CN109490001B - 一种用于铁矿烧结机漏风率的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铁矿烧结机漏风率的检测方法。该检测方法包括以下步骤：先制作检测装置，在烧结料层上放置一排检测装置；烧结时，记录各检测装置测量出的风速，对烧结料层的料面进行网格划分，以每个检测装置从始至终记录的各风速，依次作为该检测装置所在纵向界线上各格点的风速，计算单位时间内通过料层的有效风量Q_Y；计算单位时间内大烟道内的烟气总量Q_Z；计算单位时间内生成水蒸气的量Q_E；将Q_Y、Q_Z和Q_E换算成标准状态下的量，并计算单位时间内烧结系统漏风量Q_L标，计算单位时间内烧结系统漏风率K。本发明通过优化烧结有效风量测量及计算方法，提高了烧结漏风率的计算准确性，可操作性强，快捷方便，不影响烧结生产，从而为烧结生产降低能耗及提升产量提供理论依据。

Description

一种用于铁矿烧结机漏风率的检测方法

技术领域

本发明涉及物料烧结技术领域，尤其涉及一种用于铁矿烧结机漏风率的检测方法。

背景技术

烧结漏风是影响烧结生产能耗和产量的关键因素。烧结漏风率越高，则烧结通过料层的有效风量就越少，烧结耗电增加，产量降低。因此，对烧结系统的漏风率进行准确测量，了解整个烧结系统的漏风情况，以便找出漏风位置，有针对性地对设备进行检修、维护、更换，可以更有效地降低烧结能耗，提升产量，降低成本。

申请号为201410277391.1的专利公开了一种测量烧结机系统漏风率的方法，该方法基于烧结过程中N₂不参与反应，采用N₂平衡进行漏风率测量的方法，包括以下步骤：1)延伸台车侧板，形成无料空间；2)测定烧结料层(2)进风速度、烟气风速、烟气温度、烟气管氦气浓度以及压力；3)代入下述公式计算漏风率

该方法测量烧结漏风率需要延长台车侧板，涉及到较大的改动，在大型烧结机上使用时存在一定不可操作性。

申请号为201410369654.1的专利公开了一种烧结机漏风率检测方法，通过烧结机表面的温度场的测量和分析，形成针对烧结机各漏风点精确定位和综合研判。但该方法属于间接测试方法，公式存在判断阀值，误差较大。

申请号为200910013423.6的专利公开了烧结机漏风率的测试方法，该方法基于烧结废气分析的原理，分析进出系统的O₂和CO₂的含量变化，包括以下步骤：1)采用奥式分析仪对废气样进行O₂和CO₂含量分析；2)计算前后测点两种气体含量的变化值KCO₂、KO₂；3)将数值带入漏风率公式，得出基于两种气体成分的平均漏风率。奥式分析仪存在一定的局限性，由于烟气成分复杂，若不能准确测得烟气中各成分的含量，对漏风率测试结果影响非常大。

申请号为200810236856.3的专利公开了一种烧结机漏风率测试方法。该方法首先通过测量烧结机台车不同部位的料面风速计算出进入烧结料层(2)的有效风量Q_[进]，通过测量静电除尘器前的大烟道(5)内的风速计算出抽风机抽入大烟道(5)的总风量Q_[总]，通过混合料中的水分含量计算出其变为水蒸气的含量；然后统一换算成标准状态下的风量：Q_[总标]、Q_[进标]、Q_[水标]；最后，代入公式计算出漏风率B。该专利考虑了水分的影响，但其有效风量的测量及计算方法误差大，得到的漏风率与真实值误差大。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的测试不准确、误差大、可操作性不强、影响烧结生产等问题，本发明提供一种用于铁矿烧结机漏风率的检测方法，改进了烧结过程有效风量的测量及计算方法，使用曲线积分的方法代替了平均值计算，大幅提高了烧结漏风率的准确性，通过物料烧结前后气体守恒计算出整个烧结系统的漏风率，可操作性强，快捷、方便，不影响烧结生产，从而为烧结生产降低能耗及提升产量提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明采用以下方案，包括以下步骤：

