CN112813254B - 一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法 - Google Patents

一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112813254B
CN112813254B CN202011577155.3A CN202011577155A CN112813254B CN 112813254 B CN112813254 B CN 112813254B CN 202011577155 A CN202011577155 A CN 202011577155A CN 112813254 B CN112813254 B CN 112813254B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sintering
heat
formula
solid fuel
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011577155.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112813254A (zh
Inventor
刘凯
白雪
徐春柏
王艳飞
薛芷蘅
张健栋
李雪晴
王里程
刘常鹏
郝博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Angang Group Automation Co ltd
Original Assignee
Angang Group Automation Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Angang Group Automation Co ltd filed Critical Angang Group Automation Co ltd
Priority to CN202011577155.3A priority Critical patent/CN112813254B/zh
Publication of CN112813254A publication Critical patent/CN112813254A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112813254B publication Critical patent/CN112813254B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/16—Sintering; Agglomerating

Abstract

本发明提供一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法，每年进行一次烧结机物料平衡及热平衡测试，并形成测试、计算与分析报告；获得该台烧结机在正常生产工况条件下的工艺操作参数和热平衡参数。以上述热平衡测试、计算结果为基础，依据当前时刻采集到的烧结混合料配料参数及烧结工艺操作参数，建立烧结机在线热平衡计算模型，给出烧结固体燃料配比的基准值。当烧结配料中含铁原料、熔剂、燃料或烧结工艺操作参数发生变化时，依据在线热平衡计算模型，实时给出烧结固体燃料配比优化调整方案。通过在线烧结热平衡计算与分析，在满足高炉炼铁所需烧结矿质量的前提下，实现降低烧结固体燃料消耗的目的。

Description

一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法
技术领域
本发明涉及冶金热工节能技术领域，特别涉及一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法。
背景技术
在大、中型钢铁联合企业，烧结工序能耗仅次于炼铁工序，约占企业总能耗的10％-15％，居第二位。烧结工序能耗包括：固体燃料(焦粉、煤粉)消耗、点火煤气消耗、电力及动力(压缩空气、蒸汽、水等)消耗。其中固体燃料消耗占75％-80％，点火煤气消耗占5％-10％，电力及动力消耗占15％-20％，可见降低固体燃料消耗是降低烧结工序能耗的重点，也是烧结工作者始终追求的目标。
由于烧结过程伴随着大量的物理变化和化学变化，时刻受原料条件、操作工艺、设备状态的影响，因此追求最佳的固体燃料配比，最大限度地降低固体燃料消耗难度很大。其中影响烧结固体燃料消耗的主要因素包括：含铁物料的化学成分、混合料粒度、混合料初始温度、混合料水分、料层厚度、反矿量、点火煤气热负荷、烧结矿终点温度、烧结矿中FeO含量、烧结排烟温度、环冷机余热回收等。目前烧结配矿的普遍做法是：依据市场原、燃料供货质量、价格及炼铁高炉所要求的烧结矿质量等条件进行初始配矿，再通过烧结杯实验，给出优化配矿方案，并在生产实践中进行完善。其主要缺点是：受配料过程与烧结过程滞后的影响，当原料条件及烧结工艺参数发生变化时，不能及时改变固体燃料配比或烧结工艺参数，造成固体燃料消耗的增加或烧结矿质量的下降。为解决这一问题，依据实时采集到的烧结配料参数、烧结工艺参数，通过热平衡在线计算，适时给出烧结固体燃料配比调整方案，达到降低烧结固体燃料消耗的目的。
发明内容
为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法，依据在线采集到的烧结配料信息及烧结过程工艺参数，通过在线烧结热平衡计算与分析，在满足高炉炼铁所需烧结矿质量的前提下，实现降低烧结固体燃料消耗的目的。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法，概括如下：
由于配料工序在烧结工序之前，且配料方案一旦执行，烧结固体燃料消耗就基本确定。若想降低烧结固体燃料消耗，不仅要优化烧结工艺参数，而且还要动态调节烧结固体燃料配比。
(1)在烧结机正常生产工况条件下，每年进行一次烧结机物料平衡及热平衡测试，并形成测试、计算与分析报告；获得该台烧结机在正常生产工况条件下的工艺操作参数和热平衡参数。
