CN109654892B - 一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机、余热锅炉、除尘器及循环风机，按照烟气流动方向，位于立式冷却机塔壁上部的高温气体出口经由第一管道连接至余热锅炉的进风口，从余热锅炉的出风口引出的第二管道经由除尘器和循环风机连接至位于立式冷却机塔壁下部的低温气体入口，低温气体入口与立式冷却机塔体底部的供风装置连通，其特征在于：该装置在立式冷却机的低温气体入口处设有第一测温装置和第一流量检测装置，在立式冷却机的高温气体出口处设有第二测温装置和第二流量检测装置。本发明能够精准判断热烧结矿冷却过程中残碳是否发生了二次燃烧，同时通过氮气喷入装置对残碳的二次燃烧进行有效控制。

Description

一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置及方法
技术领域
本发明涉及监测热烧结矿残碳燃烧的装置及方法，具体涉及一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置及方法，属于钢铁行业烧结矿生产领域。
背景技术
能源可持续利用对人类的生存和发展关系重大，是世界上各国面临的最重要的社会问题之一。随着钢铁工业生产流程的逐步优化和工序能耗的不断下降，回收利用各生产工序的余热余能成为钢铁企业节能减排最有效的途径之一。我国大中型钢铁企业1t烧结矿所携带的余热资源约为0.94～1.02GJ，分别约占烧结工序以及钢铁企业余热资源总量的65％～71％和11％～12％。但由于历史原因，与发达国家的大中型钢铁企业相比，我国钢铁企业烧结矿余热资源的回收率低于国外主要大中型钢铁企业的平均水平的30％～45％，仅为28％～30％。因此，烧结矿余热资源高效回收与利用成为降低烧结工序能耗及合理化生产工艺中急需解决的重大问题。
烧结过程余热资源主要由两部分组成：一部分是来自于烧结机尾部、温度约为800～950℃烧结矿所携带的显热即烧结矿显热，这部分显热约占烧结过程余热资源总量的70％；另一部分来自于烧结机主排烟管道的烧结烟气显热，这部分约占余热资源总量的30％。比较而言，两种余热资源中，烧结矿显热数量较大、品质较高，其可被空气介质所携带；而烧结烟气显热数量较小、品质较低(烧结烟气平均温度为150～200℃，且成分比较复杂，尤其是含有SO2、O2、NOx及粉尘等有害杂质)。基于此，烧结矿显热的高效回收与利用是整个烧结余热回收与利用的核心与重点。
当前，世界上各国的烧结矿余热资源回收与利用主要是通过鼓风式环冷机或带式冷却机实现的，目前冷却机的结构和操作参数已经很难适应烧结矿显热的高效回收与利用，其存在着冷却系统漏风率较高、烧结矿余热部分回收、热载体(即出冷却机的冷却空气)品质较低等难以克服的弊端。其中，冷却系统漏风使得烧结废气显热损失15％～20％，冷却台车表面散热使得烧结矿显热损失约5％，冷却系统漏风造成了我国烧结工序能耗增加3％～4％；仅回收利用温度较高的余热，导致了烧结矿余热中的36％被放散；热载体的能级仅约为0.27～0.30。
基于此，借鉴干法熄焦(CDQ)中干熄炉结构与工艺，同时参考炼铁高炉的结构形式，提出了烧结矿立式冷却余热回收工艺，同传统的冷却机形式的余热回收系统相比，这种立式回收系统具有料层高(传统冷却机料层高度在1.5m以下，而立式冷却系统料层可达6～7m)、漏风率几乎为零、气固热交换充分、出口热空气能级较高等优点。
但是在烧结矿立式冷却装置中，由于烧结矿中有可能夹杂未燃烧完全的残碳，而立式冷却装置的顶部温度可以高达750～850℃，因此残碳非常有可能在冷却装置的顶部发生二次燃烧，释放大量的热量，导致残碳燃烧区域附近的烧结矿发生熔融结块现象，不但影响烧结矿的透气性，降低烧结矿成品率，不利于高炉顺行，且极易造成立冷机下料口处产生大量高温烧结矿，烧坏皮带，严重时造成火灾引发安全事故。
在正常运行时，一般要求气体循环系统中氧含量Y0控制在8％以下，否则热烧结矿中的残碳很容易发生二次燃烧，引起烧结矿结块。在正常工况下，即循环系统没有漏风时，氧浓度会维持在一个恒定的水平，热烧结矿中的残碳不会发生二次燃烧。但是当系统(尤其是立式冷却装置进料和排料处)有漏风，循环气体氧含量快速增加，而氧含量检测装置没有及时反应给控制系统时，就很有可能导致残碳的二次燃烧，此时需要用其他方法来对残碳的燃烧状态进行判断。
因此，如何判断立式冷却装置中热烧结矿中的残碳是否发生了燃烧，及时抑制残碳燃烧导致的烧结矿结块现象，成为了亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置及方法。该装置及方法能够精准判断热烧结矿冷却过程中残碳是否发生了二次燃烧，同时通过氮气喷入装置对残碳的二次燃烧进行有效控制。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机、余热锅炉、除尘器及循环风机。按照烟气流动方向，位于立式冷却机塔壁上部的高温气体出口经由第一管道连接至余热锅炉的进风口。从余热锅炉的出风口引出的第二管道经由除尘器和循环风机连接至位于立式冷却机塔壁下部的低温气体入口。低温气体入口与立式冷却机塔体底部的供风装置连通。该装置在立式冷却机的低温气体入口处设有第一测温装置和第一流量检测装置。在立式冷却机的高温气体出口处设有第二测温装置和第二流量检测装置。
在本发明中，该装置还包括设置在立式冷却机供风装置上部的第一氮气喷入装置。该第一氮气喷入装置包括多个氮气支管、环形的第一氮气通入环管和与第一氮气通入环管连接的第一氮气通入总管。每一个氮气支管的一端与第一氮气通入环管连通和另一端伸入立式冷却机的塔体内部。氮气支管上设有第一氮气喷孔。
在本发明中，所述第一氮气通入总管上还设有第一氮气总管阀门。
优选的是，所述多个氮气支管沿着第一氮气通入环管的圆周方向均匀分布。优选，氮气支管的数量为2-16个，优选为4-14个，更优选为8-12个。
优选的是，每个氮气支管上设有2-100个第一氮气喷孔，优选为3-50个第一氮气喷孔。
在本发明中，所述氮气支管为圆管结构，且氮气支管伸入立式冷却机塔体内部的一端为盲端。
优选的是，氮气支管斜向下伸入立式冷却机的塔体内部，氮气支管与第一氮气通入环管所在的水平面的夹角为0-90°，优选为15-60°，更优选为25-35°。
优选的是，第一氮气喷孔的开孔位置位于氮气支管各横截面的下半部。优选，位于氮气支管同一横截面上的相邻两个第一氮气喷孔之间(相对于横截面中心作为角度顶点而言)的夹角为0-90°，优选为30-60°，更优选为40-50°。
优选的是，所述第一氮气喷孔的直径为3-50mm，优选为5-25mm，更优选为10-15mm。
在本发明中，所述立式冷却机还包括位于塔体下部的排料装置、与排料装置连接的排料密封装置及位于排料装置下部的冷烧结矿输送装置。
优选的是，从排料密封装置引出的第三管道连接至余热锅炉出风口处的第二管道上，且第三管道上设有密封风机。
在本发明中，该装置还包括设置在第二管道上的空气冷却器，空气冷却器位于低温气体入口的上游。优选，空气冷却器通过第四管道连接至空气冷却风机。
优选的是，该装置在第一管道上还设有烟气发生器，烟气发生器位于高温气体出口的下游。
优选的是，该装置在第二管道上还设有冷风阀，冷风阀位于除尘器的下游。
优选的是，该装置在第二管道上还设有放散阀，放散阀位于循环风机的下游。
在本发明中，该装置还包括控制系统，控制系统与第一测温装置、第一流量检测装置、第二测温装置、第二流量检测装置及第一氮气总管阀门连接，并控制第一氮气总管阀门的操作。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法或使用上述监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置、第一流量检测装置、第二测温装置和第二流量检测装置实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置和第一流量检测装置测量低温气体入口处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置和第二流量检测装置测量高温气体出口处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000041
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000042
