CN106766943A - 一种烧结矿竖式冷却炉装置以及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烧结矿竖式冷却炉装置以及冷却方法，包括皮带输送单元、冷却炉、鼓风机、引风机、余热锅炉和控制单元；皮带输送单元用于将需冷却的烧结矿输入冷却炉；振动定量给矿器与冷却炉的出料口连通，冷却炉的出风口与余热锅炉的进风口连通；鼓风机的进风口与空气连通，鼓风机的出风口与冷却炉的进风口连通；引风机的出风口与鼓风机的进风口连通，引风机的进风口与余热锅炉的出风口连通；本发明利用BP神经网络模型建模方法，根据输入量和输出量的关系调整冷却区烧结矿的重量值、引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值，保证了冷却后烧结矿的温度达到行业标准，提高了冷却炉出风口温度的稳定性，使冷却机废气中的热量能够得到充分利用。

Description

一种烧结矿竖式冷却炉装置以及冷却方法

技术领域

本发明涉及冶金工业余热利用技术领域，尤其是涉及一种烧结矿竖式冷却炉装置以及冷却方法。

背景技术

钢铁工业是国民经济重要的基础产业，能源消耗量约占全国工业总能耗的15%，是节能减排的重点行业；在钢铁生产过程中，烧结工序的能耗较高，一般为钢铁企业总能耗的10-15%；目前，烧结矿利用空气介质经过带式冷却机或环式冷却机进行冷却，在烧结矿的冷却的过程中，热能以废气的方式散发，废气温度在约在100℃-400℃之间，在烧结工序总能耗中，有近50%热能以烧结机烟气和冷却机废气的形式排放，造成了极大的能源浪费；而行业标准规定：冷却炉出料口烧结矿的温度为90℃-200℃，冷却炉出风口的风温为600℃，这就需要根据进入冷却炉的烧结矿的重量实时的调整引风机吹出冷却风的风温和风量，以达到快速冷却烧结矿的目的；但是，现有带式冷却机或环式冷却机的冷却炉所使用的引风机进风口与空气直接连通，即冷却风为空气，空气的温度恒定，当进入冷却炉的烧结矿的重量明显减少时，引风机做提供的冷却风风温并不能随之调整，容易导致烧结矿过渡冷却的情况发生，还容易导致带式冷却机或环式冷却机的出风口风温不稳定；同时，现有技术中，调节引风机风量时，需要工作人员根据经验手动调节，同样容易导致冷却机出风口风温不稳定，冷却机废气中的热量无法循环利用，造成资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烧结矿竖式冷却炉装置及冷却方法，用以解决传统的带式冷却机或环式冷却机存在的引风机提供的冷却风温度无法调节的问题，还解决了传统技术中调整引风机的风量时，需要工作人员根据经验手动调整，容易导致冷却炉的出风口风温不稳定，冷却机废气中的热量无法循环利用，造成资源浪费的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种烧结矿竖式冷却炉装置，其特征在于：包括皮带输送单元、冷却炉、鼓风机、引风机、余热锅炉和控制单元；

皮带输送单元用于将需冷却的烧结矿输入冷却炉；

冷却炉包括送料口、出料口、预存区、冷却区、进风口、出风口和振动定量给矿器；送料口开设在预存区顶部，预存区底部与冷却区的顶部连通，出料口开设在冷却区的底部，振动定量给矿器与出料口连通，冷却后的烧结矿通过出料口由振动定量给矿器排出冷却炉；冷却炉的进风口开设在冷却区下部，冷却炉的进风口用于输入冷却风；冷却炉的出风口开设在预存区下部，冷却炉的出风口用于排出冷却炉内的热风，冷却炉的出风口与余热锅炉的进风口连通；

鼓风机的进风口与空气连通，鼓风机的出风口与冷却炉的进风口连通；引风机的出风口与鼓风机的进风口连通，引风机的进风口与余热锅炉的出风口连通；

控制单元包括第一称重传感器、第二称重传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、电子流量阀和工控机，电子流量阀设置在预存区和冷却区的连通处，电子流量阀用于控制烧结矿由预存区进入冷却区的速率；第一称重传感器设置在预存区的底部，第二称重传感器设置在冷却区的底部；第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器分别设置在预存区、冷却区、出料口和出风口，第一称重传感器、第二称重传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器的数据输出端均与工控机的输入端通信连接，工控机的控制输出端与电子流量阀的控制输入端连接，工控机的控制输出端还通过阀门控制系统与鼓风机进口阀门和引风机进口阀门的输入端连接。

所述第一称重传感器和第二称重传感器均采用以高温应变电阻为核心的高温称重传感器。

所述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器可采用红外温度测量仪、红外热电偶或者光纤温度测量仪器中的任意一种。