(2)以上述(1)中热平衡测试、计算结果为基础，依据当前时刻采集到的烧结混合料配料参数及烧结工艺操作参数，建立烧结机在线热平衡计算模型，给出烧结固体燃料配比的基准值。
(3)当烧结配料中含铁原料、熔剂、燃料或烧结工艺操作参数发生变化时，依据在线热平衡计算模型，实时给出烧结固体燃料配比优化调整方案。
具体包括如下：
1、每年对各台烧结机进行一次物料平衡和热平衡测试，并形成烧结机热平衡测试分析报告；测试与分析数据，逐年更新，并保存在数据库中；将热平衡测试与分析数据分别作为今后各台烧结机在线热平衡计算的参照基准；
2、定时采集各台烧结机配料参数及工艺操作参数；对烧结混合料成分、温度、水分、固体燃料：煤粉与焦粉配比与热值及烧结机料层厚度、反矿量、烧结矿中FeO含量，每小时进行一次分析与采样；对点火煤气流量及热值、烧结饼温度、热风烧结温度、烧结排烟温度，每5分钟采样一次，并取平均值；将其作为各台烧结机在线热平衡计算模型的依据；
3、建立在线烧结机热平衡模型及固体燃料消耗模型
3.1建立烧结机在线热平衡计算模型
为简化计算，取1吨烧结矿作为计算基准，并取现场环境温度、固体与气体燃料低位发热量、时间为1小时作为计算基准；
3.1.1总热收入模型：
QR＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10……(1)
式中：QR：烧结总热收入(KJ/t)
Q1：烧结矿固体燃料燃烧化学热(KJ/t)
Q1＝1000(Bm·QDm+Bj·QDj)/Bsz……(2)
式中：Bm、Bj：分别为烧结混合料中煤粉、焦粉加入量(t/h)，
QDm、QDj：分别为煤粉、焦粉的低位发热量(KJ/Kg)，
Bsz：为烧结矿产量(t/h)；
Q2：烧结点火煤气燃烧化学热(KJ/t)
Q2＝Vm×QD2/Bsz……(3)
式中：Vm:烧结点火用煤气流量(m3/h)，QD2：点火煤气低位发热量(KJ/m3)；
Q3：烧结点火煤气及所用助燃空气带入物理热(KJ/t)
Q3＝[Vm×(cmytmy－cmete)+α×Vm×(ckytky－ckete)]/Bsz……(4)
式中：tmy、te：分别为煤气平均预热温度及环境温度(℃)；tky：为助燃空气平均预热温度(℃)；α：平均空燃比(空气与煤气比例系数)，cmy、cme：分别为煤气在tmy℃与te℃时的平均比热(KJ/m3℃)；cky、cke分别为空气在tky℃与te℃时的平均比热(KJ/m3℃)；
Q4：热风烧结工艺中热风带入物理热(KJ/t)
Q4＝Vk×(ckrtk－ckete)/Bsz……(5)
式中：Vk:烧结热风流量(m3/h)，
tk：热风平均温度(℃)；ckr和cke分别为热风在tkr℃与te℃时的平均比热(KJ/m3℃)
若不采用热风烧结工艺，则tk＝te，即Q4＝0
Q5：干混合料带入物理热(KJ/t)
Q5＝1000×Bgh×(chth－chete)/Bsz……(6)
其中：Bgh:干混合料量(t/h)，
th:为干混合料平均温度(℃)；ch和che分别为干混合料在th℃与te℃时的平均比热(KJ/kg℃)；
Q6：烧结铺底料带入的物理热(KJ/t)
Q6＝1000×Bp×(cptp－cpete)/Bsz……(7)
式中：Bp:烧结所用的铺底料量(t/h)，
tp:为铺底料平均温度(℃)；cp和cpe分别为铺底料在tp℃与te℃时的平均比热(KJ/kg℃)；
Q7：烧结用水带入的物理热(KJ/t)
Q7＝1000×Bsw×(cswtsw－cswete)/Bsz……(8)
式中：Bsw:烧结用水量(t/h)，
tsw：为烧结用水平均温度(℃)；csw和cswe分别为水在tsw℃与te℃时的平均比热(KJ/kg℃)；
Q8：烧结用水蒸汽带入的物理热(KJ/t)
Q8＝1000×Bsq×(csqtsq－csqete)/Bsz……(9)
式中：Bsp:烧结用水蒸汽流量(t/h)，
tsq:为水蒸汽平均温度(℃)；csq和csqe分别为水在tsq℃与te℃时的平均比热(KJ/kg℃)；
Q9：烧结过程中化学反应热(KJ/t)
Q9＝Q9-1+Q9-2+Q9-3……(10)
式中：Q9-1：混合料中硫化物燃烧放热量(KJ/t)
Q9-2：混合料中Feo氧化放热量(KJ/t)
Q9-3：形成新矿物放热量(KJ/t)
其中：Q9-1＝6901.18×1.8759(Bgh×Sh－1×Sc)……(11)
Q9-2＝1952×【Bgh×FeOh－1×FeOc－1.123(Bgh×Sh－1×Sc)】……(12)
Q9-3＝QR×3％……(13)
式中：Sh：干混合料中硫含量，在量值上等于各组分硫含量之和(％)
Sc：成品烧结矿中硫含量(％)
FeOh：干混合料中FeO含量，在量值上等于各组分FeO含量之和(％)
FeOc：成品烧结矿中FeO含量(％)
Q10：返矿和高炉尘泥带入残碳的化学热(KJ/t)
Q10＝1000×(Bfk×Cfk+Bcn×Ccn)×Qc/Bsz……(14)
Qc＝(Bm·QDm+Bj·QDj)/(Bm+Bj)……(15)
式中：Bfk、Bcn：分别为返矿和高炉尘泥量(t/h)
Cfk、Ccn：分别为返矿和高炉尘泥碳含量(％)
Qc：为残碳的低发热量(KJ/kg)
3.1.2总热支出模型：
QZ＝QZ 1+QZ 2+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ 7+QZ 8+QZ 9……(16)
式中：QZ：烧结总热支出(KJ/t)；
QZ 1：烧结废气带出的热量(KJ/t)；
QZ 1＝Vf×(cf2tf2－cfete)/Bsz……(17)
式中：Vf：小时烧结废气流量(m3/t)
tf2：为烧结废气温度(℃)；
cf2、cfe分别为废气在tf2和te温度时的平均比热(KJ/m3℃)；
QZ 2：化学不完全燃烧热损失(KJ/t)；
QZ 2：Vf×(126.3cof+107.9H2f+359.2CH4f)/Bsz……(18)
式中：cof、H2f、CH4f：分别为烧结废气中co、H2、CH4体积百分含量(％)
QZ 3：烧结饼带出的热量(KJ/t)；
由QZ 3＝Bsz×(csctsc－csete)/Bsz，QZ 3＝(csctsc－csete)……(19)
式中tsc：烧结饼出口平均温度(℃)，