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统对第一氮气喷入装置的第一氮气总管阀门发出开启命令，同时开始计时，氮气依次经过第一氮气通入总管、第一氮气通入环管及氮气支管，从第一氮气喷孔喷出，进入立式冷却机塔体内部，迅速降低立式冷却机内部的氧含量，第一氮气总管阀门累计开启3-8min后，控制系统关闭第一氮气总管阀门，本次处理行为结束。
根据本发明的第三种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机、余热锅炉、除尘器及循环风机。按照烟气流动方向，位于立式冷却机塔壁上部的高温气体出口经由第一管道连接至余热锅炉的进风口。从余热锅炉的出风口引出的第二管道经由除尘器和循环风机连接至位于立式冷却机塔壁下部的低温气体入口。低温气体入口与立式冷却机塔体底部的供风装置连通。该装置在立式冷却机的低温气体入口处设有第一测温装置和第一流量检测装置。在立式冷却机的高温气体出口处设有第二测温装置和第二流量检测装置。
在本发明中，该装置还包括设置在立式冷却机供风装置上部的第二氮气喷入装置。该第二氮气喷入装置包括氮气十字梁、环形的第二氮气通入环管和与第二氮气通入环管连接的第二氮气通入总管。氮气十字梁的首尾末端均与第二氮气通入环管连通。氮气十字梁上设有第二氮气喷孔。
在本发明中，所述第二氮气通入总管上还设有第二氮气总管阀门。
在本发明中，所述氮气十字梁为圆管结构。
优选的是，第二氮气喷孔的开孔位置位于氮气十字梁各横截面的下半部。
优选的是，每根氮气十字梁上设有2-150个第二氮气喷孔，优选为3-100个第二氮气喷孔。优选，位于氮气十字梁同一横截面上的相邻两个第二氮气喷孔之间(相对于横截面中心作为角度顶点而言)的夹角为0-90°，优选为30-60°，更优选为40-50°。
优选的是，所述第二氮气喷孔的直径为3-50mm，优选为5-25mm，更优选为10-15mm。
在本发明中，所述立式冷却机还包括位于塔体下部的排料装置、与排料装置连接的排料密封装置及位于排料装置下部的冷烧结矿输送装置。
优选的是，从排料密封装置引出的第三管道连接至余热锅炉出风口处的第二管道上，且第三管道上设有密封风机。
在本发明中，该装置还包括设置在第二管道上的空气冷却器，空气冷却器位于低温气体入口的上游。优选，空气冷却器通过第四管道连接至空气冷却风机。
优选的是，该装置在第一管道上还设有烟气发生器，烟气发生器位于高温气体出口的下游。
优选的是，该装置在第二管道上还设有冷风阀，冷风阀位于除尘器的下游。
优选的是，该装置在第二管道上还设有放散阀，放散阀位于循环风机的下游。
在本发明中，该装置还包括控制系统，控制系统与第一测温装置、第一流量检测装置、第二测温装置、第二流量检测装置及第二氮气总管阀门连接，并控制第二氮气总管阀门的操作。
根据本发明的第四种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法或使用上述监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置、第一流量检测装置、第二测温装置和第二流量检测装置实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置和第一流量检测装置测量低温气体入口处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置和第二流量检测装置测量高温气体出口处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000051
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000061
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统对第二氮气喷入装置的第二氮气总管阀门发出开启命令，同时开始计时，氮气依次经过第二氮气通入总管、第二氮气通入环管及氮气十字梁，从第二氮气喷孔喷出，进入立式冷却机塔体内部，迅速降低立式冷却机内部的氧含量，第二氮气总管阀门累计开启3-8min后，控制系统关闭第二氮气总管阀门，本次处理行为结束。
根据本发明的第五种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机、余热锅炉、除尘器及循环风机。按照烟气流动方向，位于立式冷却机塔壁上部的高温气体出口经由第一管道连接至余热锅炉的进风口。从余热锅炉的出风口引出的第二管道经由除尘器和循环风机连接至位于立式冷却机塔壁下部的低温气体入口。低温气体入口与立式冷却机塔体底部的供风装置连通。该装置在立式冷却机的低温气体入口处设有第一测温装置和第一流量检测装置。在立式冷却机的高温气体出口处设有第二测温装置和第二流量检测装置。
在本发明中，该装置还包括设置在第二管道上的第三氮气喷入装置，第三氮气喷入装置位于循环风机的上游。
优选的是，所述第三氮气喷入装置上还设有第三氮气总管阀门。
在本发明中，所述立式冷却机还包括位于塔体下部的排料装置、与排料装置连接的排料密封装置及位于排料装置下部的冷烧结矿输送装置。
优选的是，从排料密封装置引出的第三管道连接至余热锅炉出风口处的第二管道上，且第三管道上设有密封风机。
在本发明中，该装置还包括设置在第二管道上的空气冷却器，空气冷却器位于低温气体入口的上游。优选，空气冷却器通过第四管道连接至空气冷却风机。
优选的是，该装置在第一管道上还设有烟气发生器，烟气发生器位于高温气体出口的下游。
优选的是，该装置在第二管道上还设有冷风阀，冷风阀位于除尘器的下游。
优选的是，该装置在第二管道上还设有放散阀，放散阀位于循环风机的下游。
在本发明中，该装置还包括控制系统，控制系统与第一测温装置、第一流量检测装置、第二测温装置、第二流量检测装置及第三氮气总管阀门连接，并控制第三氮气总管阀门的操作。
根据本发明的第六种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法或使用上述监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置、第一流量检测装置、第二测温装置和第二流量检测装置实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置和第一流量检测装置测量低温气体入口处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置和第二流量检测装置测量高温气体出口处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000071
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000072
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统对第三氮气喷入装置的第三氮气总管阀门发出开启命令，同时开始计时，第三氮气喷入装置喷出的氮气先与第二管道的循环气体混合，然后从低温气体入口进入供风装置从而进入立式冷却机塔体内部，降低立式冷却机内部的氧含量，第三氮气总管阀门累计开启3-8min后，控制系统关闭第三氮气总管阀门，本次处理行为结束。
一般，从烧结台车出来的热烧结矿经单辊破碎机破碎之后由热链板输送机输送至立式冷却机塔顶，经立式冷却机塔顶进料装置进入立式冷却机内部。随着立式冷却机底部的冷烧结矿不断排出，热烧结矿在立式冷却机内部不断缓慢的下移，在下移过程中热烧结矿与循环气体不断进行热交换而被冷却，最终热烧结矿在立式冷却机内被冷却到150℃左右，经塔底的排料装置排出，掉落至底部的冷烧结矿输送装置被运走。
与此同时，循环气体从立式冷却机塔底供风装置进入立式冷却机内部并向上运动，在向上运动过程中不断与热烧结矿进行热交换，温度逐渐升高，最终从塔顶的高温气体出口排出。高温循环气体首先进入余热锅炉产生蒸汽并发电，温度降低至150～200℃后的低温循环气体从余热锅炉排出，经过除尘器进行除尘后，由循环风机送入空气冷却器进一步冷却至120℃左右，最后从立式冷却机下部低温气体入口进入塔内，循环使用。
