CN103033052B

CN103033052B - 有效风量确定方法及系统

Info

Publication number: CN103033052B
Application number: CN201210579009.3A
Authority: CN
Inventors: 袁立新; 孙超; 申伟杰; 卢杨权; 高鹏双
Original assignee: Zhongye Changtian International Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhongye Changtian International Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: CN103033052A

Abstract

本申请公开了一种有效风量确定方法及系统，该方法包括：检测大烟道风量和大烟道烟气成分；根据检测得到的烟气成分计算大烟道有效风率；计算大烟道有效风量，所述有效风量等于所述大烟道风量乘于大烟道有效风率；确定单位物料的有效风量。该方法利用物料焙烧过程中实际检测得到的大烟道风量和大烟道烟气成分，通过计算得到单位物料的有效风量，与现有的估算值相比，确定得到的单位物料的有效风量较为准确。

Description

有效风量确定方法及系统

技术领域

本申请涉及烧结工艺技术领域，特别是涉及一种有效风量确定方法。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，钢铁生产规模越来越大，能源消耗也越来越多，节能环保指标越来越成为钢铁生产过程的重要考察因素。在钢铁生产中，含铁原料矿石进入高炉冶炼之前需要经过烧结系统处理，也就是，将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后，布放在烧结台车上焙烧，使其发生一系列物理化学变化，形成容易冶炼的烧结矿，这一过程称之为烧结。

主抽风机是烧结厂内最大的电能消耗设备，现有的主抽风机通常按照最大生产量设计，而实际生产过程中，通常不需要其长时间在最大生产产量的条件下满负荷运行。在烧结过程中，物料发生物理化学反应消耗的风量只是主抽风机所产生风量的一部分，没有与物料发生物理化学反应的无效风量是主抽风机所产生风量的另一部分。无效风量不仅使主抽风机能耗增加，而且还会将物料烧结过程中燃料产生的热量带走，造成能量的浪费。

近年来，变频节能技术已经应用到烧结系统的主抽风机控制中，但在工艺设计时，设计师会根据经验设定一个单位物料所需的风量值，依据该值来确定主抽风机的风量。该风量值是一个估算值，由于无法或难以实时检测到实际参与物料物理化学反应所需空气量的大小因素，主抽系统无法根据实际需要调节风机，所以正常生产时由于主抽风量能力偏大需依靠关闭主抽风门或加大烧结速度来组织生产，而关闭主抽风门事实上是增加系统阻力而增大了能耗，而加快烧结速度事实上增加了无效风量同时也浪费了电能和热能。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种有效风量确定方法，以实现准确确定单位物料的有效风量。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种有效风量确定方法，包括：

检测大烟道风量和大烟道烟气成分；所述大烟道烟气成分包括：O2、N2、NO和NO2；

根据检测得到的烟气成分，利用计算参与反应的氧气量，并利用计算大烟道有效风率；

计算大烟道有效风量，所述大烟道有效风量等于所述大烟道风量乘以大烟道有效风率；

根据所述大烟道有效风量确定单位物料的有效风量。

本申请还提供一种有效风量确定系统，包括：

风量检测单元，用于检测大烟道风量；

烟气成分检测单元，用于检测大烟道烟气成分；所述大烟道烟气成分包括：O2、N2、NO和NO2；

有效风率计算单元，用于根据检测得到的烟气成分，利用计算参与反应的氧气量，并利用计算大烟道有效风率；

有效风量计算单元，用于计算大烟道有效风量，所述大烟道有效风量等于大烟道风量乘上大烟道有效风率；

确定单元，用于根据所述大烟道有效风量确定单位物料的有效风量。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该风量确定方法，对于特定配比的物料，在物料焙烧过程中，通过检测焙烧时大烟道风量以及大烟道烟气成分，可以确定台车上物料焙烧时大烟道有效风量，即台车上物料焙烧时对应的有效风量，然后根据已知台车参数和料层参数，可以确定单位物料的有效风量。

该方法利用物料焙烧过程中实际检测得到的大烟道风量和大烟道烟气成分，通过计算得到单位物料的有效风量，与现有的估算值相比，确定得到的单位物料的有效风量较为准确，进而当利用该单位物料的有效风量去设定主抽风机的频率时，可以有效节约电能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一提供的有效风量确定方法的流程图；