csc、cse：分别为烧结饼在tsc及te温度时的平均比热(KJ/m3℃)；
QZ 4：混合料物理水蒸发热(KJ/t)；
QZ 4＝1000×Bsw×(418+2260)/Bsz……(20)
式中：Bsw:烧结用水量(t/h)
QZ 5：混合料中结晶水分解和蒸发热(KJ/t)
QZ 5＝4184×Bgh×Wj/Bsz……(21)
式中：Wj：干混合料中结晶水含量(％)
QZ 6：混合料中碳酸盐分解热(KJ/t)
QZ 6＝1000×[3192(BShsWcao+BbysWcao)+2519(BShsWMgo+BbysWMgo+647BhykWFeco3)]/Bsz……(22)
式中：BShs、Bbys、Bhyk：分别为混合料中的石灰石、白云石、混匀矿量(t/h)
Wcao、WMgo、WFeco3：分别为Cao、Mgo、Feco3百分含量(％)
QZ 7：烧结矿残碳热损失(KJ/t)
QZ 7＝1000Qc(Bsz×Csz+Bfk×Cfk)/Bsz……(23)
式中：Csz：为烧结矿的碳含量(％)
QZ 8：烧结机外表面散损失(KJ/t)
QZ 8＝(∑Fiqi)/Bsz……(24)
式中：Fi：为烧结机各部位外表面积及烧结矿台车上表面积(m2)
qi：为对应Fi的平均热流(KJ/m2)
QZ 9：烧结台车周转散热(KJ/t)
QZ 9＝Btc(Ctcxtx-Ctcbtb)/Bsz……(25)
式中：Btc：烧结台车总重量(Kg)
tx、tb：分别为卸料处台车、布料处台车温度(℃)
Ctcx、Ctcb：分别为台车在tx、tb、温度时的平均比热(KJ/kg℃)
3.2建立烧结机在线热平衡及烧结固体燃料消耗计算模型
从热平衡可得：QR＝QZ……(26)
由(1)、(16)式联立可得：Q1＝(QZ 1+QZ 2+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ 7+QZ 8+QZ 9)－(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10)……(27)
为实现在线热平衡计算，以实时采集到的数据为基础，对于采集不到的数据，则依据近期热平衡测试数据，按其热量平衡百分比进行定量化合并；同时简化(27)式为下式；
Q1＝(QZ 1+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ x)－(Q2+Q3+Q4+Q5+Q7+Q9+Q10+Qx)……(28)
式中：QZ x：为合并热损失项，在量值上QZ x＝(QZ 2+QZ 7+QZ 8+QZ 9)
Qx：为合并热收入项，在量值上Qx＝(Q6+Q8)
由(2)式可得(Bm·QDm+Bj·QDj)＝Bsz Q1/1000，令Bg·QDg＝(Bm·QDm+Bj·QDj)
则:Q1＝1000·Bg·QDg/Bsz，Bg＝Bsz·Q1/(1000·QDg)，
Bg＝Bsz[(QZ 1+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ x)-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q7+Q9+Q10+Qx)]/(1000·QDg)
……(29)
式中：Bg、QDg：分别为烧结固体燃料量(t/h)、固体燃料低发热量(KJ/Kg)。
4、在线烧结固体燃料消耗量动态调整
在正常烧结生产过程中，随着原料条件、设备状态、操作参数的波动(不包括烧结含铁原料、熔剂、燃料的重大变化，该种情况需由烧结配矿试验确定)，实时对烧结固体燃料量进行动态调整，其调节方法如下：
4.1热平衡计算差值调整
依据第2条中的采集数据，按(1)～(29)式，每小时进行一次烧结机在线热平衡计算，当(k+1)时刻的烧结固体燃耗大于或小于(k)时刻的烧结固体燃耗时，按下式调整(k+1)时刻的烧结固体燃耗Bg(k+1)：
Bg(k+1)＝(1+a)·Bg(k)……(30)
式中：Bg(k)、Bg(k+1)：分别为(k)、(k+1)时刻的固体燃料消耗量(t/h)，
a：稳定系数，取值范围如下：
当Bg(k+1)＞Bg(k)时，a＝+(0.02～0.04)……(31)
当Bg(k+1)＝Bg(k)时，a＝0……(32)
当Bg(k+1)＜Bg(k)时，a＝-(0.02～0.04)……(33)
4.2烧结料层厚度调整
依据实时检测到的烧结料层厚度h(mm)的变化，按下式调整烧结固体燃耗量：
BgZ(k+1)＝(1+b)·Bg(k+1)……(34)
b＝0.001(h(k)-h(k+1))……(35)
式中：BgZ(k+1)：(k+1)时刻的最终固体燃料消耗量(t/h)
b：料层厚度影响系数
h(k)、h(k+1)：分别为(k)、(k+1)时刻的烧结料层厚度(mm)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种基于热平衡的烧结固体燃料动态调控方法，与现行的烧结固体燃料配比方法相比，解决了烧结工艺参数优化与固体燃料配比之间不协调的矛盾，通过在线热平衡计算，统筹考虑烧结与配料之间的协同，对优化烧结工艺参数，降低烧结固体燃料消耗具有重要作用，实用性强，推广前景广阔。
具体实施方式
以下对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法，概括如下：
由于配料工序在烧结工序之前，且配料方案一旦执行，烧结固体燃料消耗就基本确定。若想降低烧结固体燃料消耗，不仅要优化烧结工艺参数，而且还要动态调节烧结固体燃料配比。
(1)在烧结机正常生产工况条件下，每年进行一次烧结机物料平衡及热平衡测试，并形成测试、计算与分析报告；获得该台烧结机在正常生产工况条件下的工艺操作参数和热平衡参数。
(2)以上述(1)中热平衡测试、计算结果为基础，依据当前时刻采集到的烧结混合料配料参数及烧结工艺操作参数，建立烧结机在线热平衡计算模型，给出烧结固体燃料配比的基准值。
(3)当烧结配料中含铁原料、熔剂、燃料或烧结工艺操作参数发生变化时，依据在线热平衡计算模型，实时给出烧结固体燃料配比优化调整方案。
具体包括如下：