步骤一：制作若干检测装置：取引风圆管，在引风圆管上设有叶轮风速仪，将引风圆管上端面和叶轮风速仪下端面之间设有密封圈，制得检测装置；

步骤二：在烧结机台车内的烧结料层上竖向放置至少两个检测装置，将检测装置的引风圆管下端面与烧结料层上表面之间密封，所述检测装置布置为一排，并且各检测装置之间的间距相等，左侧第一个检测装置和右侧第一个检测装置分别与台车左右栏板距离为200mm～600mm；

步骤三：烧结时，记录各检测装置在整个烧结过程中测量出的风速，检测装置记录的时间间隔为Δt，台车速度为v；对烧结料层的料面进行网格划分，先以每个检测装置为纵向界线，将料面划分为多列，然后等距离作出横向界线，形成网格；横向界线的间距为台车在检测装置记录的时间间隔Δt内行进的距离v·Δt，以每个检测装置从始至终记录的各风速，依次作为该检测装置所在纵向界线上各格点的风速；

将左侧第一列记为由a个单元格一组成区域一，每个单元格一的风速为该单元格一的右边两格点风速的平均值，单位时间内通过每个单元格一的有效风量为：

Q_a＝v_a×S_a，

单位时间内通过区域一的有效风量为：

将右侧第一列记为由b个单元格二组成区域二，每个单元格二的风速为该单元格二的左边两格点风速的平均值，单位时间内通过每个单元格二的有效风量：

Q_b＝v_b×S_b，

单位时间内通过区域二的有效风量为：

将其余各列记为记为区域三，所述区域三由n列组成；以每个检测装置从始至终记录的各风速作出风速波动曲线，各检测装置的风速波动曲线即为各检测装置所在纵向界线的风速波动曲线，所述区域三中，以单列两侧的纵向界线的风速波动曲线拟合出该列的风速波动曲线F(t)，对单列风速波动曲线F(t)积分得到该列在单位时间内通过的有效风量为：

单位时间内通过区域二的有效风量为：

按下面的公式计算单位时间内通过料层的有效风量：

Q_Y＝Q_a总+Q_b总+Q_n总

式中：S_a——区域一中单元格一的面积m²；

v_a——区域一中单元格一的风速m/s；

S_b——区域二中单元格二的面积m²；

v_b——区域二单元格二的风速m/s；

t_n——区域三中单列的的测试总时间s；

S_n——区域三中单列的的面积m²；

步骤四：烧结过程中，测量当地大气压力，将取样枪与全自动烟尘分析仪连接，测量并分析每个烧结大烟道内烟气成分，计算出每个烧结大烟道内的烟气密度；将取样枪更换为带有热电偶的“S”型皮托管，将“S”型皮托管、热电偶与全自动烟气分析仪连接，设置相关参数，将皮托管插入至测点位置，多次对各测点进行测量，并记录测试结果，对多次测试结果进行平均得测点处烟气动压；按下面的公式计算单个大烟道内的测点处的风速：

以单个大烟道内各测点处风速的平均值作为该单个大烟道的风速

按下面的公式计算单个大烟道在单位时间内通过的烟气总量：

所有大烟道在单位时间内通过的烟气总量：

式中：v_s——大烟道内的风速m/s；

K_P——皮托管系数；

P_d——烟气动压，kPa；

ρ_g——大烟道内的烟气密度；

F——大烟道截面积，m²；

步骤五：烧结过程中，燃烧产生的气体成分主要为水蒸气、CO、CO₂、SO₂；水蒸气由液态水蒸腾作用生成，通过烘干法测量混合料中水的质量百分含量以及混合料的堆密度，按下面的公式计算单位时间内生成水蒸气的量：

式中：S——烧结料层的上表面总面积，m²；

H——烧结料层的厚度，m；

ρ_s——混合料堆密度，kg/m³；

α——混合料中水的质量百分含量％；

在烧结过程中，CO、CO₂、SO₂生成的热化学方程式：C(s)+O₂(g)＝CO₂(g)，2C(s)+O₂(g)＝2CO(g)，S(s)+O₂(g)＝SO₂(g)；由于物料烧结充分，CO的生成量忽略不计，而CO₂、SO₂的生成量与O₂的消耗量相同；那么，在烧结过程中单位时间内生成水蒸气的量Q_E即为单位时间内额外生成的气体量；