在本发明中，烟气发生器位于高温气体出口的下游，用于向密闭循环系统提供高温烟气，在产量较低、循环气体温度不够时向余热锅炉补热。冷风阀的设置用于在紧急停车情况下向循环系统注入大量冷空气，快速降低系统温度，起安保作用。放散阀的设置供紧急停车情况下放散高温循环气体用。空气冷却风机为空气冷却器供风，进一步降低循环气体进入立式冷却机的温度，提高热烧结矿的冷却效果。排料密封装置的设置，防止了富含氧气的冷空气漏入立式冷却机内部。设置在第三管道上的密封风机为密封系统提供负压。
前述第一至第四种实施方案为第一种方式，即直接从立式冷却机塔体开孔向内部通入氮气，氮气直接对正在发生燃烧的高温烧结矿区域进行冷却和降氧。第五和第六种实施方案为第二种方式，即氮气先与循环气体混合，然后从立式冷却机塔体底部供风装置进入立式冷却机内部，依次由下而上的运动，对热烧结矿进行降温和降氧。相比较而言，第一种方式对降低立式冷却机内部的氧含量，阻止热烧结矿中的残碳二次燃烧更为快速、有效，而第二种方式对应的装置更加简单，操作也更为方便。
在本发明装置中，所述第二管道上的循环风机通常设置为两个，一个用于正常使用，一个用作备用。相应的，位于循环风机下游的放散阀也设置为两个。
一般，在正常工况下，即热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时，计算出来的Q'2和测量得到的Q2应当相等。但当循环系统中发生漏风现象，导致氧含量升高，残碳发生燃烧时，根据低氧浓度下碳的燃烧主要生成一氧化碳，有：
C(s)+O2(g)→2CO(g) (3)，
式中s表示固态，g表示气态。由式(3)可以看出，残碳燃烧生成一氧化碳，会导致气态生成物体积比气态反应物体积增加一倍，即如果有残碳发生了二次燃烧，则Q2会大于Q'2。正是基于此原理，在本发明方法中，对计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2进行比较，同时将计算得到的变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2与控制系统内设变化率k'进行比较，以判断热烧结矿内的残碳是否发生了二次燃烧。其中控制系统内设变化率k'根据工作经验及具体的现场作业情况进行确定。假设一吨热烧结矿中有1kg残碳发生了二次燃烧，燃烧产物为一氧化碳，根据式(3)可知体积增大了1.87m3，而吨矿循环风量为800～1000m3/t，由此可知吨矿中每1kg残碳发生二次燃烧引发的体积膨胀量约为1.87％～2.34％，即0.0187～0.0234。考虑到残碳在热烧结矿中的不均匀分布，为避免残碳集中在局部发生二次燃烧导致热烧结矿熔融结块，系统内设变化率k'的确定还需结合工作经验及具体的现场作业情况，一般可取0.02～0.05之间。
在本发明中，为了便于烧结矿在立式冷却机内部向下顺行，所述第一氮气喷入装置的氮气支管选用圆管，且氮气支管与第一氮气通入环管所在的水平面设置成一定夹角。其中圆管直径根据氮气最大瞬时流量及管内最大流速来确定。一般氮气管内流速在8～12Nm/s之间，圆管直径不大于DN200。另外，为了防止烧结矿堵塞氮气喷孔，所述第一氮气喷孔的开孔位置位于氮气支管各横截面的下半部，即氮气支管上的第一氮气喷孔的开口向下。第一氮气喷入装置的多个氮气支管沿着第一氮气通入环管的圆周方向均匀分布，中间是通孔，更加便于落料。
在本发明中，为了便于烧结矿在立式冷却机内部向下顺行，所述第二氮气喷入装置的氮气十字梁选用圆管，圆管直径根据氮气最大瞬时流量及管内最大流速来确定。一般氮气管内流速在8～12Nm/s之间，圆管直径不大于DN200。另外，为了防止烧结矿堵塞氮气喷孔，所述第二氮气喷孔的开孔位置位于氮气十字梁各横截面的下半部，即氮气十字梁上的第一氮气喷孔的开口向下。第二氮气喷入装置的氮气十字梁结构的设置，有利于承力，保护立式冷却机的整体结构。
一般，由立式冷却机(立冷机)的顶盖和塔壁组成的塔体的高度一般是5-18米，优选6-15米，更优选7-12米。塔体的外直径一般为8-30米，优选9-27米，优选10-25米，优选11-22米，更优选12-20米。
在本申请中，立式冷却机塔体底部的供风装置设置成风帽的形式。风帽(底部)的外直径一般是1.5-4米，优选1.8-3.5米，更优选2-3米，更优选2.2-2.8米，例如2.5米。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明基于化学反应基本原理，可第一时间检测到立式冷却机内残碳二次燃烧的异常工况，有效解决了热烧结矿冷却过程中碳粒燃烧状态无法判别的问题；
2、本发明针对残碳二次燃烧的异常工况，可自适应迅速通入大量氮气降低氧浓度来抑制热烧结矿中残碳二次燃烧，达到智能化消除残碳燃烧工况、保证立冷稳定生产、提高立式冷却机成品率的目的；
3、本发明针对热烧结矿冷却过程中残碳燃烧的问题，提出了多种简单有效的解决方式：第一种方式，直接从立式冷却机塔体开孔向内部通入氮气，氮气直接对正在发生燃烧的高温烧结矿区域进行冷却和降氧，这一方式可快速、有效地解决残碳燃烧的问题；第二种方式，将氮气先与循环气体混合，然后从立式冷却机塔体底部供风装置进入立式冷却机内部，依次由下而上的运动，对热烧结矿进行降温和降氧，这一方式对应的装置简单，操作也更为方便；
4、本发明装置结构简单，操作方便，且成效显著，适于推广使用。
附图说明
图1为本发明装置第一种设计的工艺流程图；
图2为本发明装置第二种设计的结构示意图；
图3为图2中A-A剖面图；
图4为图2中氮气支管的放大图；
图5为图4中B-B剖面图；
图6为本发明装置第三种设计的结构示意图；
图7为图6中C-C剖面图；
图8为图7中D-D剖面图；
图9为图7中E-E剖面图；
图10为本发明装置的控制系统运行流程图；
图11为本发明装置的控制系统示意图。
附图标记：1：立式冷却机；101：低温气体入口；102：高温气体出口；103：供风装置；104：排料装置；105：排料密封装置；106：冷烧结矿输送装置；107：进料装置；2：余热锅炉；201：进风口；202：出风口；3：除尘器；4：循环风机；5：第一测温装置；6：第一流量检测装置；7：第二测温装置；8：第二流量检测装置；9：第一氮气喷入装置；901：氮气支管；902：第一氮气通入环管；903：第一氮气通入总管；904：第一氮气喷孔；905：第一氮气总管阀门；10：第二氮气喷入装置；1001：氮气十字梁；1002：第二氮气通入环管；1003：第二氮气通入总管；1004：第二氮气喷孔；1005：第二氮气总管阀门；11：第三氮气喷入装置；1101：第三氮气总管阀门；12：密封风机；13：空气冷却器；14：空气冷却风机；15：烟气发生器；16：冷风阀；17：放散阀；18：控制系统；19：热烧结矿；20：烧结台车；21：单辊破碎机；22：热链板输送机；
L1：第一管道；L2：第二管道；L3：第三管道；L4：第四管道。
具体实施方式
根据本发明的第一种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机1、余热锅炉2、除尘器3及循环风机4。按照烟气流动方向，位于立式冷却机1塔壁上部的高温气体出口102经由第一管道L1连接至余热锅炉2的进风口201。从余热锅炉2的出风口202引出的第二管道L2经由除尘器3和循环风机4连接至位于立式冷却机1塔壁下部的低温气体入口101。低温气体入口101与立式冷却机1塔体底部的供风装置103连通。该装置在立式冷却机1的低温气体入口101处设有第一测温装置5和第一流量检测装置6。在立式冷却机1的高温气体出口102处设有第二测温装置7和第二流量检测装置8。
在本发明中，该装置还包括设置在立式冷却机1供风装置103上部的第一氮气喷入装置9。该第一氮气喷入装置9包括多个氮气支管901、环形的第一氮气通入环管902和与第一氮气通入环管902连接的第一氮气通入总管903。每一个氮气支管901的一端与第一氮气通入环管902连通和另一端伸入立式冷却机1的塔体内部。氮气支管901上设有第一氮气喷孔904。
在本发明中，所述第一氮气通入总管903上还设有第一氮气总管阀门905。
优选的是，所述多个氮气支管901沿着第一氮气通入环管902的圆周方向均匀分布。优选，氮气支管901的数量为2-16个，优选为4-14个，更优选为8-12个。
优选的是，每个氮气支管901上设有2-100个第一氮气喷孔904，优选为3-50个第一氮气喷孔904。
在本发明中，所述氮气支管901为圆管结构，且氮气支管901伸入立式冷却机1塔体内部的一端为盲端。