1、在正常生产条件下，每年对各台烧结机进行一次物料平衡和热平衡测试，并形成烧结机热平衡测试分析报告；测试与分析数据，逐年更新，并保存在数据库中；将热平衡测试与分析数据分别作为今后各台烧结机在线热平衡计算的参照基准；
2、定时采集各台烧结机配料参数及工艺操作参数；对烧结混合料成分、温度、水分、固体燃料：煤粉与焦粉配比与热值及烧结机料层厚度、反矿量、烧结矿中FeO含量，每小时进行一次分析与采样；对点火煤气流量及热值、烧结饼温度、热风烧结温度、烧结排烟温度，每5分钟采样一次，并取平均值；将其作为各台烧结机在线热平衡计算模型的依据；
3、建立在线烧结机热平衡模型及固体燃料消耗模型
3.1建立烧结机在线热平衡计算模型
为简化计算，取1吨烧结矿作为计算基准，并取现场环境温度、固体与气体燃料低位发热量、时间为1小时作为计算基准；
3.1.1总热收入模型：
QR＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10……(1)
式中：QR：烧结总热收入(KJ/t)
Q1：烧结矿固体燃料燃烧化学热(KJ/t)
Q1＝1000(Bm·QDm+Bj·QDj)/Bsz……(2)
式中：Bm、Bj：分别为烧结混合料中煤粉、焦粉加入量(t/h)，
QDm、QDj：分别为煤粉、焦粉的低位发热量(KJ/Kg)，
Bsz：为烧结矿产量(t/h)；
Q2：烧结点火煤气燃烧化学热(KJ/t)
Q2＝Vm×QD2/Bsz……(3)
式中：Vm:烧结点火用煤气流量(m3/h)，QD2：点火煤气低位发热量(KJ/m3)；
Q3：烧结点火煤气及所用助燃空气带入物理热(KJ/t)
Q3＝[Vm×(cmytmy－cmete)+α×Vm×(ckytky－ckete)]/Bsz……(4)
式中：tmy、te：分别为煤气平均预热温度及环境温度(℃)；tky：为助燃空气平均预热温度(℃)；α：平均空燃比(空气与煤气比例系数)，cmy、cme：分别为煤气在tmy℃与te℃时的平均比热(KJ/m3℃)；cky、cke分别为空气在tky℃与te℃时的平均比热(KJ/m3℃)；
Q4：热风烧结工艺中热风带入物理热(KJ/t)
Q4＝Vk×(ckrtk－ckete)/Bsz……(5)
式中：Vk:烧结热风流量(m3/h)，
tk：热风平均温度(℃)；ckr和cke分别为热风在tkr℃与te℃时的平均比热(KJ/m3℃)
若不采用热风烧结工艺，则tk＝te，即Q4＝0
Q5：干混合料带入物理热(KJ/t)
Q5＝1000×Bgh×(chth－chete)/Bsz……(6)
其中：Bgh:干混合料量(t/h)，
th:为干混合料平均温度(℃)；ch和che分别为干混合料在th℃与te℃时的平均比热(KJ/kg℃)；
Q6：烧结铺底料带入的物理热(KJ/t)
Q6＝1000×Bp×(cptp－cpete)/Bsz……(7)
式中：Bp:烧结所用的铺底料量(t/h)，
tp:为铺底料平均温度(℃)；cp和cpe分别为铺底料在tp℃与te℃时的平均比热(KJ/kg℃)；
Q7：烧结用水带入的物理热(KJ/t)
Q7＝1000×Bsw×(cswtsw－cswete)/Bsz……(8)
式中：Bsw:烧结用水量(t/h)，
tsw：为烧结用水平均温度(℃)；csw和cswe分别为水在tsw℃与te℃时的平均比热(KJ/kg℃)；
Q8：烧结用水蒸汽带入的物理热(KJ/t)
Q8＝1000×Bsq×(csqtsq－csqete)/Bsz……(9)
式中：Bsp:烧结用水蒸汽流量(t/h)，
tsq:为水蒸汽平均温度(℃)；csq和csqe分别为水在tsq℃与te℃时的平均比热(KJ/kg℃)；
Q9：烧结过程中化学反应热(KJ/t)
Q9＝Q9-1+Q9-2+Q9-3……(10)
式中：Q9-1：混合料中硫化物燃烧放热量(KJ/t)
Q9-2：混合料中Feo氧化放热量(KJ/t)
Q9-3：形成新矿物放热量(KJ/t)
其中：Q9-1＝6901.18×1.8759(Bgh×Sh－1×Sc)……(11)
Q9-2＝1952×【Bgh×FeOh－1×FeOc－1.123(Bgh×Sh－1×Sc)】……(12)
Q9-3＝QR×3％……(13)
式中：Sh：干混合料中硫含量，在量值上等于各组分硫含量之和(％)
Sc：成品烧结矿中硫含量(％)
FeOh：干混合料中FeO含量，在量值上等于各组分FeO含量之和(％)
FeOc：成品烧结矿中FeO含量(％)
Q10：返矿和高炉尘泥带入残碳的化学热(KJ/t)
Q10＝1000×(Bfk×Cfk+Bcn×Ccn)×Qc/Bsz……(14)
Qc＝(Bm·QDm+Bj·QDj)/(Bm+Bj)……(15)
式中：Bfk、Bcn：分别为返矿和高炉尘泥量(t/h)
Cfk、Ccn：分别为返矿和高炉尘泥碳含量(％)
Qc：为残碳的低发热量(KJ/kg)
3.1.2总热支出模型：
QZ＝QZ 1+QZ 2+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ 7+QZ 8+QZ 9……(16)
式中：QZ：烧结总热支出(KJ/t)；
QZ 1：烧结废气带出的热量(KJ/t)；
QZ 1＝Vf×(cf2tf2－cfete)/Bsz……(17)
式中：Vf：小时烧结废气流量(m3/t)
tf2：为烧结废气温度(℃)；
cf2、cfe分别为废气在tf2和te温度时的平均比热(KJ/m3℃)；
QZ 2：化学不完全燃烧热损失(KJ/t)；
QZ 2：Vf×(126.3cof+107.9H2f+359.2CH4f)/Bsz……(18)
式中：cof、H2f、CH4f：分别为烧结废气中co、H2、CH4体积百分含量(％)
QZ 3：烧结饼带出的热量(KJ/t)；
由QZ 3＝Bsz×(csctsc－csete)/Bsz，QZ 3＝(csctsc－csete)……(19)
式中tsc：烧结饼出口平均温度(℃)，
csc、cse：分别为烧结饼在tsc及te温度时的平均比热(KJ/m3℃)；
QZ 4：混合料物理水蒸发热(KJ/t)；
QZ 4＝1000×Bsw×(418+2260)/Bsz……(20)
式中：Bsw:烧结用水量(t/h)
QZ 5：混合料中结晶水分解和蒸发热(KJ/t)
QZ 5＝4184×Bgh×Wj/Bsz……(21)