步骤六：将单位时间内大烟道内的烟气总量Q_Z、单位时间内通过料层的有效风量Q_Y以及单位时间内混合料中水蒸气的量Q_E换算成标准状态下的量，根据烧结前后气体守恒，按下面的公式计算单位时间内烧结系统漏风量：

Q_L标＝Q_Z标-Q_Y标-Q_E标

按下面的公式计算单位时间内烧结系统漏风率:

式中：Q_Z标——标准状态下，单位时间内大烟道内的烟气总量，m³/h；

Q_Y标——标准状态下，单位时间内通过料层的有效风量，m³/s；

Q_E标——标准状态下，单位时间内生成水蒸气的量，m³/h；

Q_L标——标准状态下，单位时间内烧结系统漏风量，m³/h。

进一步地，所述取样枪的长度与大烟道内径的关系为：

L₁≥R+200mm

所述皮托管的长度与大烟道内径的关系为：

L₂≥R+200mm

式中：L₁——取样枪的长度，mm；

L₂——皮托管长度，mm；

R为大烟道内径，mm。

进一步地，所述引风圆管和叶轮式风速仪的直径相同。

进一步地，所述引风圆管的长度和烧结料层厚度之和大于台车栏板高度。

本发明通过优化烧结有效风量测量及计算方法，以及大烟道总风量的测试方法，有效地解决了现有测试方法的缺点，优点如下：

1)所述检测装置结构小巧，使用方法简洁，可重复利用，且测试时不影响现场生产，可用于日常的生产检测，解决了现有测试方案在生产中不易实施的缺点；

2)所述检测装置应用于漏风率检测方法中，提高了烧结漏风率测试准确度，使用曲线积分的方法代替了平均值计算，解决了现有测试方法测试误差大，测试结果不准确的问题。

3)本发明所述漏风率检测方法，测试时无需对台车进行改造，可操作性强，适用于各种型号烧结，可以直接测得烧结有效风量和总风量以及各风箱的有效进风量，为提高烧结生产率，降低烧结能耗等提供了准确的理论依据。

附图说明

图1为本发明所述检测装置的示意图。

图2为本发明所述检测装置的放置示意图。

图3为本发明所述漏风率测试的烧结系统的示意图

图4为本发明所述烧结料层的料面网格划分示意图。

图中：1-检测装置，11-引风圆管，12-叶轮风速仪、13-密封圈；2-烧结料层；3-栏板；4-风箱；5-大烟道；6-区域一；7-区域二；8-区域三。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，以利于本领域技术人员能够更加清楚的了解，本发明所述方法应用于马钢某厂的烧结机漏风率检测，烧结机面积为380m²，台车宽度为5.2m，如图1至4所示，具体步骤如下：

步骤一：如图1所示，取内径为120mm、长度为350mm的引风圆管11，在引风圆管11上设有内径为120mm的叶轮风速仪12，将引风圆管11上端面和叶轮风速仪12下端面之间设有密封圈13，制得检测装置1；

步骤二：如图2至4所示，在烧结机台车内的烧结料层2上竖向放置五个检测装置1，将检测装置1的引风圆管11下端面与烧结料层2上表面之间密封，所述检测装置1布置为一排，各检测装置1之间的间距为1000mm，左侧第一个检测装置1和右侧第一个检测装置1分别与台车左右栏板3距离分别为600mm；

步骤三：如图3和4所示，烧结时，记录各检测装置1在整个烧结过程中测量出的风速，检测装置1记录的时间间隔为1s，台车速度为1.55m/min；对烧结料层2的料面进行网格划分，先以每个检测装置1为纵向界线，将料面划分为多列，然后等距离作出横向界线，形成网格；横向界线的间距为台车在检测装置1记录的时间间隔1s内行进的距离0.026m，以每个检测装置1从始至终记录的各风速，依次作为该检测装置1所在纵向界线上各格点的风速；

