CN107726869B - 一种烧结过程中提高不稳定余热资源的稳定余热回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烧结过程中提高不稳定余热资源的稳定余热回收方法，在烧结的过程中获取多个抽风箱的温度数据，通过温度数据模拟出烧结矿床段的烧结矿纵向的温度变化曲线，根据原料矿的配料数据和厚度调节传送带运送速度以及每个抽风箱抽风负压调节阀门，使温度变化曲线的最高温度点停留在从烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处。本发明使烧结终点温度准确率达到90%以上，不仅余热回收能增加5%以上，而且还能提高烧结矿质量，降低返矿率1%以上。

Description

一种烧结过程中提高不稳定余热资源的稳定余热回收方法
技术领域
本发明涉及一种烧结过程中提高不稳定余热资源的稳定余热回收方法，通过提升烧结终点温度控制准确率的控制，来提升烧结余热回收系统的热量和稳定性。
背景技术
在钢铁生产过程中，烧结工序的能耗约占总能耗的10％，仅次于炼铁工序，位居第二。在烧结工序总能耗中，有近50％的热能以烧结机烟气和冷却机废热烟气的显热形式排入大气。作为钢铁产能大国，当前全国上烧结余热发电项目的其发电只有9kwh/t左右，其主要原因是烧结系统废热烟气的温度波动大。而烧结余热发电要想连续稳定地运行，只能运行在温度偏低的低负荷区域，这样不仅降低了余热回收效果，还降低了余热回收系统运转率（负荷低于额定值25%时系统停机）。这也是上发电项目不到30%而偏低的原因，其中烧结烟气余热有60%还没有回收利用，对于已经建成的烧结余热发电系统和相对稳定的烧结生产系统来说，影响烧结机烟气和冷却机废热烟气温度的主要因素是：烧结终点温度、烧结机密封和冷却机密封，而烧结机密封和冷却机密封是缓慢变化的，所以，日常产生烧结余热回收波动最大的是烧结终点温度，目前，烧结终点温度准确率只有70%左右，如果烧结终点温度准确率达到90%以上，不仅余热回收能增加5%以上，而且还能提高烧结矿质量，降低返矿率1%以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烧结过程中提高不稳定余热资源的稳定余热回收方法，通过对烧结终点温度控制模型的修正，并建立了新的控制模型，使烧结机烟气和冷却机废热烟气温度的波动明显降低，进而提升了烧结终点温度控制的准确率和温度，所以增加了余热回收量并且提高了烧结矿质量（降低返矿率），使不稳定余热资源的余热回收系统效果更佳。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种烧结过程中提高不稳定余热资源的稳定余热回收方法，包括烧结炉的烧结矿床段，炉箅传送带运送配有碳颗粒的具有一定厚度原料矿经烧结矿床段后实现原料矿烧结，烧结矿床段下端侧沿纵向顺序依次排列设置有多个抽风箱，多个抽风箱抽出的热风作为余热用于发电机发电，每个抽风箱分别设置有抽风负压调节阀门，在每一个抽风箱中设置有温度传感器，在烧结的过程中获取多个抽风箱的温度数据，通过温度数据模拟出烧结矿床段的烧结矿纵向的温度变化曲线，根据原料矿的配料数据和厚度调节传送带运送速度以及每个抽风箱抽风负压调节阀门，使温度变化曲线的最高温度点停留在从烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处，实时记录烧结技术数据、以及对应余热的发电量，其中，每个抽风箱分别设置湿度传感器，所述方法包括执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤：在烧结的过程中获取多个抽风箱的湿度数据，通过湿度数据模拟出烧结矿床段纵向的湿度从高至低变化曲线，将湿度变化曲线变化从烧结矿床段起始端至湿度低于一个湿度阈值的段称为抽风负压调节第一段，将负压调节第一段末端至烧结矿床段尾端称为抽风负压调节第二段，确定第一段和第二段的抽风箱数量，当最高温度点偏离所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处时，通过一致整体调节第一段抽风箱的抽风负压，或通过分别一致整体调节第一段和第二段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处。
方案进一步是：所述多个抽风箱的数量根据烧结矿床纵向长度确定，抽风箱口的纵向宽度不小于500mm。
方案进一步是：所述最高温度点停留在从烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处是停留在倒数第二抽风箱温度点处或倒数第三个抽风箱温度点处。
方案进一步是：所述一致整体调节第一段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的方法是：