一种烧结矿冷却方法，包括以下步骤：

A：定义BP神经网络模型的输入量（引风机进风口开度、鼓风机进风口开度和冷却区烧结矿的重量）和输出量（出料口烧结矿温度和出风口温度），建立BP神经网络模型；

B：当BP神经网络模型的误差精度满足要求时，得到输入量和输出量的关系，进而得到满足行业标准（出料口烧结矿的温度为90℃-200℃，冷却炉出风口的风温为600℃）条件时输入量的值；

C：工控机控制电子流量阀、引风机进风口开度和鼓风机进风口开度，使冷却区烧结矿的重量值、引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值与步骤B得到的输入量的值相等。

所述的步骤A包括以下步骤：

A1：输入量为引风机进风口开度、鼓风机进风口开度和冷却区烧结矿的重量，其中预存区烧结矿的温度由第一温度传感器实时测得，电子流量阀开度由电子流量阀实时反馈给工控机；输出量为出料口烧结矿温度和出风口温度，其中出料口烧结矿温度由第三温度传感器实时测得，出风口温度由第四温度传感器实时测得；

A2：利用烧结矿冷却的历史数据，采用至少10个不同时刻的输入量和输出量数据作为样本，训练BP神经网络模型。

所述的步骤C包括以下步骤：

C1：工控机由小到大调整电子流量阀开度的大小，直至第一称重传感器和第二称重传感器所测得的重量值的差值稳定不变并与步骤C中冷却区烧结矿的重量值相等；

C2：工控机由小到大调整引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值，直至引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值与步骤B得到的引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值相等。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种烧结矿竖式冷却炉装置，采用了引风机和鼓风机共同提供冷却风的方式，鼓风机的风源采用空气，引风机的风源采用余热锅炉废气，空气的温度值低于余热锅炉废气的温度值，两者相结合，通过调整鼓风机进口阀门的开度和引风机进口阀门的开度能够有效的调节冷却风的风温，保证了烧结矿的冷却质量符合行业标准，还保证了冷却炉出风口风温的稳定，使冷却机废气能够得到有效的利用，大大节约的能源；本发明所述的一种烧结矿冷却方法，利用BP神经网络模型建模方法，确定烧结矿冷却过程中竖式冷却炉装置内的数学模型，根据BP神经网络模型中输入量和输出量的关系，确定冷却区烧结矿的重量值、引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值，保证了冷却后的烧结矿温度达到行业标准，也提高了冷却炉出风口的温度的稳定性，使冷却机废气中的热量能够得到充分利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明所述一种烧结矿竖式冷却炉装置的结构示意图。

图2为本发明所述一种烧结矿竖式冷却炉装置的电气连接示意图。

图3为本发明所述一种烧结矿冷却方法的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明所述的一种烧结矿竖式冷却炉装置，包括皮带输送单元1、冷却炉、鼓风机11、引风机10、余热锅炉9和控制单元；

皮带输送单元1用于将需冷却的烧结矿输入冷却炉，现有的冷却机均需使用皮带输送单元1将需冷却的烧结矿输入冷却机，对于皮带输送单元1，这里不再赘述。

冷却炉包括送料口2、出料口6、预存区3、冷却区4、进风口、出风口和振动定量给矿器5；送料口2开设在预存区3顶部，皮带输送单元1将需冷却的烧结矿输送进冷却炉的送料口2；预存区3设置在冷却区4上方，预存区3底部与冷却区4的顶部连通，预存区3用于暂存放还未冷却的烧结矿，防止冷却区4的烧结矿集矿阻塞；出料口6开设在冷却区4的底部，振动定量给矿器5与出料口6连通，利用振动给矿器的振动作用能够使冷却后的烧结矿及时由出料口6排出，防止出料口6阻塞；冷却炉的进风口8开设在冷却区4下部，冷却炉的进风口8用于输入冷却风；冷却炉的出风口7开设在预存区3下部，冷却炉的出风口7用于排出冷却炉内的热风（冷却机废气），冷却炉的出风口7与余热锅炉9的进风口连通。

鼓风机11的进风口与空气连通，鼓风机11的出风口与冷却炉的进风口8连通；引风机10的出风口与鼓风机11的进风口或者冷却炉的进风口8连通，引风机10的进风口与余热锅炉9的出风口连通，因此引风机10的风源为余热锅炉9排出的热风，温度高于环境空气温度，当冷却风的温度需要下调时，只需将引风机10的风量增大，鼓风机11的风量较小，就能够与使进入冷却炉的冷却风的风温升高，解决了由于传统冷却机的风源只有空气而无法实时调节温度的问题。