将左侧第一列记为由a个单元格一组成区域一6，每个单元格一的风速为该单元格一的右边两格点风速的平均值，单位时间内通过每个单元格一的有效风量为：

Q_a＝v_a×S_a，

单位时间内通过区域一6的有效风量为：

将右侧第一列记为由b个单元格二组成区域二7，每个单元格二的风速为该单元格二的左边两格点风速的平均值，单位时间内通过每个单元格二的有效风量：

Q_b＝v_b×S_b，

单位时间内通过区域二7的有效风量为：

将其余各列记为记为区域三8，所述区域三8由n列组成；以每个检测装置1从始至终记录的各风速作出风速波动曲线，各检测装置1的风速波动曲线即为各检测装置1所在纵向界线的风速波动曲线，所述区域三8中，以单列两侧的纵向界线的风速波动曲线拟合出该列的风速波动曲线F(t)，对单列风速波动曲线F(t)积分得到该列在单位时间内通过的有效风量为：

单位时间内通过区域二7的有效风量为：

按下面的公式计算单位时间内通过料层的有效风量：

Q_Y＝Q_a总+Q_b总+Q_n总

式中：S_a——区域一6中单元格一的面积m²；

v_a——区域一6中单元格一的风速m/s；

S_b——区域二7中单元格二的面积m²；

v_b——区域二7单元格二的风速m/s；

t_n——区域三8中单列的的测试总时间s；

S_n——区域三8中单列的的面积m²；

表1

区间(左→右)	区间风量m<sup>3</sup>/h	面积m<sup>2</sup>
			第一列	1.12×10<sup>5</sup>	43.84
第二列	1.77×10<sup>5</sup>	73.08
			第三列	1.74×10<sup>5</sup>	73.08
第四列	1.66×10<sup>5</sup>	73.08
			第五列	1.63×10<sup>5</sup>	73.08
第六列	1.06×10<sup>5</sup>	43.84
			有效总风量	8.98×10<sup>5</sup>	-

根据上述公式计算得到表1的数据，即Q_Y＝8.98×10⁵m³/h；

步骤四：烧结过程中，测量当地大气压力；在除尘器前且烟气支管汇总后的大烟道5直管段，开直径为100mm的孔，该孔垂直于大烟道5直管段且与大烟道5直管段最低点连线经过大烟道5中心，大烟道5内部测点为4个，将取样枪与全自动烟尘分析仪连接，测量并分析烧结大烟道5内烟气成分，计算出烧结大烟道5内的烟气密度；将取样枪更换为带有热电偶的“S”型皮托管，“S”型皮托管的系数为0.84，将“S”型皮托管、热电偶与全自动烟气分析仪连接，设置相关参数，将皮托管插入至测点位置，多次对各测点进行测量，并记录测试结果，对多次测试结果进行平均得测点处烟气动压；按下面的公式计算单个大烟道5内的测点处的风速：

以单个大烟道5内各测点处风速的平均值作为该单个大烟道5的风速

按下面的公式计算单个大烟道5在单位时间内通过的烟气总量：

所有大烟道5在单位时间内通过的烟气总量：

式中：v_s——大烟道5内的风速m/s；

K_P——皮托管系数；

P_d——烟气动压，kPa；

ρ_g——大烟道5内的烟气密度；

F——大烟道5截面积，m²；

表2

表2为本实施例所述烧结机的两个大烟道5的测量数据记录，根据表2数据计算出Q_Z烟气总量为13.28×10⁵m³/h；

步骤五：烧结过程中，燃烧产生的气体成分主要为水蒸气、CO、CO₂、SO₂；水蒸气由液态水蒸腾作用生成，通过烘干法测量混合料中水的质量百分含量以及混合料的堆密度，按下面的公式计算单位时间内生成水蒸气的量：