第一步：当矿床段最末端倒数设定的抽风箱处最高温度点向矿床段初始端偏离时，根据一个设定的阈值整体降低所述第一段抽风箱抽风负压值，反之整体提高所述第一段抽风箱抽风负压值；
第二步：返回执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤。
方案进一步是：所述分别一致整体调节第一段和第二段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的方法是：
第一步：当矿床段最末端倒数设定的抽风箱处最高温度点向矿床段初始端偏离时，根据两个相同或不同设定的阈值分别整体降低所述第一段抽风箱抽风负压值和第二段抽风箱负压值，反之分别整体提高所述第一段抽风箱抽风负压值；
第二步：返回执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤。
方案进一步是：当所述整体调节到达抽风箱调节极限值，而最高温度点仍未稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处时，启动调节传送带运送速度，当最高温度点向矿床段初始端偏离时，减慢传送带运送速度，反之加快传送带运送速度。
方案进一步是：所述湿度阈值是湿度变化曲线的变化率趋于0的湿度值。
方案进一步是：所述方法还包括最优运行值选择的步骤，包括：
实时获取烧结技术数据、以及对应余热的发电量，确定一个最优运行值，所述最优运行值是在符合烧结矿成品技术条件下，以及符合最高温度点在烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间，余热发电量的最大值所对应的烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间的位置；
所述确定的过程是：当获取的当前的余热发电量数值小于记录的最大余热发电量数值时，调整烧结技术数据使余热发电量数值接近或等于记录的最大余热发电量数值，确定此时的最高温度点在烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间的位置，并以此位置作为依据稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱。
方案进一步是：所述烧结技术数据包括：原料矿配比、原料矿烧结厚度、原料矿床上侧燃烧助燃剂注入参数、炉箅传送带运送速度，以及多个抽风箱的抽风负压值。
方案进一步是：所述最优运行值选择的步骤定时的与稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤交替执行。
本发明使烧结终点温度准确率达到90%以上，不仅余热回收能增加5%以上，而且还能提高烧结矿质量，降低返矿率1%以上。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1为本发明烧结矿床结构示意图；
图2为本发明工艺结构示意图；
图3为本发明烧结温度曲线示意图。
具体实施方式
一种烧结过程中提高不稳定余热资源的稳定余热回收方法，如图1所示包括烧结炉的烧结矿床段1，烧结矿床段起始端设置有点火器2，在点火器后的烧结矿床段上端侧纵向通过顺序设置有多个助燃剂喷射嘴3向已点燃的原料矿喷射助燃剂（煤气），炉箅传送带4运送配有碳颗粒的具有一定厚度原料矿5经烧结矿床段后实现原料矿烧结，烧结矿床段下端侧沿纵向顺序依次排列设置有多个抽风箱6，多个抽风箱抽出的废气热风作为余热用于发电机发电，每个抽风箱分别设置有抽风负压调节阀门，在每一个抽风箱中设置有温度传感器，这里可以一个抽风箱设置一个温度传感器，或者一个抽风箱设置多个温度传感器，使得后面所述的温度变化曲线是一个平滑曲线；在烧结的过程中获取多个抽风箱的温度数据，如图3所示，通过温度数据模拟出烧结矿床段的烧结矿纵向的温度变化曲线，根据原料矿的配料数据和厚度调节喷射的助燃剂、传送带运送速度以及每个抽风箱抽风负压调节阀门，使温度变化曲线的最高温度点停留在从烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处，实时记录烧结技术数据、以及对应余热的发电量，作为烧结机通常是将烧结机纵向长度按反应带分区，参见图2:
（1）烧结料层在厚度方向上由后至前分为五个带：成矿带Sa、燃烧带Sb、预热带Sc、干燥带Sd、混料和过湿带Sw。
（2）由每个过程带下表面开始触底（与烧结机炉排接触）至上表面触底结束，各过程带在烧结机纵向投影有一定的位置和长度。
（3）烧结机从前向后在纵向上依次划分为: 过湿带触底段（0-1段）、干燥带触底段（1-2段）、预热带触底段（2-3段）、燃烧带触底段（3-4段）、成矿带触底段（4-5段）五个区域。
