CN102269529B - 高温熔渣流量与冷却水量闭环控制方法及装置 - Google Patents

高温熔渣流量与冷却水量闭环控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

提供一种高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的方法，高温熔渣流入中间渣槽、渣一次冷却装置，进入渣粒化喷水系统，喷入渣一次冷却装置；经渣粒化装置粒化的高温熔渣液滴，与冷却水雾接触冷却，当高温熔渣流量发生变化时，中间渣槽中高温熔渣的液位H将发生变化，检测到液位的变化量输送到渣量、水量闭环控制系统，控制系统根据测得的渣液液位变化和冷却水量的大小，经过数学模型计算后给出冷却水的调整量，并控制水量调节装置改变冷却水量的大小，实现高温熔渣流量与冷却水量的闭环控制；提供一种高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的装置，主要包括中间罐渣液液位测量装置、渣量、水量闭环控制系统，中间渣槽、渣粒化装置、渣一次冷却装置。

Description

高温熔渣流量与冷却水量闭环控制方法及装置
技术领域：
本发明涉及炼铁及自动控制技术领域，特别是涉及一种高温熔渣流量与冷却水量闭环的控制方法及装置
背景技术：
在现有技术中，要实现高温熔渣流量与冷却水量闭环控制，首先要能够对高温渣和冷却水的瞬时流量进行测量。冷却水流量的测量技术非常成熟且方法很多，但是高温渣的流量测量由于温度高，测量方法并不多。目前，能够测量高温液体如铁水、钢水瞬时流量的方法一是应用高频集肤效应的流槽截面积测量的方式，实际上是通过把流量换算为液柱高或重量进行批量处理的方法；二是电磁流量计的方式。但是这两种方法不适用于测量高温渣瞬时流量，目前成熟的测量高温渣瞬时流量的方法还未见报道。
发明内容：
本发明的目的是提供一种能解决高温渣瞬时流量测量技术难题，实现高温熔渣流量与冷却水量的闭环控制方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：提供一种高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的方法，特征是：来自高炉渣沟的高温熔渣流入中间渣槽，并经熔渣水口流入渣一次冷却装置，冷却水在循环水泵的作用下，从循环水池中流出，经过水量测量装置、水量调节装置后，进入渣粒化喷水系统，喷入渣一次冷却装置；在渣一次冷却装置中，经渣粒化装置粒化的高温熔渣液滴，与从渣粒化喷水系统喷入的冷却水雾接触冷却，当高温熔渣流量发生变化时，中间渣槽中高温熔渣的液位H将发生变化，这时中间罐渣液液位测量装置将检测到液位的变化，并将变化量输送到渣量、水量闭环控制系统，同时水量测量装置随时将冷却水量输送到渣量、水量闭环控制系统，控制系统根据测得的渣液液位变化和冷却水量的大小，经过数学模型计算后给出冷却水的调整量，并控制水量调节装置改变冷却水量的大小，使之与高温熔渣流量的变化相适应，实现高温熔渣流量与冷却水量的闭环控制；其原理是：检测高温熔渣液的瞬时流量，高温熔渣液体从渣沟流入中间渣槽，然后从中间渣槽下部的熔渣水口流入渣一次冷却装置，检测单位时间内从熔渣水口流出的高温熔渣液流量，即检测到高温熔渣液的瞬时流量；高温炉渣液体从熔渣水口流出，从流体力学的观点来看，实际上就是孔口出流，液体经过孔口出流是一个广泛应用的实际问题，根据流体力学的理论，此时的体积流量可以用以下公式(1)表示：
V Z = C d · A · 2 gH - - - ( 1 )
式中，VZ体积流量，Cd表示流量系数，A表示小孔的面积，g为重力加速度，H为液位高度；从上式可见，当孔口截面形状和渣粘度、温度等物理特性不变的情况下，渣的体积流量只与液位高度相关，即与液位高度的开方成正比，本发明实现高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的实质就是：使高温炉渣在进行初次水淬冷却时的水量，随时根据处理渣量的变化进行闭环调节，从而在保证渣粒活性的前提下实现水淬水量最小化；因此，需要建立水量与渣量之间的函数关系式，根据热平衡的原理，要想使水量最小化，必然存在水淬水的吸热量与高温熔渣的放热量相等，可用下式(2)表示：