控制单元包括第一称重传感器12、第二称重传感器13、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、电子流量阀14和工控机，电子流量阀14设置在预存区3和冷却区4的连通处，电子流量阀14用于控制烧结矿由预存区3进入冷却区4的速率（利用电子流量阀14控制固体、气体或者液体在管道内的流动速率属于现有成熟，这里不再赘述）；第一称重传感器12设置在预存区3的底部，第一称重传感器12用于测量任意时刻预存区3内烧结矿重量；第二称重传感器13设置在冷却区4的底部，第二称重传感器13用于测量任意时刻冷却炉内烧结矿重量；第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器分别设置在预存区3、冷却区4、出料口6和出风口，第一称重传感器12、第二称重传感器13、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器的数据输出端均与工控机的输入端通信连接，第一称重传感器12、第二称重传感器13、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器能够将各自测得的实时重量值或者温度值信息传输给工控机，这属于传感器的本身属性，这里不再赘述；工控机的控制输出端通过阀门控制电路与电子流量阀14的控制输入端连接，工控机的控制输出端还通过阀门控制系统与鼓风机11进口阀门和引风机10进口阀门的输入端连接（工控机通过内部设定的程序和数据控制电子流量阀14的开度、鼓风机11进口阀门的开度和引风机10进口阀门的开度均属于现有成熟技术，这里不再赘述）。

所述第一称重传感器12和第二称重传感器13均采用以高温应变电阻为核心的高温称重传感器，高温称重传感器耐高温性能好，不易损坏，可靠性强。

所述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器可采用红外温度测量仪、红外热电偶或者光纤温度测量仪器中的任意一种。

本发明所述的一种烧结矿竖式冷却炉装置，采用了引风机10和鼓风机11共同提供冷却风的方式，鼓风机11的风源采用空气，引风机10的风源采用余热锅炉9废气，空气的温度值低于余热锅炉9废气的温度值，两者相结合，通过调整鼓风机11进口阀门的开度和引风机10进口阀门的开度能够有效的调节冷却风的风温，保证了烧结矿的冷却质量符合行业标准，还保证了冷却炉出风口风温的稳定，使冷却机废气能够得到有效的利用，大大节约的能源。

如图3所示：一种烧结矿冷却方法，具体包括以下步骤：

因为烧结矿在冷却的过程中，整个竖式冷却炉装置的数学模型不确定，因此采用BP神经网络通过控制前后输入数据与输出数据，不断训练确定BP神经网络模型，BP神经网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映射关系。

利用BP神经网络，根据行业标准（出料口6烧结矿的温度为90℃-200℃，冷却炉出风口的风温为600℃），通过建立BP神经网络模型，得到在冷却炉的冷却区4烧结矿进料量稳定时，引风机10和鼓风机11需实时的风量和风温，具体包括以下步骤：

A：定义BP神经网络模型的输入量（引风机10进风口开度、鼓风机11进风口开度和冷却区4烧结矿的重量）和输出量（出料口6烧结矿温度和出风口温度），建立BP神经网络模型，具体采用以下方式：

A1：定义BP神经网络模型的输入量和输出量，输入量为引风机10进风口开度、鼓风机11进风口开度和冷却区4烧结矿的重量，其中预存区3烧结矿的温度由第一温度传感器实时测得，电子流量阀14开度由电子流量阀14实时反馈给工控机；输出量为出料口6烧结矿温度和出风口温度，其中出料口6烧结矿温度由第三温度传感器实时测得，出风口温度由第四温度传感器实时测得；

A2：利用烧结矿冷却的历史数据，采用至少10个不同时刻的输入量和输出量数据作为样本，训练BP神经网络模型；

B：当BP神经网络模型的误差精度满足要求时，得到输入量和输出量的关系，进而得到满足行业标准（出料口6烧结矿的温度为90℃-200℃，冷却炉出风口的风温为600℃）条件时输入量（引风机10进风口开度、鼓风机11进风口开度和冷却区4烧结矿的重量）的值；

C：工控机控制电子流量阀14、引风机10进风口开度和鼓风机11进风口开度，使冷却区4烧结矿的重量值、引风机10进风口开度值和鼓风机11进风口开度值与步骤B得到的输入量的值相等；具体采用以下步骤：

C1：工控机由小到大调整电子流量阀14开度的大小，直至第一称重传感器12和第二称重传感器13所测得的重量值的差值稳定不变并与步骤C中冷却区4烧结矿的重量值相等；

第一称重传感器12测得的重量值为整个冷却炉中烧结矿的重量值，第二称重传感器13测得的重量值为冷却炉预存区3烧结矿的重量值，第一称重传感器12和第二称重传感器13所测得的重量值的差值即为冷却炉冷却区4烧结矿的重量值；冷却装置正常运行时下，皮带输送单元1向预存区3输入烧结矿的速度和冷却炉通过出料口6向外排放烧结矿的速度是不变的，因此冷却炉冷却区4烧结矿的重量值仅与预存区3向冷却区4输送烧结矿的速度有关，即电子流量阀14的开度有关，利用工控机由小到大调整电子流量阀14开度的大小，就能够将冷却炉冷却区4烧结矿的重量值调整至与步骤C中冷却区4烧结矿的重量值相等；

C2：工控机由小到大调整引风机10进风口开度值和鼓风机11进风口开度值，直至引风机10进风口开度值和鼓风机11进风口开度值与步骤B得到的引风机10进风口开度值和鼓风机11进风口开度值相等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

本发明所述的一种烧结矿冷却方法，利用BP神经网络模型建模方法，确定烧结矿冷却过程中竖式冷却炉装置内的数学模型，根据BP神经网络模型中输入量和输出量的关系，确定冷却区4烧结矿的重量值、引风机10进风口开度值和鼓风机11进风口开度值，保证了冷却后的烧结矿温度达到行业标准，也提高了冷却炉出风口的温度的稳定性，使冷却机废气中的热量能够得到充分利用。

Claims (6)

1.一种烧结矿竖式冷却炉装置，其特征在于：包括皮带输送单元、冷却炉、鼓风机、引风机、余热锅炉和控制单元；

皮带输送单元用于将需冷却的烧结矿输入冷却炉；

冷却炉包括送料口、出料口、预存区、冷却区、进风口、出风口和振动定量给矿器；送料口开设在预存区顶部，预存区底部与冷却区的顶部连通，出料口开设在冷却区的底部，振动定量给矿器与出料口连通，冷却后的烧结矿通过出料口由振动定量给矿器排出冷却炉；冷却炉的进风口开设在冷却区下部，冷却炉的进风口用于输入冷却风；冷却炉的出风口开设在预存区下部，冷却炉的出风口用于排出冷却炉内的热风，冷却炉的出风口与余热锅炉的进风口连通；

鼓风机的进风口与空气连通，鼓风机的出风口与冷却炉的进风口连通；引风机的出风口与鼓风机的进风口连通，引风机的进风口与余热锅炉的出风口连通；

控制单元包括第一称重传感器、第二称重传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、电子流量阀和工控机，电子流量阀设置在预存区和冷却区的连通处，电子流量阀用于控制烧结矿由预存区进入冷却区的速率；第一称重传感器设置在预存区的底部，第二称重传感器设置在冷却区的底部；第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器分别设置在预存区、冷却区、出料口和出风口，第一称重传感器、第二称重传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器的数据输出端均与工控机的输入端通信连接，工控机的控制输出端与电子流量阀的控制输入端连接，工控机的控制输出端还通过阀门控制系统与鼓风机进口阀门和引风机进口阀门的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种烧结矿竖式冷却炉装置，其特征在于：所述第一称重传感器和第二称重传感器均采用以高温应变电阻为核心的高温称重传感器。

3.根据权利要求1所述的一种烧结矿竖式冷却炉装置，其特征在于：所述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器可采用红外温度测量仪、红外热电偶或者光纤温度测量仪器中的任意一种。

4.利用权利要求1所述的一种烧结矿竖式冷却炉装置所进行的一种烧结矿冷却方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：定义BP神经网络模型的输入量（引风机进风口开度、鼓风机进风口开度和冷却区烧结矿的重量）和输出量（出料口烧结矿温度和出风口温度），建立BP神经网络模型；

B：当BP神经网络模型的误差精度满足要求时，得到输入量和输出量的关系，进而得到满足行业标准（出料口烧结矿的温度为90℃-200℃，冷却炉出风口的风温为600℃）条件时输入量的值；

C：工控机控制电子流量阀、引风机进风口开度和鼓风机进风口开度，使冷却区烧结矿的重量值、引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值与步骤B得到的输入量的值相等。

5.根据权利要求4所述的一种烧结矿冷却方法，其特征在于：所述的步骤A包括以下步骤：

A1：输入量为引风机进风口开度、鼓风机进风口开度和冷却区烧结矿的重量，其中预存区烧结矿的温度由第一温度传感器实时测得，电子流量阀开度由电子流量阀实时反馈给工控机；输出量为出料口烧结矿温度和出风口温度，其中出料口烧结矿温度由第三温度传感器实时测得，出风口温度由第四温度传感器实时测得；

A2：利用烧结矿冷却的历史数据，采用至少10个不同时刻的输入量和输出量数据作为样本，训练BP神经网络模型。

6.根据权利要求4所述的一种烧结矿冷却方法，其特征在于：所述的步骤C包括以下步骤：

C1：工控机由小到大调整电子流量阀开度的大小，直至第一称重传感器和第二称重传感器所测得的重量值的差值稳定不变并与步骤C中冷却区烧结矿的重量值相等；

C2：工控机由小到大调整引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值，直至引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值与步骤B得到的引风机进风口开度值和鼓风机进风口开度值相等。