式中：Wj：干混合料中结晶水含量(％)
QZ 6：混合料中碳酸盐分解热(KJ/t)
QZ 6＝1000×[3192(BShsWcao+BbysWcao)+2519(BShsWMgo+BbysWMgo+647BhykWFeco3)]/Bsz……(22)
式中：BShs、Bbys、Bhyk：分别为混合料中的石灰石、白云石、混匀矿量(t/h)
Wcao、WMgo、WFeco3：分别为Cao、Mgo、Feco3百分含量(％)
QZ 7：烧结矿残碳热损失(KJ/t)
QZ 7＝1000Qc(Bsz×Csz+Bfk×Cfk)/Bsz……(23)
式中：Csz：为烧结矿的碳含量(％)
QZ 8：烧结机外表面散损失(KJ/t)
QZ 8＝(∑Fiqi)/Bsz……(24)
式中：Fi：为烧结机各部位外表面积及烧结矿台车上表面积(m2)
qi：为对应Fi的平均热流(KJ/m2)
QZ 9：烧结台车周转散热(KJ/t)
QZ 9＝Btc(Ctcxtx-Ctcbtb)/Bsz……(25)
式中：Btc：烧结台车总重量(Kg)
tx、tb：分别为卸料处台车、布料处台车温度(℃)
Ctcx、Ctcb：分别为台车在tx、tb、温度时的平均比热(KJ/kg℃)
3.2建立烧结机在线热平衡及烧结固体燃料消耗计算模型
从热平衡可得：QR＝QZ……(26)
由(1)、(16)式联立可得：Q1＝(QZ 1+QZ 2+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ 7+QZ 8+QZ 9)－(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10)……(27)
为实现在线热平衡计算，以实时采集到的数据为基础，对于采集不到的数据，则依据近期热平衡测试数据，按其热量平衡百分比进行定量化合并；同时简化(27)式为下式；
Q1＝(QZ 1+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ x)－(Q2+Q3+Q4+Q5+Q7+Q9+Q10+Qx)……(28)
式中：QZ x：为合并热损失项，在量值上QZ x＝(QZ 2+QZ 7+QZ 8+QZ 9)
Qx：为合并热收入项，在量值上Qx＝(Q6+Q8)
由(2)式可得(Bm·QDm+Bj·QDj)＝Bsz Q1/1000，令Bg·QDg＝(Bm·QDm+Bj·QDj)
则:Q1＝1000·Bg·QDg/Bsz，Bg＝Bsz·Q1/(1000·QDg)，
Bg＝Bsz[(QZ 1+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ x)-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q7+Q9+Q10+Qx)]/(1000·QDg)……(29)
式中：Bg、QDg：分别为烧结固体燃料量(t/h)、固体燃料低发热量(KJ/Kg)。
4、在线烧结固体燃料消耗量动态调整
在正常烧结生产过程中，随着原料条件、设备状态、操作参数的波动(不包括烧结含铁原料、熔剂、燃料的重大变化，该种情况需由烧结配矿试验确定)，实时对烧结固体燃料量进行动态调整，其调节方法如下：
4.1热平衡计算差值调整
依据第2条中的采集数据，按(1)～(29)式，每小时进行一次烧结机在线热平衡计算，当(k+1)时刻的烧结固体燃耗大于或小于(k)时刻的烧结固体燃耗时，按下式调整(k+1)时刻的烧结固体燃耗Bg(k+1)：
Bg(k+1)＝(1+a)·Bg(k)……(30)
式中：Bg(k)、Bg(k+1)：分别为(k)、(k+1)时刻的固体燃料消耗量(t/h)，
a：稳定系数，取值范围如下：
当Bg(k+1)＞Bg(k)时，a＝+(0.02～0.04)……(31)
当Bg(k+1)＝Bg(k)时，a＝0……(32)
当Bg(k+1)＜Bg(k)时，a＝-(0.02～0.04)……(33)
4.2烧结料层厚度调整
依据实时检测到的烧结料层厚度h(mm)的变化，按下式调整烧结固体燃耗量：
BgZ(k+1)＝(1+b)·Bg(k+1)……(34)
b＝0.001(h(k)-h(k+1))……(35)
式中：BgZ(k+1)：(k+1)时刻的最终固体燃料消耗量(t/h)
b：料层厚度影响系数
h(k)、h(k+1)：分别为(k)、(k+1)时刻的烧结料层厚度(mm)。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法，其特征在于，包括如下：
1)每年对各台烧结机进行一次物料平衡和热平衡测试，并形成烧结机热平衡测试分析报告；测试与分析数据，逐年更新，并保存在数据库中；将热平衡测试与分析数据分别作为今后各台烧结机在线热平衡计算的参照基准；
2)定时采集各台烧结机配料参数及工艺操作参数；对烧结混合料成分、温度、水分、固体燃料的配比与热值，以及烧结机料层厚度、反矿量、烧结矿中FeO含量，每小时进行一次分析与采样；对点火煤气流量及热值、烧结饼温度、热风烧结温度、烧结排烟温度，每5分钟采样一次，并取平均值；将其作为各台烧结机在线热平衡计算模型的依据；
所述的固体燃料包括煤粉与焦粉；
3)建立在线烧结机热平衡模型及固体燃料消耗模型
3.1建立烧结机在线热平衡计算模型
为简化计算，取1吨烧结矿作为计算基准，并取现场环境温度、固体与气体燃料低位发热量、时间为1小时作为计算基准；
3.1.1总热收入模型：
QR＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10……(1)
式中：QR：烧结总热收入KJ/t；
Q1：烧结矿固体燃料燃烧化学热KJ/t；
Q1＝1000(Bm·QDm+Bj·QDj)/Bsz……(2)
式中：Bm、Bj：分别为烧结混合料中煤粉、焦粉加入量t/h；
QDm、QDj：分别为煤粉、焦粉的低位发热量KJ/Kg；
Bsz：为烧结矿产量t/h；
Q2：烧结点火煤气燃烧化学热KJ/t；
Q2＝Vm×QD2/Bsz……(3)
式中：Vm:烧结点火用煤气流量m3/h，QD2：点火煤气低位发热量KJ/m3；
Q3：烧结点火煤气及所用助燃空气带入物理热KJ/t；