优选的是，氮气支管901斜向下伸入立式冷却机1的塔体内部，氮气支管901与第一氮气通入环管902所在的水平面的夹角为0-90°，优选为15-60°，更优选为25-35°。
优选的是，第一氮气喷孔904的开孔位置位于氮气支管901各横截面的下半部。优选，位于氮气支管901同一横截面上的相邻两个第一氮气喷孔904之间(相对于横截面中心作为角度顶点而言)的夹角为0-90°，优选为30-60°，更优选为40-50°。
优选的是，所述第一氮气喷孔904的直径为3-50mm，优选为5-25mm，更优选为10-15mm。
在本发明中，所述立式冷却机1还包括位于塔体下部的排料装置104、与排料装置104连接的排料密封装置105及位于排料装置104下部的冷烧结矿输送装置106。
优选的是，从排料密封装置105引出的第三管道L3连接至余热锅炉2出风口202处的第二管道L2上，且第三管道L3上设有密封风机12。
在本发明中，该装置还包括设置在第二管道L2上的空气冷却器13，空气冷却器13位于低温气体入口101的上游。优选，空气冷却器13通过第四管道L4连接至空气冷却风机14。
优选的是，该装置在第一管道L1上还设有烟气发生器15，烟气发生器15位于高温气体出口102的下游。
优选的是，该装置在第二管道L2上还设有冷风阀16，冷风阀16位于除尘器3的下游。
优选的是，该装置在第二管道L2上还设有放散阀17，放散阀17位于循环风机4的下游。
在本发明中，该装置还包括控制系统18，控制系统18与第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7、第二流量检测装置8及第一氮气总管阀门905连接，并控制第一氮气总管阀门905的操作。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法或使用上述监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7和第二流量检测装置8实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置5和第一流量检测装置6测量低温气体入口101处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置7和第二流量检测装置8测量高温气体出口102处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000121
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000122
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统18内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统18对第一氮气喷入装置9的第一氮气总管阀门905发出开启命令，同时开始计时，氮气依次经过第一氮气通入总管903、第一氮气通入环管902及氮气支管901，从第一氮气喷孔904喷出，进入立式冷却机1塔体内部，迅速降低立式冷却机1内部的氧含量，第一氮气总管阀门905累计开启3-8min后，控制系统18关闭第一氮气总管阀门905，本次处理行为结束。
根据本发明的第三种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机1、余热锅炉2、除尘器3及循环风机4。按照烟气流动方向，位于立式冷却机1塔壁上部的高温气体出口102经由第一管道L1连接至余热锅炉2的进风口201。从余热锅炉2的出风口202引出的第二管道L2经由除尘器3和循环风机4连接至位于立式冷却机1塔壁下部的低温气体入口101。低温气体入口101与立式冷却机1塔体底部的供风装置103连通。该装置在立式冷却机1的低温气体入口101处设有第一测温装置5和第一流量检测装置6。在立式冷却机1的高温气体出口102处设有第二测温装置7和第二流量检测装置8。
在本发明中，该装置还包括设置在立式冷却机1供风装置103上部的第二氮气喷入装置10。该第二氮气喷入装置10包括氮气十字梁1001、环形的第二氮气通入环管1002和与第二氮气通入环管1002连接的第二氮气通入总管1003。氮气十字梁1001的首尾末端均与第二氮气通入环管1002连通。氮气十字梁1001上设有第二氮气喷孔1004。
在本发明中，所述第二氮气通入总管1003上还设有第二氮气总管阀门1005。
在本发明中，所述氮气十字梁1001为圆管结构。
优选的是，第二氮气喷孔1004的开孔位置位于氮气十字梁1001各横截面的下半部。
优选的是，每根氮气十字梁1001上设有2-150个第二氮气喷孔1004，优选为3-100个第二氮气喷孔1004。优选，位于氮气十字梁1001同一横截面上的相邻两个第二氮气喷孔1004之间(相对于横截面中心作为角度顶点而言)的夹角为0-90°，优选为30-60°，更优选为40-50°。
优选的是，所述第二氮气喷孔1004的直径为3-50mm，优选为5-25mm，更优选为10-15mm。
在本发明中，所述立式冷却机1还包括位于塔体下部的排料装置104、与排料装置104连接的排料密封装置105及位于排料装置104下部的冷烧结矿输送装置106。
优选的是，从排料密封装置105引出的第三管道L3连接至余热锅炉2出风口202处的第二管道L2上，且第三管道L3上设有密封风机12。
在本发明中，该装置还包括设置在第二管道L2上的空气冷却器13，空气冷却器13位于低温气体入口101的上游。优选，空气冷却器13通过第四管道L4连接至空气冷却风机14。
优选的是，该装置在第一管道L1上还设有烟气发生器15，烟气发生器15位于高温气体出口102的下游。
优选的是，该装置在第二管道L2上还设有冷风阀16，冷风阀16位于除尘器3的下游。
优选的是，该装置在第二管道L2上还设有放散阀17，放散阀17位于循环风机4的下游。
在本发明中，该装置还包括控制系统18，控制系统18与第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7、第二流量检测装置8及第二氮气总管阀门1005连接，并控制第二氮气总管阀门1005的操作。
根据本发明的第四种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法或使用上述监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7和第二流量检测装置8实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置5和第一流量检测装置6测量低温气体入口101处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置7和第二流量检测装置8测量高温气体出口102处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000141
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000142
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统18内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统18对第二氮气喷入装置10的第二氮气总管阀门1005发出开启命令，同时开始计时，氮气依次经过第二氮气通入总管1003、第二氮气通入环管1002及氮气十字梁1001，从第二氮气喷孔1004喷出，进入立式冷却机1塔体内部，迅速降低立式冷却机1内部的氧含量，第二氮气总管阀门1005累计开启3-8min后，控制系统18关闭第二氮气总管阀门1005，本次处理行为结束。
根据本发明的第五种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机1、余热锅炉2、除尘器3及循环风机4。按照烟气流动方向，位于立式冷却机1塔壁上部的高温气体出口102经由第一管道L1连接至余热锅炉2的进风口201。从余热锅炉2的出风口202引出的第二管道L2经由除尘器3和循环风机4连接至位于立式冷却机1塔壁下部的低温气体入口101。低温气体入口101与立式冷却机1塔体底部的供风装置103连通。该装置在立式冷却机1的低温气体入口101处设有第一测温装置5和第一流量检测装置6。在立式冷却机1的高温气体出口102处设有第二测温装置7和第二流量检测装置8。
