上加设一段直管，在直管上设置气体流量计来检测废气流量，但是，由于废气温度过高，很容易损坏气体流量计，并且高温的废气在抽风风箱13输送过程中流量变化较大，使用气体流量计仍难以对废气流量进行准确检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种点火炉废气流量的检测方法及检测系统，该方法和系统能够准确检测点火炉的废气流量。

本发明的另一个目的是提供一种烧结系统的控制方法及控制系统，该方法和系统能够较好地调节物料的透气性，解决因物料的透气性改变而造成对烧结过程的影响。

本发明公开一种点火炉废气流量的检测方法，包括：检测所述点火炉的燃气流量、空气流量、及漏风流量，计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量，用所述燃气流量和空气流量的和减去所述漏风流量和消耗的气体量，得到废气流量。

优选的，检测所述点火炉的炉膛内压力与大气压力的压力差，将所述压力差的绝对值开平方根，再乘以校正系数，得到的数据作为所述漏风流量。

优选的，计算1标准流量单位的燃气燃烧所需的氧气量和生成气体量，将1标准流量单位加上所需的氧气量，再减去生成气体量，得到的差值为消耗的气体量。

优选的，检测燃气的纯净度，所述消耗的气体量乘以所述纯净度，乘积更新为消耗的气体量。

优选的，检测实际燃烧的燃气所占的比例系数，所述消耗的气体量乘以所述比例系数，乘积更新为消耗的气体量。

本发明还公开一种点火炉废气流量的检测系统，包括数据处理器，及分别设置在所述点火炉的煤气管道和空气管道内的气体流量计，所述数据处理器包括消耗的气体量计算模块和废气流量计算模块；所述气体流量计，用于检测所述点火炉的燃气流量和空气流量；所述消耗的气体量计算模块，用于计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量；所述废气流量计算模块，用于将所述燃气流量和空气流量的和减去所述点火炉的漏风流量和消耗的气体量，得到所述废气流量。

优选的，所述检测系统还包括安装在所述点火炉的炉膛内的气压计，所述数据处理器还包括漏风流量计算模块：所述气压计，用于检测所述点火炉的炉膛内压力；所述漏风流量计算模块，用于计算外界大气压力与所述炉膛内压力的压力差，将所述压力差的绝对值开平方根，再乘以校正系数，得到的数据作为所述漏风流量。

本发明还公开一种烧结过程的控制方法，包括：检测所述点火炉的燃气流量、空气流量、及漏风流量；计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量；用所述燃气流量和空气流量的和减去所述漏风流量和消耗的气体量，得到废气流量；如所述废气流量低于设定阈值，调整烧结系统的工作程序。

优选的，调整烧结系统的工作过程是指调整烧结机台车的运行速度。

优选的，调整烧结系统的工作过程是指调整一次加水和/或二次加水设备的加水量。

优选的，调整烧结系统的工作过程是指调整料仓组输送的各种物料的配比。

本发明还公开一种烧结过程的控制系统，包括数据处理器、控制器，及设置在所述点火炉的煤气管道和空气管道内的气体流量计，所述数据处理器包括消耗的气体量计算模块和废气流量计算模块；所述气体流量计，用于检测所述点火炉的燃气流量和空气流量；所述消耗的气体量计算模块，用于计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量；所述废气流量计算模块，用于将所述燃气流量和空气流量的和减去所述点火炉的漏风流量和消耗的气体量，得到所述废气流量；所述控制器，用于在所述废气流量低于设定阈值时，调整烧结系统的工作程序。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明利用阿伏加德罗定律，通过检测进入点火炉的燃气流量、空气流量和漏风流量，根据燃气的组成计算燃气燃烧消耗的气体流量，用燃气流量和空气流量之和减去漏风流量和消耗的气体流量，获得废气流量。因为直接在抽风风箱检测废气流量存在很多困难，所以本发明通过检测其他相关气体量，计算获得废气流量，避开直接在抽风风箱检测废气流量的种种困难，并且燃气流量、空气流量、漏风流量、燃烧消耗的气体流量都可通过相关设备准确检测或根据检测数据计算获得，因此，本发明检测方法可准确检测废气流量，且方便实现。