图2为实施例一提供的烧结机台车的局部结构示意图；

图3为实施例二提供的有效风量确定方法的流程图；

图4为实施例三提供的一种有效风量确定方法的流程图；

图5为实施例三提供的另一种有效风量确定方法的流程图；

图6为实施例四提供的有效风量确定系统的结构示意图；

图7为实施例五提供的有效风量确定系统的结构示意图；

图8为实施例六提供的一种有效风量确定系统的结构示意图；

图9为实施例六提供的另一种有效风量确定系统的结构示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

图1为实施例一提供的有效风量确定方法的流程图。

本实施例中，直接在大烟道内设置风量检测装置，利用风量检测装置来检测大烟道风量。如图2所示，图中，1为台车，2为大烟道，3为风箱，4为风量检测装置，风量检测装置4设置在大烟道2内。

如图1所示，首先在步骤S101：检测大烟道风量。接着在步骤S102：检测大烟道烟气成分。

在物料层烧结过程中，不会将主抽风机产生的风量中的氧气完全消耗掉，而是仅仅有一部分氧气参与烧结反应，所以，通过烟气成分可以了解烧结过程中物料消耗的氧气情况。在本实施例中，检测大烟道烟气成分，主要检测单位体积烟气中O₂、CO、CO₂、N₂、NO、NO₂ 的含量。

如图2所示，烟气分析仪5设置在大烟道2内，用于检测单位体积烟气中O₂、CO、CO₂、N₂、NO、NO₂ 的含量。

S103：根据检测得到的烟气成分计算大烟道有效风率。

由于空气进入烧结反应过程中，氧气需参与铁矿石固相反应及焦炭燃烧等反应，因此进气中的氧经烧结过程后，其在烟气中氧气的量会发生变化；由于氮不参与铁矿石的固相反应，所以氮经过烧结过程后以NO、NO₂、N₂的形式存在，在烟气中可准确测量。

根据物质不变定律，空气中氮气和氧气的含量稳定，这样根据烟气中氮气量和被氧化的氮气量，就可以计算得到进入到大烟道内的氮气和氧气的量，同时根据测得的烟气中剩余氧气量，利用公式（1）可准确计算得到参与反应氧气量。

其中：

空气中氧气量/空气中氮气量为一个常数；被氧化氮气量可以通过烟气分析仪中检测得的NO、NO₂量计算得到；烟气中氮气量也可以通过烟气分析仪中检测得到的N₂量计算得到。

因此，可以计算得到参与反应氧气量。

当计算得到参与反应氧气量后，利用公式（2），可以计算得到大烟道有效风率K。

其中：K为大烟道有效风率，烟气中剩余氧气量可以通过烟气分析仪中检测得到的O₂量计算得到。

S104：计算大烟道有效风量。

对于大烟道来说，风量等于有效风量除以有效风率，所以根据公式（3），即可计算大烟道有效风量Q_有效。

Q_有效=Q_大烟道*K （3）

其中，Q_大烟道为大烟道风量，Q_有效为大烟道有效风量，单位为m³/min。

由于大烟道风量Q_大烟道等于所有风箱的风量之和，所以大烟道风量Q_大烟道就是当前烧结机台车上物料焙烧所需的风量，而大烟道有效风量Q_有效就是当前烧结机台车上物料焙烧的有效风量。

S105：确定单位物料的有效风量。

由于上述步骤S104中已经确定，当前烧结机台车上物料焙烧的有效风量Q_有效，那么根据实际需要，就可以确定单位物料的有效风量。单位物料的有效风量本质上就是单位体积物料的有效风量或单位质量物料的有效风量。

另外，本申请实施例中所描述的单位体积物料的有效风量或单位质量物料的有效风量，均是指某一个特定的配比的物料，当物料的配比不同时，对应单位体积物料的有效风量或单位质量物料的有效风量也是不相同的。

实施例二：

图3为实施例二提供的有效风量确定方法的流程图。

按照图3，该方法首先在S201：检测大烟道风量，接着在S202：按照预先设置的时间间隔检测大烟道内单位体积烟气中的烟气成分。

本实施例中，大烟道内单位体积烟气中的烟气成分为单位体积烟气中O₂、CO、CO₂、N₂、NO、NO₂ 的含量。在检测大烟道烟气成分时，按照预先设置的时间间隔检测大烟道烟气成分，还可以实现对系统负载稳定性的检测。当按照时间间隔检测到的大烟道烟气成分变化较大时，表明系统负载稳定性较差，或者系统中有设备故障，如果系统负载稳定性较差，确定出来的单位物料有效风量也会不准确。

对于不同的精度要求，预先设置的时间间隔可以不相同，例如：对于单位物料有效风量要求的精度较高时，选择较短的时间间隔，如1秒或0.5秒，而对于只需粗略了解单位物料的有效风量的情况，选择较长的时间间隔，如10秒或20秒。