在本发明中，该装置还包括设置在第二管道L2上的第三氮气喷入装置11，第三氮气喷入装置11位于循环风机4的上游。
优选的是，所述第三氮气喷入装置11上还设有第三氮气总管阀门1101。
在本发明中，所述立式冷却机1还包括位于塔体下部的排料装置104、与排料装置104连接的排料密封装置105及位于排料装置104下部的冷烧结矿输送装置106。
优选的是，从排料密封装置105引出的第三管道L3连接至余热锅炉2出风口202处的第二管道L2上，且第三管道L3上设有密封风机12。
在本发明中，该装置还包括设置在第二管道L2上的空气冷却器13，空气冷却器13位于低温气体入口101的上游。优选，空气冷却器13通过第四管道L4连接至空气冷却风机14。
优选的是，该装置在第一管道L1上还设有烟气发生器15，烟气发生器15位于高温气体出口102的下游。
优选的是，该装置在第二管道L2上还设有冷风阀16，冷风阀16位于除尘器3的下游。
优选的是，该装置在第二管道L2上还设有放散阀17，放散阀17位于循环风机4的下游。
在本发明中，该装置还包括控制系统18，控制系统18与第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7、第二流量检测装置8及第三氮气总管阀门1101连接，并控制第三氮气总管阀门1101的操作。
根据本发明的第六种实施方案，提供一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法：
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法或使用上述监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7和第二流量检测装置8实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置5和第一流量检测装置6测量低温气体入口101处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置7和第二流量检测装置8测量高温气体出口102处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000161
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000162
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统18内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统18对第三氮气喷入装置11的第三氮气总管阀门1101发出开启命令，同时开始计时，第三氮气喷入装置11喷出的氮气先与第二管道L2的循环气体混合，然后从低温气体入口101进入供风装置103从而进入立式冷却机1塔体内部，降低立式冷却机1内部的氧含量，第三氮气总管阀门1101累计开启3-8min后，控制系统18关闭第三氮气总管阀门1101，本次处理行为结束。
一般，从烧结台车20出来的热烧结矿19经单辊破碎机21破碎之后由热链板输送机22输送至立式冷却机1塔顶，经立式冷却机1塔顶进料装置107进入立式冷却机1内部。随着立式冷却机1底部的冷烧结矿不断排出，热烧结矿19在立式冷却机1内部不断缓慢的下移，在下移过程中热烧结矿19与循环气体不断进行热交换而被冷却，最终热烧结矿19在立式冷却机1内被冷却到150℃左右，经塔底的排料装置104排出，掉落至底部的冷烧结矿输送装置106被运走。
与此同时，循环气体从立式冷却机1塔底供风装置103进入立式冷却机1内部并向上运动，在向上运动过程中不断与热烧结矿19进行热交换，温度逐渐升高，最终从塔顶的高温气体出口102排出。高温循环气体首先进入余热锅炉2产生蒸汽并发电，温度降低至150～200℃后的低温循环气体从余热锅炉2排出，经过除尘器3进行除尘后，由循环风机4送入空气冷却器13进一步冷却至120℃左右，最后从立式冷却机1下部低温气体入口101进入塔内，循环使用。
在本发明中，烟气发生器15位于高温气体出口102的下游，用于向密闭循环系统提供高温烟气，在产量较低、循环气体温度不够时向余热锅炉2补热。冷风阀16的设置用于在紧急停车情况下向循环系统注入大量冷空气，快速降低系统温度，起安保作用。放散阀17的设置供紧急停车情况下放散高温循环气体用。空气冷却风机14为空气冷却器13供风，进一步降低循环气体进入立式冷却机1的温度，提高热烧结矿的冷却效果。排料密封装置105的设置，防止了富含氧气的冷空气漏入立式冷却机1内部。设置在第三管道L3上的密封风机12为密封系统提供负压。
一般，由立式冷却机(立冷机)1的顶盖和塔壁组成的塔体的高度一般是5-18米，优选6-15米，更优选7-12米。塔体的外直径一般为8-30米，优选9-27米，优选10-25米，优选11-22米，更优选12-20米。
在本申请中，立式冷却机1塔体底部的供风装置103设置成风帽的形式。风帽(底部)的外直径一般是1.5-4米，优选1.8-3.5米，更优选2-3米，更优选2.2-2.8米，例如2.5米。
实施例1
如图1，一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机1、余热锅炉2、除尘器3及循环风机4。按照烟气流动方向，位于立式冷却机1塔壁上部的高温气体出口102经由第一管道L1连接至余热锅炉2的进风口201。从余热锅炉2的出风口202引出的第二管道L2经由除尘器3和循环风机4连接至位于立式冷却机1塔壁下部的低温气体入口101。低温气体入口101与立式冷却机1塔体底部的供风装置103连通。该装置在立式冷却机1的低温气体入口101处设有第一测温装置5和第一流量检测装置6。在立式冷却机1的高温气体出口102处设有第二测温装置7和第二流量检测装置8。
该装置还包括设置在第二管道L2上的第三氮气喷入装置11，第三氮气喷入装置11位于循环风机4的上游。所述第三氮气喷入装置11上还设有第三氮气总管阀门1101。
立式冷却机1还包括位于塔体下部的排料装置104、与排料装置104连接的排料密封装置105及位于排料装置104下部的冷烧结矿输送装置106。从排料密封装置105引出的第三管道L3连接至余热锅炉2出风口202处的第二管道L2上，且第三管道L3上设有密封风机12。
该装置还包括设置在第二管道L2上的空气冷却器13，空气冷却器13位于低温气体入口101的上游。空气冷却器13通过第四管道L4连接至空气冷却风机14。
该装置在第一管道L1上还设有烟气发生器15，烟气发生器15位于高温气体出口102的下游。
该装置在第二管道L2上还设有冷风阀16，冷风阀16位于除尘器3的下游。
该装置在第二管道L2上还设有放散阀17，放散阀17位于循环风机4的下游。
如图11，该装置还包括控制系统18，控制系统18与第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7、第二流量检测装置8及第三氮气总管阀门1101连接，并控制第三氮气总管阀门1101的操作。
实施例2
如图2-5，一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机1、余热锅炉2、除尘器3及循环风机4。按照烟气流动方向，位于立式冷却机1塔壁上部的高温气体出口102经由第一管道L1连接至余热锅炉2的进风口201。从余热锅炉2的出风口202引出的第二管道L2经由除尘器3和循环风机4连接至位于立式冷却机1塔壁下部的低温气体入口101。低温气体入口101与立式冷却机1塔体底部的供风装置103连通。该装置在立式冷却机1的低温气体入口101处设有第一测温装置5和第一流量检测装置6。在立式冷却机1的高温气体出口102处设有第二测温装置7和第二流量检测装置8。
该装置还包括设置在立式冷却机1供风装置103上部的第一氮气喷入装置9。该第一氮气喷入装置9包括多个氮气支管901、环形的第一氮气通入环管902和与第一氮气通入环管902连接的第一氮气通入总管903。每一个氮气支管901的一端与第一氮气通入环管902连通和另一端伸入立式冷却机1的塔体内部。氮气支管901上设有第一氮气喷孔904。所述第一氮气通入总管903上还设有第一氮气总管阀门905。
所述多个氮气支管901沿着第一氮气通入环管902的圆周方向均匀分布。氮气支管901的数量为8个。每个氮气支管901上设有50个第一氮气喷孔904。所述氮气支管901为圆管结构，且氮气支管901伸入立式冷却机1塔体内部的一端为盲端。
氮气支管901斜向下伸入立式冷却机1的塔体内部，氮气支管901与第一氮气通入环管902所在的水平面的夹角为35°。
第一氮气喷孔904的开孔位置位于氮气支管901各横截面的下半部。位于氮气支管901同一横截面上的相邻两个第一氮气喷孔904之间相对于横截面中心作为角度顶点而言的夹角为40°。所述第一氮气喷孔904的直径为10mm。
立式冷却机1还包括位于塔体下部的排料装置104、与排料装置104连接的排料密封装置105及位于排料装置104下部的冷烧结矿输送装置106。从排料密封装置105引出的第三管道L3连接至余热锅炉2出风口202处的第二管道L2上，且第三管道L3上设有密封风机12。
该装置还包括设置在第二管道L2上的空气冷却器13，空气冷却器13位于低温气体入口101的上游。空气冷却器13通过第四管道L4连接至空气冷却风机14。
该装置在第一管道L1上还设有烟气发生器15，烟气发生器15位于高温气体出口102的下游。
该装置在第二管道L2上还设有冷风阀16，冷风阀16位于除尘器3的下游。
该装置在第二管道L2上还设有放散阀17，放散阀17位于循环风机4的下游。
如图11，该装置还包括控制系统18，控制系统18与第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7、第二流量检测装置8及第一氮气总管阀门905连接，并控制第一氮气总管阀门905的操作。
实施例3
如图6-10，一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机1、余热锅炉2、除尘器3及循环风机4。按照烟气流动方向，位于立式冷却机1塔壁上部的高温气体出口102经由第一管道L1连接至余热锅炉2的进风口201。从余热锅炉2的出风口202引出的第二管道L2经由除尘器3和循环风机4连接至位于立式冷却机1塔壁下部的低温气体入口101。低温气体入口101与立式冷却机1塔体底部的供风装置103连通。该装置在立式冷却机1的低温气体入口101处设有第一测温装置5和第一流量检测装置6。在立式冷却机1的高温气体出口102处设有第二测温装置7和第二流量检测装置8。
该装置还包括设置在立式冷却机1供风装置103上部的第二氮气喷入装置10。该第二氮气喷入装置10包括氮气十字梁1001、环形的第二氮气通入环管1002和与第二氮气通入环管1002连接的第二氮气通入总管1003。氮气十字梁1001的首尾末端均与第二氮气通入环管1002连通。氮气十字梁1001上设有第二氮气喷孔1004。所述第二氮气通入总管1003上还设有第二氮气总管阀门1005。
所述氮气十字梁1001为圆管结构。第二氮气喷孔1004的开孔位置位于氮气十字梁1001各横截面的下半部。每根氮气十字梁1001上设有100个第二氮气喷孔1004。位于氮气十字梁1001同一横截面上的相邻两个第二氮气喷孔1004之间相对于横截面中心作为角度顶点而言的夹角为40°。所述第二氮气喷孔1004的直径为10mm。
立式冷却机1还包括位于塔体下部的排料装置104、与排料装置104连接的排料密封装置105及位于排料装置104下部的冷烧结矿输送装置106。从排料密封装置105引出的第三管道L3连接至余热锅炉2出风口202处的第二管道L2上，且第三管道L3上设有密封风机12。
该装置还包括设置在第二管道L2上的空气冷却器13，空气冷却器13位于低温气体入口101的上游。空气冷却器13通过第四管道L4连接至空气冷却风机14。
该装置在第一管道L1上还设有烟气发生器15，烟气发生器15位于高温气体出口102的下游。
该装置在第二管道L2上还设有冷风阀16，冷风阀16位于除尘器3的下游。
该装置在第二管道L2上还设有放散阀17，放散阀17位于循环风机4的下游。
如图11，该装置还包括控制系统18，控制系统18与第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7、第二流量检测装置8及第二氮气总管阀门1005连接，并控制第二氮气总管阀门1005的操作。
实施例4
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，使用实施例1中的装置，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7和第二流量检测装置8实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置5和第一流量检测装置6测量低温气体入口101处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置7和第二流量检测装置8测量高温气体出口102处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000201
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000202
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统18内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统18对第三氮气喷入装置11的第三氮气总管阀门1101发出开启命令，同时开始计时，第三氮气喷入装置11喷出的氮气先与第二管道L2的循环气体混合，然后从低温气体入口101进入供风装置103从而进入立式冷却机1塔体内部，降低立式冷却机1内部的氧含量，第三氮气总管阀门1101累计开启5min后，控制系统18关闭第三氮气总管阀门1101，本次处理行为结束。
实施例5
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，使用实施例2中的装置，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7和第二流量检测装置8实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置5和第一流量检测装置6测量低温气体入口101处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置7和第二流量检测装置8测量高温气体出口102处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000211
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000212
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统18内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统18对第一氮气喷入装置9的第一氮气总管阀门905发出开启命令，同时开始计时，氮气依次经过第一氮气通入总管903、第一氮气通入环管902及氮气支管901，从第一氮气喷孔904喷出，进入立式冷却机1塔体内部，迅速降低立式冷却机1内部的氧含量，第一氮气总管阀门905累计开启5min后，控制系统18关闭第一氮气总管阀门905，本次处理行为结束。
实施例6
一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，使用实施例3中的装置，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置5、第一流量检测装置6、第二测温装置7和第二流量检测装置8实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置5和第一流量检测装置6测量低温气体入口101处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置7和第二流量检测装置8测量高温气体出口102处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure GDA0002311197000000221
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure GDA0002311197000000222
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统18内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统18对第二氮气喷入装置10的第二氮气总管阀门1005发出开启命令，同时开始计时，氮气依次经过第二氮气通入总管1003、第二氮气通入环管1002及氮气十字梁1001，从第二氮气喷孔1004喷出，进入立式冷却机1塔体内部，迅速降低立式冷却机1内部的氧含量，第二氮气总管阀门1005累计开启5min后，控制系统18关闭第二氮气总管阀门1005，本次处理行为结束。

Claims (43)

1.一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机(1)、余热锅炉(2)、除尘器(3)及循环风机(4)，其中按照烟气流动方向，位于立式冷却机(1)塔壁上部的高温气体出口(102)经由第一管道(L1)连接至余热锅炉(2)的进风口(201)，从余热锅炉(2)的出风口(202)引出的第二管道(L2)经由除尘器(3)和循环风机(4)连接至位于立式冷却机(1)塔壁下部的低温气体入口(101)，低温气体入口(101)与立式冷却机(1)塔体底部的供风装置(103)连通，其特征在于：该装置在立式冷却机(1)的低温气体入口(101)处设有第一测温装置(5)和第一流量检测装置(6)，在立式冷却机(1)的高温气体出口(102)处设有第二测温装置(7)和第二流量检测装置(8)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括设置在立式冷却机(1)供风装置(103)上部的第一氮气喷入装置(9)，该第一氮气喷入装置(9)包括多个氮气支管(901)、环形的第一氮气通入环管(902)和与第一氮气通入环管(902)连接的第一氮气通入总管(903)，每一个氮气支管(901)的一端与第一氮气通入环管(902)连通和另一端伸入立式冷却机(1)的塔体内部，氮气支管(901)上设有第一氮气喷孔(904)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第一氮气通入总管(903)上还设有第一氮气总管阀门(905)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括设置在立式冷却机(1)供风装置(103)上部的第二氮气喷入装置(10)，该第二氮气喷入装置(10)包括氮气十字梁(1001)、环形的第二氮气通入环管(1002)和与第二氮气通入环管(1002)连接的第二氮气通入总管(1003)，氮气十字梁(1001)的首尾末端均与第二氮气通入环管(1002)连通，氮气十字梁(1001)上设有第二氮气喷孔(1004)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述第二氮气通入总管(1003)上还设有第二氮气总管阀门(1005)。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括设置在第二管道(L2)上的第三氮气喷入装置(11)，第三氮气喷入装置(11)位于循环风机(4)的上游。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述第三氮气喷入装置(11)上还设有第三氮气总管阀门(1101)。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：多个所述氮气支管(901)沿着第一氮气通入环管(902)的圆周方向均匀分布。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：氮气支管(901)的数量为2-16个。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：氮气支管(901)的数量为4-14个。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：氮气支管(901)的数量为8-12个。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：每个氮气支管(901)上设有2-100个第一氮气喷孔(904)。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：每个氮气支管(901)上设有3-50个第一氮气喷孔(904)。
14.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述氮气支管(901)为圆管结构，且氮气支管(901)伸入立式冷却机(1)塔体内部的一端为盲端。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：氮气支管(901)斜向下伸入立式冷却机(1)的塔体内部，氮气支管(901)与第一氮气通入环管(902)所在的水平面的夹角为0-90°。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：氮气支管(901)斜向下伸入立式冷却机(1)的塔体内部，氮气支管(901)与第一氮气通入环管(902)所在的水平面的夹角为15-60°。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：氮气支管(901)斜向下伸入立式冷却机(1)的塔体内部，氮气支管(901)与第一氮气通入环管(902)所在的水平面的夹角为25-35°。
18.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：第一氮气喷孔(904)的开孔位置位于氮气支管(901)各横截面的下半部。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：位于氮气支管(901)同一横截面上的相邻两个第一氮气喷孔(904)之间相对于横截面中心作为角度顶点而言的夹角为0-90°。
20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：位于氮气支管(901)同一横截面上的相邻两个第一氮气喷孔(904)之间相对于横截面中心作为角度顶点而言的夹角为30-60°。
21.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：位于氮气支管(901)同一横截面上的相邻两个第一氮气喷孔(904)之间相对于横截面中心作为角度顶点而言的夹角为40-50°。
22.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第一氮气喷孔(904)的直径为3-50mm。
23.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第一氮气喷孔(904)的直径为5-25mm。
24.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第一氮气喷孔(904)的直径为10-15mm。
25.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述氮气十字梁(1001)为圆管结构。
26.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：第二氮气喷孔(1004)的开孔位置位于氮气十字梁(1001)各横截面的下半部。
27.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：每根氮气十字梁(1001)上设有2-150个第二氮气喷孔(1004)。
28.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：每根氮气十字梁(1001)上设有3-100个第二氮气喷孔(1004)。
29.根据权利要求27所述的装置，其特征在于：位于氮气十字梁(1001)同一横截面上的相邻两个第二氮气喷孔(1004)之间相对于横截面中心作为角度顶点而言的夹角为0-90°。
30.根据权利要求27所述的装置，其特征在于：位于氮气十字梁(1001)同一横截面上的相邻两个第二氮气喷孔(1004)之间相对于横截面中心作为角度顶点而言的夹角为30-60°。
31.根据权利要求27所述的装置，其特征在于：位于氮气十字梁(1001)同一横截面上的相邻两个第二氮气喷孔(1004)之间相对于横截面中心作为角度顶点而言的夹角为40-50°。
32.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述第二氮气喷孔(1004)的直径为3-50mm。
33.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述第二氮气喷孔(1004)的直径为5-25mm。
34.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述第二氮气喷孔(1004)的直径为10-15mm。
35.根据权利要求1-34中任一项所述的装置，其特征在于：所述立式冷却机(1)还包括位于塔体下部的排料装置(104)、与排料装置(104)连接的排料密封装置(105)及位于排料装置(104)下部的冷烧结矿输送装置(106)。
36.根据权利要求35所述的装置，其特征在于：从排料密封装置(105)引出的第三管道(L3)连接至余热锅炉(2)出风口(202)处的第二管道(L2)上，且第三管道(L3)上设有密封风机(12)。
37.根据权利要求1-34、36中任一项所述的装置，其特征在于：该装置还包括设置在第二管道(L2)上的空气冷却器(13)，空气冷却器(13)位于低温气体入口(101)的上游。
38.根据权利要求36所述的装置，其特征在于：空气冷却器(13)通过第四管道(L4)连接至空气冷却风机(14)。
39.根据权利要求1-34、36、38中任一项所述的装置，其特征在于：该装置在第一管道(L1)上还设有烟气发生器(15)，烟气发生器(15)位于高温气体出口(102)的下游；和/或
该装置在第二管道(L2)上还设有冷风阀(16)，冷风阀(16)位于除尘器(3)的下游；和/或
该装置在第二管道(L2)上还设有放散阀(17)，放散阀(17)位于循环风机(4)的下游。
40.根据权利要求1-34、36、38中任一项所述的装置，其特征在于：该装置还包括控制系统(18)，控制系统(18)与第一测温装置(5)、第一流量检测装置(6)、第二测温装置(7)、第二流量检测装置(8)、第一氮气总管阀门(905)、第二氮气总管阀门(1005)及第三氮气总管阀门(1101)连接，并控制第一氮气总管阀门(905)、第二氮气总管阀门(1005)及第三氮气总管阀门(1101)的操作。
41.使用权利要求1-3、8-24、35-40中任一项所述的监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置(5)、第一流量检测装置(6)、第二测温装置(7)和第二流量检测装置(8)实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置(5)和第一流量检测装置(6)测量低温气体入口(101)处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置(7)和第二流量检测装置(8)测量高温气体出口(102)处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure FDA0002311196990000041
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure FDA0002311196990000042
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统(18)内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统(18)对第一氮气喷入装置(9)的第一氮气总管阀门(905)发出开启命令，同时开始计时，氮气依次经过第一氮气通入总管(903)、第一氮气通入环管(902)及氮气支管(901)，从第一氮气喷孔(904)喷出，进入立式冷却机(1)塔体内部，迅速降低立式冷却机(1)内部的氧含量，第一氮气总管阀门(905)累计开启3-8min后，控制系统(18)关闭第一氮气总管阀门(905)，本次处理行为结束。
42.使用权利要求1、4-5、25-34、35-40中任一项所述的监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置(5)、第一流量检测装置(6)、第二测温装置(7)和第二流量检测装置(8)实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置(5)和第一流量检测装置(6)测量低温气体入口(101)处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置(7)和第二流量检测装置(8)测量高温气体出口(102)处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure FDA0002311196990000051
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure FDA0002311196990000052
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统(18)内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统(18)对第二氮气喷入装置(10)的第二氮气总管阀门(1005)发出开启命令，同时开始计时，氮气依次经过第二氮气通入总管(1003)、第二氮气通入环管(1002)及氮气十字梁(1001)，从第二氮气喷孔(1004)喷出，进入立式冷却机(1)塔体内部，迅速降低立式冷却机(1)内部的氧含量，第二氮气总管阀门(1005)累计开启3-8min后，控制系统(18)关闭第二氮气总管阀门(1005)，本次处理行为结束。
43.一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法或使用权利要求1、6-7、35-40中任一项所述的监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的方法，该方法包括以下步骤：
1)装置开始运行，第一测温装置(5)、第一流量检测装置(6)、第二测温装置(7)和第二流量检测装置(8)实时监测循环气体的温度和流量，其中第一测温装置(5)和第一流量检测装置(6)测量低温气体入口(101)处循环气体的温度T1与流量Q1，第二测温装置(7)和第二流量检测装置(8)测量高温气体出口(102)处循环气体的温度T2与流量Q2；
2)由于循环系统内压力不高，压力对气体体积的影响很小，因此循环气体可以当做理想气体处理，根据理想气体状态方程，有：
Figure FDA0002311196990000061
式(1)中Q'2为热烧结矿中的残碳没有发生二次燃烧时高温循环气体的体积流量；
根据式(1)可得：
Figure FDA0002311196990000062
3)比较计算出来的残碳未二次燃烧的高温循环气体体积流量Q'2和测量得到的高温循环气体体积流量Q2，同时计算变化率k＝(Q2-Q'2)/Q'2，将变化率k与控制系统(18)内设变化率k'做比较，若k＞k'，则表明热烧结矿内的残碳发生了二次燃烧，需要进行紧急处理，执行步骤4，否则，重复步骤1-2；
4)控制系统(18)对第三氮气喷入装置(11)的第三氮气总管阀门(1101)发出开启命令，同时开始计时，第三氮气喷入装置(11)喷出的氮气先与第二管道(L2)的循环气体混合，然后从低温气体入口(101)进入供风装置(103)从而进入立式冷却机(1)塔体内部，降低立式冷却机(1)内部的氧含量，第三氮气总管阀门(1101)累计开启3-8min后，控制系统(18)关闭第三氮气总管阀门(1101)，本次处理行为结束。
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