附图说明

图1为点火炉结构示意图；

图2为抽风风箱结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的点火炉废气流量的检测系统示意图；

图4为本发明第二实施例提供的点火炉废气流量的检测系统示意图；

图5为本发明烧结过程控制系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明以点火炉为参考点，进入点火炉的气体为燃气和空气，燃气和空气中的氧气燃烧，燃烧产物在高温下仍为气体，燃烧生成的气体和空气的剩余气体作为废气从抽风风箱排出，还有少部分气体从点火炉的各处缝隙漏出。根据阿伏加德罗定律，同温同压下，相同体积的任何气体含有相同的分子数，同理，同温同压下，相同分子数的任何气体的体积也一定相同。将该定律应用于点火炉的气体流量检测，因为进入点火炉的气体分子数等于点火炉排出的气体分子数加上因燃烧损失的气体分子数，所以在点火炉内相同的气体温度和压力下，点火炉的进气流量等于出气流量加上因燃烧消耗的气体流量。

本发明的核心思想不仅适用于钢铁冶炼领域点火炉的废气流量检测，还适用于其他燃烧设备中相关气体的流量检测，例如，水泥煅烧领域点火炉的废气流量检测，各种化工冶炼领域燃烧炉的某种气体流量检测。下面以钢铁冶炼领域点火炉的废气流量检测为例，详细介绍本发明的技术方案。

对于点火炉，进气流量为燃气流量和空气流量，出气流量为废气流量和漏风流量(气体从点火炉流向外界大气，漏风流量为正；气体从外界大气流入点火炉，漏风流量为负)，因燃烧消耗的气体流量为燃气和空气中的氧气燃烧消耗的气体流量，见算式1。

F1+F2＝F3+F4+F5；                        式1

式1中，F1为燃料流量，F2为空气流量，F3为漏风流量，F4为燃气燃烧消耗的气体流量，F5为废气流量。将式1经变形为：

F5＝F1+F2-F3-F4；                        式2

可见，废气流量F5等于燃气流量F1和空气流量F2的和减去漏风流量F3和消耗的气体流量F4。式2中，F1、F2和F3可通过相关设备进行检测，F4可根据燃气的组成成分，根据该燃气的燃烧分子式，计算1标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量，该气体量可作为消耗的气体流量F4，标准流量单位是立方米/小时。F1、F2、F3、F4的值确定后，就可得到废气流量F5的值。

本发明利用阿伏加德罗定律，通过检测进入点火炉的燃气流量、空气流量和漏风流量，根据燃气的组成计算燃气燃烧消耗的气体流量，用燃气流量和空气流量之和减去漏风流量和消耗的气体流量，获得废气流量。因为直接在抽风风箱检测废气流量存在很多困难，所以本发明通过检测其他相关气体量，计算获得废气流量，避开直接在抽风风箱检测废气流量的种种困难，并且燃气流量、空气流量、漏风流量、燃烧消耗的气体流量都可通过相关设备准确检测或根据检测数据计算获得，因此，本发明检测方法可准确检测废气流量，且方便实现。

本发明分别在点火炉的燃气管道和空气管道内设置孔板或V形锥等气体流量计，检测燃气流量和空气流量，因为燃气管道和空气管道都是直管状，并且进入点火炉前燃气和空气温度为常温，所以可准确检测到燃气流量和空气流量，流量单位是立方米/小时。

检测点火炉漏风流量是计算废气流量的一个难点，点火炉的漏风流量不但受点火炉内压力的影响，还受点火炉密闭程度，点火炉的高度和体积等因素的影响。本发明采用以下两种方式检测漏风流量：

一种是设置常数，在点火炉不工作时，停止抽风风箱对点火炉的抽风，让点火炉内压力与外部气压大致接近，压力差在-100Pa-100Pa之间，对点火炉进行通风试验，检测进风流量，将进风流量设置为漏风流量。该漏风流量与点火炉相对应，不同的点火炉对应不同的漏风流量，在点火炉使用前，采用该方法检测点火炉的漏风流量，只需一次检测即可确定，在以后的废气流量检测，或其他需要使用漏风流量参数的相关检测中不需重复检测漏风流量，减少操作程序，方便实现。