式中：S——烧结料层2的上表面总面积，m²；

H——烧结料层2的厚度，m；

ρ_s——混合料堆密度，kg/m³；

α——混合料中水的质量百分含量％；

上述混合料堆密度ρ_s为1673.76kg/m³；混合料中水的质量百分含量α为7.09％；烧结料层2的上表面总面积380m²；烧结料层2的厚度为0.9m；计算得到Q_E＝6.24×10⁴m³/h；

在烧结过程中，CO、CO2、SO2生成的热化学方程式：Cs+O₂g＝CO₂g，2Cs+O₂g＝2COg，Ss+O₂g＝SO₂g；由于物料烧结充分，CO的生成量忽略不计，而CO₂、SO₂的生成量与O₂的消耗量相同；那么，在烧结过程中单位时间内生成水蒸气的量Q_E即为单位时间内额外生成的气体量；

步骤六：将单位时间内大烟道5内的烟气总量Q_Z、单位时间内通过料层的有效风量Q_Y以及单位时间内混合料中水蒸气的量Q_E换算成标准状态下的量，根据烧结前后气体守恒，按下面的公式计算单位时间内烧结系统漏风量：

Q_L标＝Q_Z标-Q_Y标-Q_E标

按下面的公式计算单位时间内烧结系统漏风率:

式中：Q_Z标——标准状态下，单位时间内大烟道5内的烟气总量，m³/h；

Q_Y标——标准状态下，单位时间内通过料层的有效风量，m³/h；

Q_E标——标准状态下，单位时间内生成水蒸气的量，m³/h；

Q_L标——标准状态下，单位时间内烧结系统漏风量，m³/h；

根据上述数据计算出烧结系统漏风率K为33.79％。

Claims (4)

1.一种用于铁矿烧结机漏风率的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：制作若干检测装置(1)：取引风圆管(11)，在引风圆管(11)上设有叶轮风速仪(12)，在引风圆管(11)上端面和叶轮风速仪(12)下端面之间设有密封圈(13)，制得检测装置(1)；

步骤二：在烧结机台车内的烧结料层(2)上竖向放置至少两个检测装置(1)，将检测装置(1)的引风圆管(11)下端面与烧结料层(2)上表面之间密封，所述检测装置(1)布置为一排，并且各检测装置(1)之间的间距相等，左侧第一个检测装置(1)和右侧第一个检测装置(1)分别与台车左右栏板(3)距离为200mm～600mm；

步骤三：烧结时，记录各检测装置(1)在整个烧结过程中测量出的风速，检测装置(1)记录的时间间隔为Δt，台车速度为v；对烧结料层(2)的料面进行网格划分，先以每个检测装置(1)为纵向界线，将料面划分为多列，然后等距离作出横向界线，形成网格；横向界线的间距为台车在检测装置(1)记录的时间间隔Δt内行进的距离v·Δt，以每个检测装置(1)从始至终记录的各风速，依次作为该检测装置(1)所在纵向界线上各格点的风速；

将左侧第一列记为由a个单元格一组成区域一(6)，每个单元格一的风速为该单元格一的右边两格点风速的平均值，单位时间内通过每个单元格一的有效风量为：

Q_a＝v_a×S_a，

单位时间内通过区域一(6)的有效风量为：

将右侧第一列记为由b个单元格二组成区域二(7)，每个单元格二的风速为该单元格二的左边两格点风速的平均值，单位时间内通过每个单元格二的有效风量：

Q_b＝v_b×S_b，

单位时间内通过区域二(7)的有效风量为：

将其余各列记为区域三(8)，所述区域三(8)由n列组成；以每个检测装置(1)从始至终记录的各风速作出风速波动曲线，各检测装置(1)的风速波动曲线即为各检测装置(1)所在纵向界线的风速波动曲线，所述区域三(8)中，以单列两侧的纵向界线的风速波动曲线拟合出该列的风速波动曲线F(t)，对单列风速波动曲线F(t)积分得到该列在单位时间内通过的有效风量为：

单位时间内通过区域三(8)的有效风量为：

按下面的公式计算单位时间内通过烧结料层(2)的有效风量：

Q_Y＝Q_a总+Q_b总+Q_n总

式中：S_a——区域一(6)中单元格一的面积m²；

v_a——区域一(6)中单元格一的风速m/s；

S_b——区域二(7)中单元格二的面积m²；

v_b——区域二(7)单元格二的风速m/s；

t_n——区域三(8)中单列的测试总时间s；

S_n——区域三(8)中单列的面积m²；

步骤四：烧结过程中，测量当地大气压力，将取样枪与全自动烟尘分析仪连接，测量并分析每个烧结大烟道(5)内烟气成分，计算出每个烧结大烟道(5)内的烟气密度；将取样枪更换为带有热电偶的“S”型皮托管，将“S”型皮托管、热电偶与全自动烟气分析仪连接，设置相关参数，将“S”型皮托管插入至测点位置，多次对各测点进行测量，并记录测试结果，对多次测试结果进行平均得测点处烟气动压；按下面的公式计算单个烧结大烟道(5)内的测点处的风速：

以单个烧结大烟道(5)内各测点处风速的平均值作为该单个烧结大烟道(5)的风速

按下面的公式计算单个烧结大烟道(5)在单位时间内通过的烟气总量：

所有烧结大烟道(5)在单位时间内通过的烟气总量：

式中：v_s——烧结大烟道(5)内测点处的风速m/s；

K_P——“S”型皮托管系数；

P_d——烧结大烟道(5)内测点处的烟气动压，kPa；

ρ_g——烧结大烟道(5)内测点处的的烟气密度；

F——烧结大烟道(5)截面积，m²；

步骤五：烧结过程中，燃烧产生的气体成分主要为水蒸气、CO、CO₂、SO₂；水蒸气由液态水蒸腾作用生成，通过烘干法测量混合料中水的质量百分含量以及混合料的堆密度，按下面的公式计算单位时间内生成水蒸气的量：

式中：S——烧结料层(2)的上表面总面积，m²；

H——烧结料层(2)的厚度，m；

ρ_s——混合料堆密度，kg/m³；

α——混合料中水的质量百分含量％；

在烧结过程中，CO、CO₂、SO₂生成的热化学方程式：C(s)+O₂(g)＝CO₂(g)，2C(s)+O₂(g)＝2CO(g)，S(s)+O₂(g)＝SO₂(g)；由于物料烧结充分，CO的生成量忽略不计，而CO₂、SO₂的生成量与O₂的消耗量相同；那么，在烧结过程中单位时间内生成水蒸气的量Q_E即为单位时间内额外生成的气体量；

步骤六：将单位时间内烧结大烟道(5)内的烟气总量Q_Z、单位时间内通过烧结料层(2)的有效风量Q_Y以及单位时间内混合料中水蒸气的量Q_E换算成标准状态下的量，根据烧结前后气体守恒，按下面的公式计算单位时间内烧结系统漏风量：

Q_L标＝Q_Z标-Q_Y标-Q_E标

按下面的公式计算单位时间内烧结系统漏风率:

式中：Q_Z标——标准状态下，单位时间内烧结大烟道(5)内的烟气总量，m³/h；

Q_Y标——标准状态下，单位时间内通过烧结料层(2)的有效风量，m³/h；

Q_E标——标准状态下，单位时间内生成水蒸气的量，m³/h；

Q_L标——标准状态下，单位时间内烧结系统漏风量，m³/h。

2.根据权利要求1所述用于铁矿烧结机漏风率的检测方法，其特征在于：所述取样枪的长度与烧结大烟道(5)内径的关系为：

L₁≥R+200mm

所述“S”型皮托管的长度与烧结大烟道(5)内径的关系为：

L₂≥R+200mm

式中：L₁——取样枪的长度，mm；

L₂——“S”型皮托管长度，mm；

R为烧结大烟道(5)内径，mm。

3.根据权利要求1所述用于铁矿烧结机漏风率的检测方法，其特征在于：所述引风圆管(11)和叶轮风速仪的直径相同。

4.根据权利要求1所述用于铁矿烧结机漏风率的检测方法，其特征在于：所述引风圆管(11)的长度和烧结料层(2)厚度之和大于台车栏板(3)高度。

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