V s · γ s · ( h s 2 - h s 1 ) = V z · γ z · ( h z 1 - h z 2 ) - - - ( 2 )
式中，Vs水的体积流量，Vz高温熔渣的体积流量，γS水的比重，γZ高温熔渣的比重，
Figure BDA0000077036460000032
水的初始焓值，
Figure BDA0000077036460000033
水的终止焓值，
Figure BDA0000077036460000034
渣的初始焓值，
Figure BDA0000077036460000035
渣的终止焓值；
由上式(2)推导得出水量与渣量之间的函数关系可用下式(3)表示：
V s = V z · γ z · ( h z 1 - h z 2 ) γ s · ( h s 2 - h s 1 ) - - - ( 3 )
将式(1)代入式(3)整理得：
V s = γ z · ( h z 1 - h z 2 ) · C d · A · 2 gH γ s · ( h s 2 - h s 1 ) - - - ( 4 )
从上式可见，当孔口截面形状，渣和水的比重、粘度、温度等物理特性不变的情况下，冷却水量只与高温熔渣液位高度相关，即与液位高度的开方成正比；上式(4)就是高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的数学模型，同时也是本发明涉及的高温熔渣流量与冷却水量闭环控制方法的核心；
提供一种高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的装置，包括采用各种成熟的非接触式液位测量装置的中间罐渣液液位测量装置、分别采用各种成熟的流量测量装置和调节装置的水量测量装置、水量调节装置、采用PLC、HMI等编程控制装置的渣量、水量闭环控制系统，其特征是：在高温熔渣渣沟流出口的下面设置一个过渡的中间渣槽，在中间渣槽的出口设置一个渣一次冷却装置，渣一次冷却装置由渣粒化喷水系统、渣粒化装置、熔渣水口组成；渣粒化喷水系统由横向布置的水管和若干喷嘴组成；渣粒化装置采用离心粒化结构方式，与中间罐渣液液位测量装置，渣量、水量闭环控制系统、水量测量装置、水量调整装置相连接的还有循环水池、循环水泵。
本发明的有益效果是：通过成熟的液位测量技术，有效地实现高温熔渣流量与冷却水量的闭环控制，从而在保证渣粒活性的前提下实现水淬水量最小化。
附图说明：
图1是本发明实施例高温熔渣流量与冷却水量闭环控制方法与装置原理图；
附图中：1.中间罐渣液液位测量装置；2.渣量、水量闭环控制系统；3.循环水池；4.循环水泵；5.水量测量装置；6.水量调节装置；7.渣粒化喷水系统；8.渣粒化装置；9.渣一次冷却装置；10.熔渣水口；11.中间渣槽；12.高温熔渣。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明：如图1所示的一种高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的装置，中间罐渣液液位测量装置1由各种成熟的非接触式液位测量装置组成；水量测量装置5、水量调节装置6分别由各种成熟的流量测量装置和调节装置组成；渣量、水量闭环控制系统2采用PLC、HMI等编程控制装置，在高温熔渣12渣沟流出口的下面设置一个过渡的中间渣槽11，在中间渣槽11的出口设置一个渣一次冷却装置9，渣一次冷却装置9由渣粒化喷水系统7、渣粒化装置8、熔渣水口10组成；渣粒化喷水系统7由横向布置的水管和若干喷嘴组成；渣粒化装置8采用离心粒化结构方式，与中间罐渣液液位测量装置1，渣量、水量闭环控制系统2、水量测量装置、水量调整装置相连接的还有循环水池3、循环水泵4。