另一种是检测点火炉的炉膛内压力与外界大气压的压力差，利用该压力差计算漏风流量。燃气在点火炉内燃烧时，由于抽风风箱吸炉膛内的废气，使炉膛内产生负压，本发明在炉膛内设置气压计，测量炉膛内的压力值，再计算压力差，见算式3；

P1-P2＝ΔP；                                  式3

式3中，P1为外界大气压力值，P2为点火炉的炉膛内压力值，ΔP为两者的压力差。将该压力差的绝对值开平方根，得到的数据再乘以校正系数即为作为漏风流量。算式4。

$F3=K\sqrt{\left|\mathrm{\ΔP}\right|}$ 式4

式4中，K为校正系数，当ΔP＞0时，K为正；当ΔP＜0时，K为负值。K值可通过对点火炉进行通风试验方式测得，例如，借助第一检测方法测得漏风流量F3，在测到点火炉的炉膛内压力与外界大气压的压力差ΔP，可得到K值。

根据试验数据，点火炉的漏风流量与炉膛内压力与外界大气压的压力差的开方根成正比，本发明实时检测点火炉炉膛内压力，根据该压力值计算漏风流量，该漏风流量值可准确反映点火炉当前的漏风流量，该检测方法具有实时性，更准确。

燃气燃烧消耗的气体流量的计算是检测废气流量的另一个难点，如果燃气纯净度为100％，不含有其他不能燃烧的杂质气体，并且在燃气完全燃烧的情况下，可以计算1标准流量单位的燃气燃烧所需的氧气量和生成气体量，将1标准流量单位加上氧气量再减去生成气体量，得到的差值为消耗的气体流量。1标准流量单位是指1立方米/小时。

a燃气+b氧气＝c生成气体，消耗的气体流量＝(a+b-c)/a。

例如，燃气为煤气，其主要可燃气体为CO，CO燃烧的化学式为：

2CO+O₂＝2CO₂

可见，2个CO分子和1个O₂分子相结合，生成一个2个CO₂分子，根据阿伏加德罗定律，同温同压下，相同分子数的任何气体的体积相同，即1个标准流量单位的CO和0.5个标准流量单位的O₂结合，生成1个标准流量单位的CO₂。消耗的气体流量＝1+0.5-1＝0.5，1标准流量单位的燃气燃烧会消耗0.5标准流量单位的气体。式2可变形为：

F5＝F1+F2-F3-0.5F；                            式5

F5＝0.5F1+F2-F3                                式6

式6中，F1、F2、F3都可进行准确测量，因此，计算得到废气流量F5也准确的。

如果燃气含有其他不能燃烧的杂质气体，需要先检测燃气的纯净度X％，a燃气+b氧气＝c生成气体，消耗的气体流量＝(a+b-c)/a×X％。通过检测燃气的纯净度，使参与计算的燃气为完全可燃气体，避免燃气中少量不能燃烧的气体影响消耗的气体流量的计算精度，使计算的消耗的气体流量更为准确。

如果燃气并没有完全燃烧，通过检测废气成份的方式获取燃气的燃烧度Y％，a燃气+b氧气＝c生成气体，消耗的气体流量＝(a+b-c)/a×Y％。通过检测燃气的燃烧度，避免燃气中部分气体不能完全燃烧而影响消耗的气体流量，使计算的消耗的气体流量更为准确。

基于上述点火炉废气流量的检测方法，本发明还提供一种点火炉废气流量的检测系统。参见图3，检测系统包括设置在点火炉的煤气管道内的气体流量计21，设置在点火炉的空气管道内的气体流量计22、及数据处理器23。气体流量计21和气体流量计22将检测信号传送到数据处理器23，数据处理器23依据该检测信息计算燃气流量和空气流量。