S203：利用所述烟气成分确定参与反应氧气量。

利用上述实施例一中的公式（1）可以计算确定参与反应氧气量。

S204：计算相邻两次检测烟气成分后确定得到参与反应氧气量的差值。

S205：判断参与反应氧气量的差值是否小于或等于预先设置值。

如果是，执行步骤S206，否则结束流程。

当相邻两次确定结果的差值小于或等于预先设置值时，意味着当前系统工作状态相对稳定，物料量的变化满足计算单位物料对应有效风量的精度要求。而当判断结果为否时，则物料量的变化较大，影响后续计算单位物料对应有效风量的精度，所以直接结束流程。

S206：利用相邻确定得到参与反应氧气量的均值计算烟道有效风率。

为了避免某一次检测误差对最终确定的物料有效风量带来影响，采用相邻两次检测结果的均值，作为后续计算大烟道有效风量的依据。该步骤后执行步骤S207。

S207：计算大烟道有效风量。

S208：确定单位物料的有效风量。

本申请实施例中，步骤S207~S208与实施例一中步骤S104~S105一对应，详细描述可参考上述实施例中关于步骤S104~S105的描述，在此不再赘述。

实施例三：

图4为实施例三提供的一种有效风量确定方法的流程图。

如图4所示，该方法包括：

S301：检测大烟道风量。

S302：检测大烟道烟气成分。

S303：根据检测得到的烟气成分计算大烟道有效风率。

S304：计算大烟道有效风量。

本申请实施例中，步骤S301~S304相当于实施例一中步骤S101~S104，关于步骤S301~S303的详细描述可参见上述实施例一中对步骤S101~S104的描述，在此不再赘述。

S305：计算台车上物料的体积。

参见上述步骤S104中描述，可知，大烟道有效风量Q_有效就是当前烧结机台车上物料焙烧的有效风量，假设物料由烧结起点运动到烧结终点的时间为t，那么物料焙烧过程中需要的全部有效风量为：Q_有效*t。

本实施例中，按照公式（4）计算台车上物料的体积V，

V= w*v*t*h （4）

其中，V为台车上物料的体积，单位为m³；w为台车宽度，单位为m，v为台车速度，单位为m/s；t为物料由烧结起点运动到烧结终点的时间，单位为s，h为台车上物料的料层厚度，单位为mm。

S306：计算单位体积物料的有效风量。

当计算得到台车上物料的体积V后，利用公式（5）即可计算得到单位体积物料的有效风量。

Q_v=：（Q_有效*t） /（ w*v*t*h）（5）

其中，Q_v 为单位体积物料的有效风量。

最终得到单位体积物料的有效风量为：Q_v = Q_有效/ w*v*h 。

此外，如图5所示，为本实施例三提供的另一种有效风量确定方法的流程图。

图5中步骤S401~S404相当于实施例一中步骤S101~S104，关于步骤S301~S303的详细描述可参见上述实施例一中对步骤S101~S104的描述，在此不再赘述。

S405：根据已知台车速度、台车宽度、料层厚度和物料密度，计算台车上物料的质量。

本实施例中，按照公式（6）计算台车上物料的体积V，

M= w*v*t*h *ρ （6）

其中：M为台车上物料的质量，单位为Kg；w为台车宽度，单位为m，v为台车速度，单位为m/s；h为台车上物料的料层厚度，单位为mm ，t为物料由烧结起点运动到烧结终点的时间，单位为s，ρ为某一特定配比物料的密度，单位为Kg/ m³。

S406：计算单位质量物料的有效风量。

利用如下公式（7）即可计算得到单位质量物料的有效风量。

Q_m=（Q_有效*t）/（ w*v*t*h *ρ），（7）

其中，Q_m为单位质量物料的有效风量。

最终得到单位质量物料的有效风量为：Q_m = Q_有效/ w*v*h *ρ。

此外，根据实际需要，还可以在计算大烟道有效风量之后，同时计算单位体积物料的有效风量和单位质量物料的有效风量。

实施例四：

本实施例提供一种有效风量确定系统。

如图6所示，该系统包括：风量检测单元10、烟气成分检测单元20、有效风率计算单元30、有效风量计算单元40和确定单元50，其中，

风量检测单元10，用于检测大烟道风量。

参见图2，本实施例中，风量检测单元10接收设置在大烟道内风量检测装置4的检测数据，来检测大烟道风量。

烟气成分检测单元20，用于检测大烟道烟气成分。

在物料层烧结过程中，不会将主抽风机产生的风量中的氧气完全消耗掉，而是仅仅有一部分氧气参与烧结反应，所以，通过烟气成分可以了解烧结过程中物料消耗的氧气情况。在本实施例中，参见图2所示，烟气成分检测单元20接收设置在大烟道内烟气分析仪5的检测数据，烟气成分检测单元20主要检测单位体积烟气中O₂、CO、CO₂、N₂、NO、NO₂ 的含量。

有效风率计算单元30，用于根据检测得到的烟气成分计算大烟道有效风率。

有效风率计算单元30根据烟气成分，并结合公式（1）和公式（2）可以计算出参与烧结反应氧气量占大烟道风量的比例，即大烟道有效风率。

有效风量计算单元40，用于计算大烟道有效风量，所述大烟道有效风量等于大烟道风量乘上大烟道有效风率。

由大烟道有效风量等于大烟道风量乘以大烟道有效风率，所以根据风量检测单元10检测到的大烟道风量和有效风率计算单元30计算得到的大烟道有效风率，可以直接得到大烟道有效风量。

另外，大烟道风量Q_大烟道等于所有风箱的风量之和，所以大烟道风量就是当前烧结机台车上物料焙烧所需的风量，而大烟道有效风量就是当前烧结机台车上物料焙烧的有效风量。

确定单元50，用于确定单位物料的有效风量。

当计算得到大烟道有效风量后，根据实际需要，就可以确定单位物料的有效风量。单位物料的有效风量本质上就是单位体积物料的有效风量或单位质量物料的有效风量。

实施例五：

在本实施例中，烟气成分检测单元20在检测时，按照设定的时间间隔检测大烟道内的烟气成分。

如图7所示，本实施例提供的该有效风量确定系统，与图6所示实施例相比，还包括：

氧气量确定单元60，与烟气成分检测单元20相连接，用于利用所述烟气成分确定参与反应氧气量。

差值计算单元70，用于计算相邻两次检测烟气成分后确定得到参与反应氧气量的差值；

差值判断单元80，与所述有效风率计算单元30相连接，用于判断所述差值计算单元70计算得到的差值是否小于或等于预先设置值。

当判断结果为小于或等于时，有效风率计算单元30根据相邻两次氧气量确定单元60确定的参与反应氧气量的均值计算大烟道有效风率，否则，结束。

实施例六：

如图8所示，在本实施例中，图6或图7所示实施例中的确定单元50可以包括：体积计算单元501和第一计算单元502，其中，

体积计算单元501，用于根据已知台车速度、台车宽度和料层厚度，计算台车上物料的体积。

第一计算单元502，用于计算单位体积物料的有效风量。

另外，如图9所示，确定单元50可以包括：质量计算单元503和第二计算单元504，其中，

质量计算单元503，用于根据已知台车速度、台车宽度、料层厚度和物料密度，计算台车上物料的质量；

第二计算单元504，用于计算单位质量物料的有效风量。

此外，在其它实施例中，确定单元50可以同时包括：体积计算单元501、第一计算单元502、质量计算单元503和第二计算单元504，这样，当计算大烟道有效风量之后，可以同时计算单位体积物料的有效风量和单位质量物料的有效风量。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种有效风量确定方法，其特征在于，包括：

根据所述大烟道有效风量确定单位物料的有效风量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

周期性检测大烟道内单位体积烟气中的烟气成分。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

利用所述烟气成分确定参与反应氧气量；

计算相邻两次检测烟气成分后确定得到参与反应氧气量的差值；

判断所述参与反应氧气量的差值是否小于或等于预先设置值；

如果是，根据相邻两次检测烟气成分后确定得到参与反应氧气量的均值计算大烟道有效风率，否则，结束。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

根据所述大烟道有效风量以及已知台车速度、台车宽度和料层厚度，计算单位体积物料的有效风量；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

根据所述大烟道有效风量以及已知台车速度、台车宽度、料层厚度和物料密度，计算单位质量物料的有效风量；

6.一种有效风量确定系统，其特征在于，包括：

风量检测单元，用于检测大烟道风量；

确定单元，用于确定单位物料的有效风量。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述烟气成分检测单元按照预先设置的时间间隔检测大烟道内单位体积烟气中的烟气成分；

该系统进一步包括：

氧气量确定单元，用于利用所述烟气成分确定参与反应氧气量；

差值计算单元，用于计算相邻两次检测烟气成分后确定得到参与反应氧气的差值；

差值判断单元，用于判断所述参与反应氧气量的差值是否小于或等于预先设置值；

如果是，所述有效风率计算单元根据相邻两次检测烟气成分后确定得到参与反应氧气量的均值计算大烟道有效风率，否则，结束。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述确定单元包括：

体积计算单元，用于根据已知台车速度、台车宽度和料层厚度，计算台车上物料的体积；

第一计算单元，用于根据大烟道有效风量计算单位体积物料的有效风量。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述确定单元包括：

质量计算单元，用于根据已知台车速度、台车宽度、料层厚度和物料密度，计算台车上物料的质量；

第二计算单元，用于根据大烟道有效风量计算单位质量物料的有效风量。