在本方法中，为了实现目标控制，需要将0-1段和1-5段划分出来，因此，将每个抽风箱分别设置湿度传感器，目标控制的方法是包括执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤，具体是：在烧结的过程中获取多个抽风箱的湿度数据，通过湿度数据模拟出烧结矿床段纵向的湿度从高至低变化曲线，将湿度变化曲线变化从烧结矿床段起始端至湿度低于一个湿度阈值的段称为抽风负压调节第一段，即0-1段，其中：所述湿度阈值是湿度变化曲线的变化率趋于0的湿度值。将负压调节第一段末端至烧结矿床段尾端称为抽风负压调节第二段，即1-5段，确定第一段和第二段的抽风箱数量，当最高温度点偏离所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处时，通过一致整体调节第一段抽风箱的抽风负压，或通过分别一致整体调节第一段和第二段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处。
其中，所述多个抽风箱的数量根据烧结矿床纵向长度确定，例如目前大的烧结机是28个，小的是20或24个不等，抽风箱口的纵向宽度不小于500mm。
实施例中，所述最高温度点停留在从烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处是指停留在倒数第二抽风箱测得的温度点为最高温度点处或者是指停留在倒数第三个抽风箱测得的温度点为最高温度点处，当温度传感器为一个，一个温度传感器设置在抽风箱的中间中心点，则停留在抽风箱的中间中心点，如果温度传感器为多个在抽风箱的中间纵向排列，则停留在抽风箱的中间的某一最高点位置。或者：如果温度传感器是为多个在抽风箱的中间纵向排列，则是停留在倒数第二抽风箱尾端与倒数第三个抽风箱起始端之间，如图3所示温度变化曲线的最高温度点停留在从烧结矿床段最末端倒数第二抽风箱27处。
其中，所述一致整体调节是指使用同一个负压数值一起调节。
因此，所述一致整体调节第一段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的方法是：
第一步：当矿床段最末端倒数设定的抽风箱处最高温度点向矿床段初始端偏离时，根据一个设定的阈值整体降低所述第一段抽风箱抽风负压值，反之，也就是最高温度点向矿床段尾始端偏离时，整体提高所述第一段抽风箱抽风负压值；
第二步：返回执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤。
所述分别一致整体调节第一段和第二段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的方法是：
第一步：当矿床段最末端倒数设定的抽风箱处最高温度点向矿床段初始端偏离时，根据两个相同或不同设定的阈值分别整体降低所述第一段抽风箱抽风负压值和第二段抽风箱负压值，反之分别整体提高所述第一段抽风箱抽风负压值；
第二步：返回执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤。
实施例中，当所述整体调节到达抽风箱调节极限值，而最高温度点仍未稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处时，也就是说抽风负压调节阀门开到最大或最小后，最高温度点仍未稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处时，启动调节传送带运送速度，当最高温度点向矿床段初始端偏离时，减慢传送带运送速度，反之加快传送带运送速度。
此调节方式使用的是垂直烧结速度调节（负压调节）为主，应急调节（机速调节）为辅的互补式烧结终点调节策略，而且是分两段整体调节，简单、反应快速。
实施例中，所述方法还包括最优运行值选择的步骤，具体包括：
实时获取烧结技术数据、以及对应余热的发电量，确定一个最优运行值，所述最优运行值是在符合烧结矿成品技术条件下，以及符合最高温度点在烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间，余热发电量的最大值所对应的烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间的位置；
所述确定最优运行值的过程是：当获取的当前的余热发电量数值小于记录的最大余热发电量数值时，调整烧结技术数据使余热发电量数值接近或等于记录的最大余热发电量数值，确定此时的最高温度点在烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间的位置，并以此位置作为依据稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱。