数据处理器23包括消耗的气体量计算模块231和废气流量计算模块232。消耗的气体量计算模块231计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量，将该气体量传送到废气流量计算模块232。废气流量计算模块232将燃气流量和空气流量相加，再减去点火炉的漏风流量和消耗的气体量，得到废气流量。

本发明检测系统可通过在点火炉的炉膛内设置气压计，检测炉膛内的压力，依据炉膛内的压力与外界大气压的压力差计算漏风流量。参见图4，检测系统包括设置在点火炉的煤气管道内的气体流量计21，设置在点火炉的空气管道内的气体流量计22、设置在点火炉炉膛内的气压计24、及数据处理器23。气体流量计21、气体流量计22和气压计24将检测信号传送到数据处理器23，数据处理器23依据该检测信息计算燃气流量、空气流量和点火炉炉膛内的压力值。

数据处理器23包括消耗的气体量计算模块231、废气流量计算模块232、及漏风流量计算模块233。漏风流量计算模块233用外界大气压力减去点火炉炉膛内的压力，得到的差值取绝对值再开平方根，得到的数据作为漏风流量。漏风流量计算模块233将该漏风流量传送到废气流量计算模块232，废气流量计算模块232采用该漏风流量值计算废气流量。

本发明检测到废气流量后，依据该废气流量值可准确判断出点火炉内物料的透气性，如果物料透气性良好，控制整个烧结系统继续按原工作程序运行，如果物料透气性较差，调整烧结系统的工作程序。基于此，本发明又提供一种烧结过程控制方法。

对于烧结系统的点火炉，进气流量为燃气流量和空气流量，出气流量为废气流量和漏风流量，因燃烧消耗的气体流量为燃气和空气中的氧气燃烧消耗的气体流量，利用式2可计算废气流量。

本发明分别在点火炉的燃气管道和空气管道内设置孔板或V形锥等气体流量计，检测燃气流量和空气流量。再点火炉的炉膛内设置气压计，检测点火炉的炉膛内压力，计算炉膛内压力与外界大气压的压力差，再利用式4计算漏风流量。

本发明计算1标准流量单位的燃气燃烧所需的氧气量和生成气体量，将1标准流量单位加上氧气量再减去生成气体量，得到的差值为消耗的气体流量。a燃气+b氧气＝c生成气体，消耗的气体流量＝(a+b-c)/a。通过该方式计算得到消耗的气体流量。

将获得的燃气流量、空气流量、漏风流量、消耗的气体流量代入式2，即可获得废气流量。再判断该废气流量是否低于设定阈值，如果低于设定阈值，调整烧结系统的工作程序；如果不低于设定阈值，控制烧结系统继续按原工作程序运行。

如果废气流量低于设定阈值，表明正在点火炉内烧结的物料透气性较差，物料透气性差直接影响烧结效果。为避免物料烧结不符合生产工艺要求，本发明可调整烧结系统的烧结机台车运行速度，将烧结机台车运行速度降低，延长物料的烧结时间，使物料烧结符合生产工艺要求。

如果废气流量低于设定阈值，并且持续一段时间，可能物料的某些成分不足，影响物料的透气性。例如，物料内水分不足。为提高物料的透气性，本发明控制烧结系统的一次加水和/或二次加水设备，调整一次加水和/或二次加水设备的加水量，提高物料的透气性。

如果废气流量低于设定阈值，并且持续一段时间，可能物料中各种成分的配比不符合生产工艺要求，影响物料的透气性。为提高物料的透气性，本发明控制料仓组输送的各种物料的配比，使物料的配比符合生产工艺要求，提高透气性。该料仓组为烧结系统中原料矿仓的料仓组。

基于上述烧结过程控制方法，本发明还提供一种烧结过程控制系统。参见图5，控制系统包括设置在点火炉的煤气管道内的气体流量计21，设置在点火炉的空气管道内的气体流量计22、设置在点火炉炉膛内的气压计24、数据处理器23、控制器25。气体流量计21、气体流量计22和气压计24将检测信号传送到数据处理器23，数据处理器23依据该检测信息计算燃气流量、空气流量和点火炉炉膛内的压力值。