提供一种高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的方法：特征是：来自高炉渣沟的高温熔渣12流入中间渣槽11，并经熔渣水口10流入渣一次冷却装置9，冷却水在循环水泵4的作用下，从循环水池3中流出，经过水量测量装置5、水量调节装置6后，进入渣粒化喷水系统7，喷入渣一次冷却装置9；在渣一次冷却装置9中，经渣粒化装置8粒化的高温熔渣12液滴，与从渣粒化喷水系统7喷入的冷却水雾接触冷却，当高温熔渣12流量发生变化时，中间渣槽11中高温熔渣12的液位H将发生变化，这时中间罐渣液液位测量装置1将检测到液位的变化，并将变化量输送到渣量、水量闭环控制系统2，同时水量测量装置5随时将冷却水量输送到渣量、水量闭环控制系统2，控制系统根据测得的渣液液位变化和冷却水量的大小，经过数学模型计算后给出冷却水的调整量，并控制水量调节装置6改变冷却水量的大小，使之与高温熔渣流量的变化相适应，实现高温熔渣流量与冷却水量的闭环控制；其原理是：检测高温熔渣液的瞬时流量，高温熔渣12液体从渣沟流入中间渣槽11，然后从中间渣槽11下部的熔渣水口流入渣一次冷却装置9，检测单位时间内从熔渣水口流出的高温熔渣液流量，即检测到高温熔渣液的瞬时流量；高温炉渣液体从熔渣水口流出，从流体力学的观点来看，实际上就是孔口出流，液体经过孔口出流是一个广泛应用的实际问题，根据流体力学的理论，此时的体积流量可以用以下公式(1)表示：
V Z = C d · A · 2 gH - - - ( 1 )
式中，VZ体积流量，Cd表示流量系数，A表示小孔的面积，g为重力加速度，H为液位高度；从上式可见，当孔口截面形状和渣粘度、温度等物理特性不变的情况下，渣的体积流量只与液位高度相关，即与液位高度的开方成正比，本发明实现高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的实质就是：使高温炉渣在进行初次水淬冷却时的水量，随时根据处理渣量的变化进行闭环调节，从而在保证渣粒活性的前提下实现水淬水量最小化；因此，需要建立水量与渣量之间的函数关系式，根据热平衡的原理，要想使水量最小化，必然存在水淬水的吸热量与高温熔渣的放热量相等，可用下式(2)表示：
V s · γ s · ( h s 2 - h s 1 ) = V z · γ z · ( h z 1 - h z 2 ) - - - ( 2 )
式中，Vs水的体积流量，Vz高温熔渣的体积流量，γS水的比重，γZ高温熔渣的比重，
Figure BDA0000077036460000062
水的初始焓值，水的终止焓值，渣的初始焓值，
Figure BDA0000077036460000065
渣的终止焓值；
由上式(2)推导得出水量与渣量之间的函数关系可用下式(3)表示：
V s = V z · γ z · ( h z 1 - h z 2 ) γ s · ( h s 2 - h s 1 ) - - - ( 3 )
将式(1)代入式(3)整理得：
V s = γ z · ( h z 1 - h z 2 ) · C d · A · 2 gH γ s · ( h s 2 - h s 1 ) - - - ( 4 )
上式说明，当孔口截面形状，渣和水的比重、粘度、温度等物理特性不变的情况下，冷却水量只与高温熔渣液位高度相关，即与液位高度的开方成正比；上式(4)就是高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的数学模型，同时也是本发明涉及的高温熔渣流量与冷却水量闭环控制方法的核心。

Claims (2)