其中：所述烧结技术数据包括：原料矿配比、原料矿烧结厚度、原料矿床上侧燃烧助燃剂注入参数、炉箅传送带运送速度，以及多个抽风箱的抽风负压值。
实施例中，所述最优运行值选择的步骤定时的与稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤交替执行，例如每执行五次执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤，执行一次最优运行值选择的步骤。
上述实施例是按照下述分析实现的调节，上述实施例中烧结技术数据通过信息采集系统平台、实时数据系统平台和应用操作系统平台进行采集预处理；
所述的信息采集系统平台是将采集的余热回收系统及工艺系统中的原料成分，配碳量，含水率，粒度，料层厚度（机速），引风负压等实时参数，通过通讯接口输送到实时数据系统；
所述的实时数据系统平台储存着历史数据和同期经济性最优运行值和刚刚采集的实时数据；
所述的应用操作系统平台是将历史同期经济性最优运行值与上一组采集的实时数据进行分析和误差修正，并实施新的烧结终点温度控制。
其中：烧结终点需要进行烧结终点定义的修正，如前所述，首先：
1）烧结机纵向长度按反应带分区，
（1）烧结料层在厚度方向上分为五个带：，成矿带（Sa）、燃烧带（Sb）、预热带（Sc）、干燥带（Sd）、混料和过湿带（Sw）。
（2）由每个过程带下表面开始触底（与烧结机炉排接触）至上表面触底结束，各过程带在烧结机纵向投影有一定的位置和长度。
（3）烧结机从前向后在纵向上依次划分为: 过湿带触底段（0-1段）、干燥带触底段（1-2段）、预热带触底段（2-3段）、燃烧带触底段（3-4段）、成矿带触底段（4-5段）五个区域。
2）烧结终点定义
烧结终点的实质是燃烧带触底段末端点。
3）燃烧带触底段在烧结温度曲线上的映射形式
从燃烧带开始触底到触底结束，烧结温度曲线映射形式表现为温度最高的一段曲线。由于料层及透气性的非均匀性，废气最高温度在燃烧带触底段上的位置具有很大的随机性，根据温度峰值相对于燃烧带触底段中心点相对位置。
由于温度最高点都不一定是烧结终点。
由此需进行烧结终点预报及调节模型的修正。
修正后物理模型，以图3为例：
（1）自控模型中烧结终点位置修正：给出了燃烧带触底段末端点对应风箱的位置。
（2）预报及调节模型：
调节目标：以烧结机在纵向上3点、4点位置不变（即燃烧带触底段位置及长度始终不变）、烧结终点（4点）始终位于倒数第2个风箱为目标。
垂直烧结速度解耦： 研究显示，由于过湿带阻力最大，过湿带消失前后垂直烧结速度有阶跃变化，所以将垂直烧结速度分为两个不同水平的区间，过湿带触底段（0-1段）为垂直烧结速度低速区，其他段统一为垂直烧结速度高速区，两区的垂直烧结速度采用两台互相独立的引风机参数进行调节。
由于过湿带料层阻力明显高于其他过程带阻力，所以过湿带存在区域的垂直烧结速度明显慢于过湿带消失后区域的垂直烧结速度，若想比较准确对烧结终点进行预报及调节，必须将两区垂直烧结速度解耦，解耦的办法就是两区分别采用不同的引风机参数进行引风。假设过湿带触底段（0-1段）各风箱负压相同（P前），干燥带触底段（1-2段）、预热带触底段（2-3段）、燃烧带触底段（3-4段）、成矿带触底段（4-5段）各风箱负压相同（P后）。
烧结终点预报：烧结终点通过特征点1点（过湿带触底段终点）和3点（燃烧带触底段起点）进行预报，保证值为1-5点长度一定（垂直烧结速度高速区垂直烧结速度调节目标）。首先通过对两区垂直烧结速度的计算对1点（过湿带触底段终点）、3点（燃烧带触底段起点）位置进行预报，分别按1点、3点位置不变设定再P前、P后进行预调节，利用1点出现的实际位置对0-1段垂直烧结速度进行校准修正，重新设定P前，利用1点出现的实际位置偏差对1-4段垂直烧结速度进行校准修正，重新设定P后，利用3点出现的实际位置偏差对1-4段垂直烧结速度进行二次校准修正，保证1-5段长度不变，再次重新设定P后。
调节方式：
垂直烧结速度调节（负压调节）为主，应急调节（机速调节）为辅的互补式烧结终点调节策略。
机速与料厚耦合，料厚与垂直烧结速度复杂耦合，必须对调节进行解耦。机速只是负责微调（产量调节除外）。

Claims (10)