Q3＝[Vm×(cmytmy－cmete)+α×Vm×(ckytky－ckete)]/Bsz……(4)
式中：tmy、te：分别为煤气平均预热温度及环境温度℃；tky：为助燃空气平均预热温度℃；α：平均空燃比即空气与煤气比例系数，cmy、cme：分别为煤气在tmy℃与te℃时的平均比热KJ/m3℃；cky、cke分别为空气在tky℃与te℃时的平均比热KJ/m3℃；
Q4：热风烧结工艺中热风带入物理热KJ/t；
Q4＝Vk×(ckrtk－ckete)/Bsz……(5)
式中：Vk：烧结热风流量m3/h；
tk：热风平均温度℃；ckr和cke分别为热风在tkr℃与te℃时的平均比热KJ/m3℃；
若不采用热风烧结工艺，则tk＝te，即Q4＝0；
Q5：干混合料带入物理热KJ/t；
Q5＝1000×Bgh×(chth－chete)/Bsz……(6)
其中：Bgh：干混合料量t/h；
th:为干混合料平均温度℃；ch和che分别为干混合料在th℃与te℃时的平均比热KJ/kg℃；
Q6：烧结铺底料带入的物理热KJ/t；
Q6＝1000×Bp×(cptp－cpete)/Bsz……(7)
式中：Bp:烧结所用的铺底料量t/h；
tp：为铺底料平均温度℃；cp和cpe分别为铺底料在tp℃与te℃时的平均比热KJ/kg ℃；
Q7：烧结用水带入的物理热KJ/t；
Q7＝1000×Bsw×(cswtsw－cswete)/Bsz……(8)
式中：Bsw：烧结用水量t/h；
tsw：为烧结用水平均温度℃；csw和cswe分别为水在tsw℃与te℃时的平均比热KJ/kg ℃；
Q8：烧结用水蒸汽带入的物理热KJ/t；
Q8＝1000×Bsq×(csqtsq－csqete)/Bsz……(9)
式中：Bsq：烧结用水蒸汽流量t/h；
tsq：为水蒸汽平均温度℃；csq和csqe分别为水在tsq℃与te℃时的平均比热KJ/kg ℃；
Q9：烧结过程中化学反应热KJ/t；
Q9＝Q9-1+Q9-2+Q9-3……(10)
式中：Q9-1：混合料中硫化物燃烧放热量KJ/t；
Q9-2：混合料中Feo氧化放热量KJ/t；
Q9-3：形成新矿物放热量KJ/t；
其中：Q9-1＝6901.18×1.8759(Bgh×Sh－1×Sc)……(11)
Q9-2＝1952×[Bgh×Fe Oh－1×Fe Oc－1.123(Bgh×Sh－1×Sc)]……(12)
Q9-3＝QR×3％……(13)
式中：Sh：干混合料中硫含量，在量值上等于各组分硫含量之和％；
Sc：成品烧结矿中硫含量％；
Fe Oh：干混合料中Fe O含量，在量值上等于各组分Fe O含量之和％；
Fe Oc：成品烧结矿中Fe O含量％；
Q10：返矿和高炉尘泥带入残碳的化学热KJ/t；
Q10＝1000×(Bfk×Cfk+Bcn×Ccn)×Qc/Bsz……(14)
Qc＝(Bm·QDm+Bj·QDj)/(Bm+Bj)……(15)
式中：Bfk、Bcn：分别为返矿和高炉尘泥量t/h；
Cfk、Ccn：分别为返矿和高炉尘泥碳含量％；
Qc：为残碳的低发热量KJ/kg；
3.1.2总热支出模型：
QZ＝QZ 1+QZ 2+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ 7+QZ 8+QZ 9……(16)
式中：QZ：烧结总热支出KJ/t；
QZ 1：烧结废气带出的热量KJ/t；
QZ 1＝Vf×(cf2tf2－cfete)/Bsz……(17)
式中：Vf：小时烧结废气流量m3/t；
tf2：为烧结废气温度℃；
cf2、cfe分别为废气在tf2和te温度时的平均比热KJ/m3℃；
QZ 2：化学不完全燃烧热损失KJ/t；
QZ 2：Vf×(126.3C O f+107.9H2f+359.2CH4f)/Bsz……(18)
式中：CO f、H2f、CH4f：分别为烧结废气中C O 、H2、CH4体积百分含量％；
QZ 3：烧结饼带出的热量KJ/t；
由QZ 3＝Bsz×(csctsc－csete)/Bsz，QZ 3＝(csctsc－csete)……(19)
式中tsc：烧结饼出口平均温度℃；
csc、cse：分别为烧结饼在tsc及te温度时的平均比热KJ/m3℃；
QZ 4：混合料物理水蒸发热KJ/t；
QZ 4＝1000×Bsw×(418+2260)/Bsz……(20)
式中：Bsw：烧结用水量t/h；
QZ 5：混合料中结晶水分解和蒸发热KJ/t；
QZ 5＝4184×Bgh×Wj/Bsz……(21)
式中：Wj：干混合料中结晶水含量％；
QZ 6：混合料中碳酸盐分解热KJ/t；
QZ 6＝1000×[3192(BShsWC aO +BbysWC aO )+2519(BShsWMgO +BbysWMgO +647BhykWFeco3)]/Bsz……(22)
式中：BShs、Bbys、Bhyk：分别为混合料中的石灰石、白云石、混匀矿量t/h；
WC aO 、WMgO 、WFeC O 3：分别为CaO 、MgO 、FeCO3 百分含量％；
QZ 7：烧结矿残碳热损失KJ/t；
QZ 7＝1000Qc(Bsz×Csz+Bfk×Cfk)/Bsz……(23)
式中：Csz：为烧结矿的碳含量％；
QZ 8：烧结机外表面散损失KJ/t；
QZ 8＝(∑Fiqi)/Bsz……(24)
式中：Fi：为烧结机各部位外表面积及烧结矿台车上表面积m2；
qi：为对应Fi的平均热流KJ/m2；
QZ 9：烧结台车周转散热KJ/t；
QZ 9＝Btc(Ctcxtx-Ctcbtb)/Bsz……(25)
式中：Btc：烧结台车总重量Kg；
tx、tb：分别为卸料处台车、布料处台车温度℃；
Ctcx、Ctcb：分别为台车在tx、tb温度时的平均比热KJ/kg℃；
3.2建立烧结机在线热平衡及烧结固体燃料消耗计算模型
从热平衡可得：QR＝QZ……(26)
由(1)、(16)式联立可得：Q1＝(QZ 1+QZ 2+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ 7+QZ 8+QZ 9)－(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10)……(27)