1.一种高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的方法，特征是：来自高炉渣沟的高温熔渣（12）流入中间渣槽（11），并经熔渣水口（10）流入渣一次冷却装置（9），冷却水在循环水泵（4）的作用下，从循环水池（3）中流出，经过水量测量装置（5）、水量调节装置（6）后，进入渣粒化喷水系统（7），喷入渣一次冷却装置（9）；在渣一次冷却装置（9）中，经渣粒化装置（8）粒化的高温熔渣（12）液滴，与从渣粒化喷水系统（7）喷入的冷却水雾接触冷却，当高温熔渣（12）流量发生变化时，中间渣槽（11）中高温熔渣（12）的液位H将发生变化，这时中间罐渣液液位测量装置（1）将检测到液位的变化，并将变化量输送到渣量、水量闭环控制系统（2），同时水量测量装置（5）随时将冷却水量输送到渣量、水量闭环控制系统（2），控制系统根据测得的渣液液位变化和冷却水量的大小，经过数学模型计算后给出冷却水的调整量，并控制水量调节装置（6）改变冷却水量的大小，使之与高温熔渣流量的变化相适应，实现高温熔渣流量与冷却水量的闭环控制；检测高温熔渣液的瞬时流量，高温熔渣（12）液体从渣沟流入中间渣槽（11），然后从中间渣槽（11）下部的熔渣水口流入渣一次冷却装置（9），检测单位时间内从熔渣水口流出的高温熔渣液流量，即检测到高温熔渣液的瞬时流量；高温熔渣液体从熔渣水口流出，从流体力学的观点来看，实际上就是孔口出流，液体经过孔口出流是一个广泛应用的实际问题，根据流体力学的理论，此时的体积流量用以下公式（1）表示：
V Z = C d · A · 2 gH - - - ( 1 )
式中，VZ体积流量,Cd表示流量系数，A表示小孔的面积，g为重力加速度，H为液位高度；从上式可见，当孔口截面形状和渣粘度、温度物理特性不变的情况下，渣的体积流量只与液位高度相关，即与液位高度的开方成正比，使高温熔渣在进行初次水淬冷却时的水量，随时根据处理渣量的变化进行闭环调节，从而在保证渣粒活性的前提下实现水淬水量最小化；因此，需要建立水量与渣量之间的函数关系式，根据热平衡的原理，要想使水量最小化，必然存在水淬水的吸热量与高温熔渣的放热量相等，用下式（2）表示：
V s · γ s · ( h s 2 - h s 1 ) = V z · γ z · ( h z 1 - h z 2 ) - - - ( 2 )
式中，Vs水的体积流量，Vz高温熔渣的体积流量，γS水的比重，γZ高温熔渣的比重，水的初始焓值，
Figure FDA00002709539000024
水的终止焓值，
Figure FDA00002709539000025
渣的初始焓值，
Figure FDA00002709539000026
渣的终止焓值；
由上式（2）推导得出水量与渣量之间的函数关系用下式（3）表示：
V s = V z · γ z · ( h z 1 - h z 2 ) γ s · ( h s 2 - h s 1 ) - - - ( 3 )
将式（1）代入式（3）整理得：
V s = γ z · ( h z 1 - h z 2 ) · C d · A · 2 gH γ s · ( h s 2 - h s 1 ) - - - ( 4 )
从上式可见，当孔口截面形状，渣和水的比重、粘度、温度物理特性不变的情况下，冷却水量只与高温熔渣液位高度相关，即与液位高度的开方成正比；上式（4）就是高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的数学模型。
2.一种高温熔渣流量与冷却水量闭环控制的装置，包括采用各种成熟的非接触式液位测量装置的中间罐渣液液位测量装置（1）、分别采用各种成熟的流量测量装置和调节装置的水量测量装置（5）、水量调节装置（6）、采用PLC、HMI编程控制装置的渣量、水量闭环控制系统（2），其特征是：在高温熔渣（12）渣沟流出口的下面设置一个过渡的中间渣槽（11），在中间渣槽（11）的出口设置一个渣一次冷却装置（9），渣一次冷却装置（9）由渣粒化喷水系统（7）、渣粒化装置（8）、熔渣水口（10）组成；渣粒化喷水系统（7）由横向布置的水管和若干喷嘴组成；渣粒化装置（8）采用离心粒化结构方式，与中间罐渣液液位测量装置（1）、渣量、水量闭环控制系统（2）、水量测量装置、水量调整装置相连接的还有循环水池（3）、循环水泵（4）。
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