1.一种烧结过程中提高不稳定余热资源的稳定余热回收方法，包括烧结炉的烧结矿床段，炉箅传送带运送配有碳颗粒的具有一定厚度原料矿经烧结矿床段后实现原料矿烧结，烧结矿床段下端侧沿纵向顺序依次排列设置有多个抽风箱，多个抽风箱抽出的热风作为余热用于发电机发电，每个抽风箱分别设置有抽风负压调节阀门，在每一个抽风箱中设置有温度传感器，在烧结的过程中获取多个抽风箱的温度数据，通过温度数据模拟出烧结矿床段的烧结矿纵向的温度变化曲线，根据原料矿的配料数据和厚度调节传送带运送速度以及每个抽风箱抽风负压调节阀门，使温度变化曲线的最高温度点停留在从烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处，实时记录烧结技术数据、以及对应余热的发电量，其特征在于，每个抽风箱分别设置湿度传感器，所述方法包括执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤：在烧结的过程中获取多个抽风箱的湿度数据，通过湿度数据模拟出烧结矿床段纵向的湿度从高至低变化曲线，将湿度变化曲线变化从烧结矿床段起始端至湿度低于一个湿度阈值的段称为抽风负压调节第一段，将负压调节第一段末端至烧结矿床段尾端称为抽风负压调节第二段，确定第一段和第二段的抽风箱数量，当最高温度点偏离所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处时，通过一致整体调节第一段抽风箱的抽风负压，或通过分别一致整体调节第一段和第二段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个抽风箱的数量根据烧结矿床纵向长度确定，抽风箱口的纵向宽度不小于500mm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述最高温度点停留在从烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处是停留在倒数第二抽风箱温度点处或倒数第三个抽风箱温度点处。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一致整体调节第一段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的方法是：
第一步：当矿床段最末端倒数设定的抽风箱处最高温度点向矿床段初始端偏离时，根据一个设定的阈值整体降低所述第一段抽风箱抽风负压值，反之整体提高所述第一段抽风箱抽风负压值；
第二步：返回执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别一致整体调节第一段和第二段抽风箱的抽风负压，使最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的方法是：
第一步：当矿床段最末端倒数设定的抽风箱处最高温度点向矿床段初始端偏离时，根据两个相同或不同设定的阈值分别整体降低所述第一段抽风箱抽风负压值和第二段抽风箱负压值，反之分别整体提高所述第一段抽风箱抽风负压值；
第二步：返回执行稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述整体调节到达抽风箱调节极限值，而最高温度点仍未稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处时，启动调节传送带运送速度，当最高温度点向矿床段初始端偏离时，减慢传送带运送速度，反之加快传送带运送速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿度阈值是湿度变化曲线的变化率趋于0的湿度值。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括最优运行值选择的步骤，包括：
实时获取烧结技术数据、以及对应余热的发电量，确定一个最优运行值，所述最优运行值是在符合烧结矿成品技术条件下，以及符合最高温度点在烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间，余热发电量的最大值所对应的烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间的位置；
所述确定的过程是：当获取的当前的余热发电量数值小于记录的最大余热发电量数值时，调整烧结技术数据使余热发电量数值接近或等于记录的最大余热发电量数值，确定此时的最高温度点在烧结矿床段最末端倒数第二与倒数第三个抽风箱之间的位置，并以此位置作为依据稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述烧结技术数据包括：原料矿配比、原料矿烧结厚度、原料矿床上侧燃烧助燃剂注入参数、炉箅传送带运送速度，以及多个抽风箱的抽风负压值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述最优运行值选择的步骤定时的与稳定最高温度点稳定在所述烧结矿床段最末端倒数设定的抽风箱处的步骤交替执行。
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