为实现在线热平衡计算，以实时采集到的数据为基础，对于采集不到的数据，则依据近期热平衡测试数据，按其热量平衡百分比进行定量化合并；同时简化(27)式为下式：
Q1＝(QZ 1+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ x)－(Q2+Q3+Q4+Q5+Q7+Q9+Q10+Qx)……(28)
式中：QZ x：为合并热损失项，在量值上QZ x＝(QZ 2+QZ 7+QZ 8+QZ 9)
Qx：为合并热收入项，在量值上Qx＝(Q6+Q8)
由(2)式可得(Bm·QDm+Bj·QDj)＝BszQ1/1000，令Bg·QDg＝(Bm·QDm+Bj·QDj)
则：Q1＝1000·Bg·QDg/Bsz，Bg＝Bsz·Q1/(1000·QDg)，
Bg＝Bsz[(QZ 1+QZ 3+QZ 4+QZ 5+QZ 6+QZ x)-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q7+Q9+Q10+Qx)]/(1000·QDg)……(29)
式中：Bg、QDg：分别为烧结固体燃料量t/h、固体燃料低发热量KJ/Kg。
2.根据权利要求1所述的一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法，其特征在于，还包括如下：
4)在线烧结固体燃料消耗量动态调整
在正常烧结生产过程中，随着原料条件、设备状态、操作参数的波动，实时对烧结固体燃料量进行动态调整，其调节方法如下：
4.1热平衡计算差值调整
依据第2)条中的采集数据，按(1)～(29)式，每小时进行一次烧结机在线热平衡计算，当k+1时刻的烧结固体燃耗大于或小于k时刻的烧结固体燃耗时，按下式调整k+1时刻的烧结固体燃耗Bg(k+1)：
Bg(k+1)＝(1+a)·Bg(k)……(30)
式中：Bg(k)、Bg(k+1)：分别为k、k+1时刻的固体燃料消耗量t/h；
a：稳定系数，取值范围如下：
当Bg(k+1)＞Bg(k)时，a＝+(0.02～0.04)……(31)
当Bg(k+1)＝Bg(k)时，a＝0……(32)
当Bg(k+1)＜Bg(k)时，a＝-(0.02～0.04)……(33)
4.2烧结料层厚度调整
依据实时检测到的烧结料层厚度h的变化，按下式调整烧结固体燃耗量：
BgZ(k+1)＝(1+b)·Bg(k+1)……(34)
b＝0.001(h(k)-h(k+1))……(35)
式中：BgZ(k+1)：(k+1)时刻的最终固体燃料消耗量t/h；
b：料层厚度影响系数；
h(k)、h(k+1)：分别为k、k+1时刻的烧结料层厚度mm。
CN202011577155.3A 2020-12-28 2020-12-28 一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法 Active CN112813254B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011577155.3A CN112813254B (zh) 2020-12-28 2020-12-28 一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011577155.3A CN112813254B (zh) 2020-12-28 2020-12-28 一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112813254A CN112813254A (zh) 2021-05-18
CN112813254B true CN112813254B (zh) 2022-05-24

Family

ID=75854395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011577155.3A Active CN112813254B (zh) 2020-12-28 2020-12-28 一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112813254B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113744811B (zh) * 2021-07-14 2024-03-29 鞍钢集团朝阳钢铁有限公司 一种在线调整高炉热量的计算方法
CN113621793B (zh) * 2021-08-12 2022-12-23 马鞍山钢铁股份有限公司 一种烧结固体燃料粒级控制方法
CN114277260B (zh) * 2021-12-28 2023-06-27 北京瑞太智联技术有限公司 一种铜富氧侧吹熔炼过程在线优化控制系统
CN115323167B (zh) * 2022-08-12 2024-02-20 江苏沙钢钢铁有限公司 一种烧结过程固体燃料配比的调整方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0860259A (ja) * 1994-08-24 1996-03-05 Kobe Steel Ltd 焼結鉱製造法
CN104073628A (zh) * 2014-07-02 2014-10-01 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种铁鳞的烧结配加方法
CN106595311A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 山东和隆优化能源科技有限公司 一种烧结机点火炉燃烧优化控制系统
CN107037787A (zh) * 2016-02-03 2017-08-11 中冶长天国际工程有限责任公司 一种链篦机-回转窑球团燃耗控制方法及装置
CN109371230A (zh) * 2018-12-05 2019-02-22 江苏永钢集团有限公司 烧结矿原料中固体燃料配比的调整方法
CN109402382A (zh) * 2018-10-25 2019-03-01 山西太钢不锈钢股份有限公司 烧结料制备方法及其制备的烧结料和烧结矿