数据处理器23包括消耗的气体量计算模块231、废气流量计算模块232、及漏风流量计算模块233。漏风流量计算模块233用外界大气压力减去点火炉炉膛内的压力，得到的差值取绝对值再开平方根，得到的数据作为漏风流量。漏风流量计算模块233将该漏风流量传送到废气流量计算模块232。

消耗的气体量计算模块231计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量，将该气体量传送到废气流量计算模块232。

废气流量计算模块232将燃气流量和空气流量相加，再减去点火炉的漏风流量和消耗的气体量，得到废气流量。

控制器25在废气流量低于设定阈值时，调整烧结系统的工作程序。调整烧结系统的工作程序可包括调整烧结系统的烧结机台车运行速度，调整一次加水和/或二次加水设备的加水量，或控制料仓组输送的各种物料的配比等。

以上对本发明所提供的一种点火炉废气流量的检测方法及检测系统，一种烧结过程的控制方法及控制系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1、一种点火炉废气流量的检测方法，其特征在于，包括：

检测所述点火炉的燃气流量、空气流量、及漏风流量；

计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量；

用所述燃气流量和空气流量的和减去所述漏风流量和消耗的气体量，得到废气流量。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述点火炉的炉膛内压力与大气压力的压力差，将所述压力差的绝对值开平方根，再乘以校正系数，得到的数据作为所述漏风流量。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算1标准流量单位的燃气燃烧所需的氧气量和生成气体量，将1标准流量单位加上所需的氧气量，再减去生成气体量，得到的差值为消耗的气体量。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，检测燃气的纯净度，所述消耗的气体量乘以所述纯净度，乘积更新为消耗的气体量。

5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，检测实际燃烧的燃气所占的比例系数，所述消耗的气体量乘以所述比例系数，乘积更新为消耗的气体量。

6、一种点火炉废气流量的检测系统，其特征在于，包括数据处理器，及分别设置在所述点火炉的煤气管道和空气管道内的气体流量计，所述数据处理器包括消耗的气体量计算模块和废气流量计算模块；

所述气体流量计，用于检测所述点火炉的燃气流量和空气流量；

所述消耗的气体量计算模块，用于计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量；

所述废气流量计算模块，用于将所述燃气流量和空气流量的和减去所述点火炉的漏风流量和消耗的气体量，得到所述废气流量。

7、如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括安装在所述点火炉的炉膛内的气压计，所述数据处理器还包括漏风流量计算模块：

所述气压计，用于检测所述点火炉的炉膛内压力；

所述漏风流量计算模块，用于计算外界大气压力与所述炉膛内压力的压力差，将所述压力差的绝对值开平方根，再乘以校正系数，得到的数据作为所述漏风流量。

8、一种烧结过程的控制方法，其特征在于，包括：

检测所述点火炉的燃气流量、空气流量、及漏风流量；

计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量；

用所述燃气流量和空气流量的和减去所述漏风流量和消耗的气体量，得到废气流量；

如所述废气流量低于设定阈值，调整烧结系统的工作程序。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，调整烧结系统的工作过程是指调整烧结机台车的运行速度。

10、如权利要求8所述的方法，其特征在于，调整烧结系统的工作过程是指调整一次加水和/或二次加水设备的加水量。

11、如权利要求8所述的方法，其特征在于，调整烧结系统的工作过程是指调整料仓组输送的各种物料的配比。

12、一种烧结过程的控制系统，其特征在于，包括数据处理器、控制器，及设置在所述点火炉的煤气管道和空气管道内的气体流量计，所述数据处理器包括消耗的气体量计算模块和废气流量计算模块；

所述气体流量计，用于检测所述点火炉的燃气流量和空气流量；

所述消耗的气体量计算模块，用于计算标准流量单位的燃气燃烧消耗的气体量；

所述废气流量计算模块，用于将所述燃气流量和空气流量的和减去所述点火炉的漏风流量和消耗的气体量，得到所述废气流量；

所述控制器，用于在所述废气流量低于设定阈值时，调整烧结系统的工作程序。

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