CN109628733A (zh) * 2019-01-15 2019-04-16 中南大学 一种基于燃料合理分布的低碳低NOx烧结方法
CN109918702A (zh) * 2019-01-03 2019-06-21 上海交通大学 一种高炉配料与操作的协同多目标优化方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0860259A (ja) * 1994-08-24 1996-03-05 Kobe Steel Ltd 焼結鉱製造法
CN104073628A (zh) * 2014-07-02 2014-10-01 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种铁鳞的烧结配加方法
CN107037787A (zh) * 2016-02-03 2017-08-11 中冶长天国际工程有限责任公司 一种链篦机-回转窑球团燃耗控制方法及装置
CN106595311A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 山东和隆优化能源科技有限公司 一种烧结机点火炉燃烧优化控制系统
CN109402382A (zh) * 2018-10-25 2019-03-01 山西太钢不锈钢股份有限公司 烧结料制备方法及其制备的烧结料和烧结矿
CN109371230A (zh) * 2018-12-05 2019-02-22 江苏永钢集团有限公司 烧结矿原料中固体燃料配比的调整方法
CN109918702A (zh) * 2019-01-03 2019-06-21 上海交通大学 一种高炉配料与操作的协同多目标优化方法
CN109628733A (zh) * 2019-01-15 2019-04-16 中南大学 一种基于燃料合理分布的低碳低NOx烧结方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112813254A (zh) 2021-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112813254B (zh) 一种基于热平衡的烧结固体燃料调控方法
JP5468516B2 (ja) 溶融ガス化炉に微粉炭材を吹込む溶鉄製造装置及びその溶鉄製造方法
Mousa et al. Reduced carbon consumption and CO 2 emission at the blast furnace by use of briquettes containing torrefied sawdust
KR20050077103A (ko) 넓은 입도 분포의 석탄을 직접 사용하는 용철제조장치 및이를 이용한 용철제조방법
CN103667686B (zh) 一种烧结混合料及应用
CN111914203B (zh) 一种头次出铁时间的计算方法及高炉开炉方法
CN111748667A (zh) 一种降低欧冶炉燃料比的炼铁方法
CN110241272A (zh) 一种基于高炉喷吹焦炉煤气的复合低碳炼铁的方法
US20110024681A1 (en) Titanium oxide-containing agglomerate for producing granular metallic iron
JP2008508423A (ja) 溶融ガス化炉に微粉炭材を吹込む鎔鉄製造装置及びその鎔鉄製造方法
CN105838838A (zh) 一种煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法
Ruth Technology change in US iron and steel production: Implications for material and energy use, and CO2 emissions
CN108315083A (zh) 一种高炉喷吹用混合燃料及其喷吹方法
Das et al. Iron and steel manufacturing technologies in India: estimation of CO2 emission
CN113667781B (zh) 一种降低高炉燃料比的方法
CN108004396B (zh) 一种利用镍渣生产酸性氧化球团矿方法
Robinson et al. Recycling of By‐Product Pellets as Burden in the Blast Furnace Process: A Lab and Pilot Scale Investigation
CN112831652A (zh) 一种采用高风温提供热量的无碳烧结系统
CN102530950B (zh) 一种用于生产工业硅的还原剂及其制备和应用
Yang et al. Optimization of manganese-rich slag extraction from low-manganese ore smelting by response surface methodology
CN114058751B (zh) 一种高炉中钛渣的强化冶炼方法
Kuyumcu Preparation of coal blends for coke-making
Robinson Studies in low temperature self-reduction of by-products from integrated iron and steelmaking
CN117487974A (zh) 高炉高挥发分烟煤喷吹炉温调控方法
Niu et al. Mineralogical characteristics, metallurgical properties and phase structure evolution of Ca-rich hematite sintering

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant