CN113091460A - 一种烧结机余热监控调节方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种烧结机余热监控调节方法，包括：步骤1：设置采集装置；步骤2：烧结时，记录各采集装置在烧结过程中的温度，记烧结机的环境温度为T_E，记烧结台车炉篦条下方温度为T_B，记烧结烟道温度为T_D；记录各采集装置在烧结过程中的烟气流量，记烧结台车炉篦条下方烟气流量为V_B，记烧结烟道烟气流量为V_D；记录烧结烟气气氛组成。步骤3:根据步骤2中采集的数据计算烧结机本体余热保有率；步骤4：根据烧结机余热保有率，指导现场人员调整生产参数。本申请的烧结机余热监控调节方法可以对烧结机本体余热实时进行监测预警，及时指导现场操作人员调整生产参数、更换维修设备，提高烧结机本体余热，降低企业生产能耗并创造可观的附加收益。

Description

一种烧结机余热监控调节方法

技术领域

本申请涉及烧结生产技术领域，特别是涉及一种烧结机余热监控调节方法。

背景技术

在我国烧结是铁矿粉富集造块的主要手段之一，是整个钢铁生产流程中重要的一环。烧结生产过程中的物料处理量位居钢铁联合生产全流程的第二位，仅次于高炉冶炼，是现代钢铁制造流程中物质流、能量流最大的工序之一。因此降低烧结工序能耗是降低烧结矿成本的重要途径。

烧结本体余热与烧结矿质量密切相关。烧结料层中本体余热较高，有利于增加料层液相量，促进烧结自动蓄热效应，可以加速料层垂直燃烧速度提升产量，同时增加的液相量可以加强烧结矿固结效果，改善烧结矿质量并降低固体燃料消耗。此外，大型烧结厂通过热锅炉产生蒸汽用于发电从而实现烧结热回收。因此，提高烧结机本体余热，对改善烧结质量，提高烧结矿产量，提升余热回收效果以及节约能耗均有显著效果。

然而由于在高温、环境下连续生产，烧结台车及其附属配件损耗，导致大量冷空气未经过烧结料面直接从设备缝隙处渗入，与烧结烟气混合随烟气经烟道排出，这一过程稀释降低了烧结本体温度，对烧结本体余热、烧结矿质量产生不利影响；同时，大量冷空气降低了抽风系统的工作负压，主风机的有用功率只占风机输入功率的50％左右。为了满足烧结生产的要求，就需要更大的风机，造成大量不必要的能耗，折算成单位成本，全国烧结厂每年为此损失在40亿元以上。

现有技术中，专利CN 104034371 A涉及一种测量烧结机系统漏风率的方法。将烧结机台车侧板向上延升，确保烧结料表面与台车侧板上沿形成一段无料空间；在烧结料层方测定烧结料层进风速度，在烟气管道测量烟气风速、烟气温度、烟气管道氮气浓度以及烟气压力；根据所测数据按公式计算漏风率。专利CN 104034371 A要求将烧结机台车侧板向上延升，确保烧结料表面与台车侧板上沿形成一段无料空间。这需要对现有烧结台车进行全面更换与升级，而且为了检测需要形成物料空间，造成台车有效烧结体积的浪费，降低烧结产能。

专利CN 109490001 A涉及一种用于铁矿烧结机漏风率的检测方法。在烧结料层上放置一排检测装置；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，通过计算单位时间内通过料层的有效风量、大烟道内的烟气总量以及单位时间内生成水蒸气的量计算单位时间内烧结系统漏风率。专利CN 109490001 A要在烧结料层上放置一排检测装置，该方法需要人工进行布设装置，增加操作人员任务量；为了保证检测装置同步安装检测，势必延缓或暂停烧结机生产节奏，导致产能下降，同时由于烧结条件改变造成检测结果误差较大；此外，烧结后期烧结矿与检测装置相互固结，对顺利移除检测装置造成极大不便。

专利CN 109520682 A涉及一种应用于烧结机漏风率的在线监测系统及方法。当台车运行至每个风箱的正上方时，检测该风箱上端台车的篦条下方的烟气中的氧含量，同时检测该风箱底部烟气中的氧含量，进而计算得到每个风箱的漏风率。提高了烧结机漏风治理的自动化管理水平。专利CN 109520682 A虽然在一定程度上提高了烧结机漏风治理的自动化管理水平，相对及时反馈烧结过程中漏风率信息。但是，由于该发明基于氧气浓度，而烧结过程中，混料中燃料结构、布料方式以及硫化物、氮氧化物的氧化都会影响烧结烟气中氧气浓度的变化，极易导致检测结果受到较多外力因素影响造成误差。

基于上述背景，本发明提出一种烧结机本体余热监控调节系统及使用方法，旨在降低烧结生产过程中热消耗，提高烧结余热回收稳定性、改善烧结矿质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烧结机余热监控调节方法，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种烧结机余热监控调节方法，包括：步骤1：设置采集装置，在烧结台车附近、台车炉篦条与风箱连接处以及烧结大烟道位置安装数采装置；对烧结时的环境温度、炉篦条下方温度、烟道温度、气氛组成以及烟气流量进行实时监测；

步骤2：烧结时，记录各采集装置在烧结过程中的温度，记烧结机的环境温度为T_E，记烧结台车炉篦条下方温度为T_B，记烧结烟道温度为T_D；记录各采集装置在烧结过程中的烟气流量，记烧结台车炉篦条下方烟气流量为V_B，记烧结烟道烟气流量为V_D；

步骤3:根据步骤2中采集的数据计算烧结机本体余热保有率，所述烧结机本体余热保有率满足：

其中，δ为烧结机本体余热保有率；C_E为烧结工况环境比热；C_B为炉篦条下方废气的比热；T_E为烧结机环境温度；T_B为烧结台车炉篦条下方温度；T_D为烧结机烟道温度；V_B为烧结台车炉篦条下方烟气流量；V_D为烧结机烟道烟气流量。

优选的，所述步骤三中，所述烧结工况环境比热可以根据O₂和N₂的比热进行计算，所述烧结工况环境比热满足：

其中：C_E为烧结工况环境比热，

为O₂的比热，

为N₂的比热。

优选的，所述炉篦条下方废气的比热满足：

其中：C_B为炉篦条下方废气的比热，x_i为组分i的摩尔分数，

C_P,i为各组分的定压比热。

优选的，所述组分的定压比热C_Pi满足下表：

序号	气相组分	C<sub>P，i</sub>，J.Kg<sup>-1</sup>.k<sup>-1</sup>
			1	CO	1106.1-0.46T<sub>B</sub>+1.0×10<sup>-3</sup>T<sub>B</sub><sup>2</sup>-4.57×10<sup>-7</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>
2	CO<sub>2</sub>	451.4+1.67T-2.23×10<sup>-3</sup>T<sup>2</sup>+3.91×10<sup>-7</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>
			3	O<sub>2</sub>	881-1.16×10<sup>-4</sup>T<sub>B</sub>+5.47×10<sup>-4</sup>T<sub>B</sub><sup>2</sup>-3.34×10<sup>-7</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>
4	N<sub>2</sub>	1116.1-0.49T<sub>B</sub>+9.61×10<sup>-4</sup>T<sub>B</sub><sup>2</sup>-4.18×10<sup>-7</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>
			5	H<sub>2</sub>O	1424.64-3.42T<sub>B</sub>+4×10<sup>-3</sup>T<sub>B</sub><sup>2</sup>-1.2×10<sup>-6</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>

其中：T_B为烧结台车炉篦条下方温度；C_P,i为各组分的定压比热。

优选的，还包括：步骤4：当烧结机本体余热保有率＜70％时，启动预警功能，提示现场操作人员调整工艺参数并择期进行修理或者更换风箱。

优选的，还包括：步骤5：当烧结机本体余热保有率＜80％时，启动预警功能，提示现场操作人员整工艺参数并择期进行台车的修理/更换。

优选的，所述步骤1中还包括，在台车炉篦条下方的风箱与烟道连接管的转接处安装有动态风门调节装置。

进一步地，所述动态风门调节装置由电动轴承(3)与高温合金材质的闸板(4)组成。

进一步地，还包括：步骤4：所述动态风门装置通过控制风门降低烧结烟气中的余热损耗。

与现有技术相比，本申请的烧结机余热监控调节方法可以对烧结机本体余热实时进行监测预警，及时指导现场操作人员调整生产参数、更换维修设备，提高烧结机本体余热，降低企业生产能耗并创造可观的附加收益。有益效果至少包括：

①通过数采装置，对烧结生产的工况数据进行实时采集；

②将采集的数据传送至中控室的数据处理系统，通过运算判定当前烧结机本体的热损是否在合理区间；

③通过动态实时计算，锁定热损较大的风箱或台车，对现场操作人员及时预警；

④通过安装在风箱上的动态风门调整风箱的风门开度，降低烧结余热损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本发明具体实施例的烧结机采集装置安装位置图；

图2为本发明具体实施例的动态风门的结构图；

图3为本发明具体实施例的一种烧结机余热监控调节方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。

结合图1-3所示，一种烧结机余热监控调节方法，包括：

步骤1：分别在烧结台车附近、台车炉篦条与风箱连接处以及烧结大烟道处安装数采装置；在台车炉篦条下方的风箱与烟道连接管的转接处安装动态风门装置。

步骤2：对烧结生产的环境温度、炉篦条下方温度、烟道温度、气氛组成以及烟气流量进行实时监测。采集的环境温度、台车炉篦条下方温度以及烧结烟道温度分别定义为T_E、T_B、T_D；台车炉篦条下方烟气流量、烧结烟道烟气流量分别定义为V_B、V_D。

步骤3:根据计算公式：

计算得到烧结机本体余热保有率。

其中，δ为余热保有率；C_E为烧结工况环境比热，可以用O₂和N₂的比热进行计算即

C_B为炉篦条下方废气的比热，需借助烟气中主要组分(O₂、N₂、CO₂、CO、H₂O)的热焓变化进行计算。当烧结连续稳定生产时，相同位置的C_B值相对恒定。

步骤4：根据烧结余热保有率的实时计算结果，系统相应进行如下处理：

4.1、根据单一风箱余热保有率的计算结果，余热保有率＜70％的风箱，自动启动预警功能，提示现场操作人员调整工艺参数并择期进行修理/更换风箱。

4.2、根据不同台车通过某固定风箱时余热保有率的波动结果，余热保有率＜80％的台车，自动启动预警功能，提示现场操作人员整工艺参数并择期进行台车的修理/更换。体的实施过程中，可以结合实际的工作情况设定余热保有率的预警值。

步骤5：根据烧结余热保有率的实时监测结果，系统自动调整动态风门的风门开度，通过改变风箱进气量降低烧结烟气中的余热损耗。

其原理如下：烧结生产系统中，烧结本体热量总和为离开烧结系统的能量与系统损失的能量之和。在烧结正常稳定生产条件下，系统损失的能量为一恒定数值，基于能量守恒定律，可构建平衡式(1)：

V_EC_ET_E+V_BC_BT_B＝V_DC_DT_D+Q_损 (1)

其中：V为进入/离开烧结系统的气体流量，m³·min-¹；

C为气体比热，J·m³·min-¹·℃；

T为气体温度，℃；

E、B、D分别为烧结工况环境气氛、烧结炉篦条下方烟气、烧结烟道烟气；

Q_损为烧结烟气余热损失部分，J·min^-1。

烧结系统中，烧结烟气组成如式(2)所示：

V_E+V_B＝V_D (2)

烧结生产中，烧结烟气余热被工况环境气氛稀释冷却，因此可构建等式(3)、(4)：

Q_回收＝Q_系统-Q_损 (3)

Q_损＝(1-δ)V_EC_ET_E (4)

定义余热保有率为式(5)

联立上述五式，可得：

式中：δ为烧结余热保有率；T_E、T_B、T_D、V_B、V_D。可借助设置在烧结设备附近、台车炉篦条下以及烧结烟道处的数采装置进行采集。C_E为烧结工况环境比热，可以用O₂和N₂的比热进行计算，即

C_B则考虑烟气中主要组分(O₂、N₂、CO₂、CO、H₂O)热焓变化来计算，热焓变化都是温度的函数，根据现场测量得到的气体的温度T_B、烟气中气体的组分计算得出C_B。

具体的，篦条下方废气_B的比热满足：

其中：C_B为炉篦条下方废气的比热，x_i为组分i的摩尔分数，

C_P,i为各组分的定压比热。各组分的定压比热C_P,i满足下表：

序号	气相组分	C<sub>P，i</sub>，J.Kg<sup>-1</sup>.k<sup>-1</sup>
			1	CO	1106.1-0.46T<sub>B</sub>+1.0×10<sup>-3</sup>T<sub>B</sub><sup>2</sup>-4.57×10<sup>-7</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>
2	CO<sub>2</sub>	451.4+1.67T-2.23×10<sup>-3</sup>T<sup>2</sup>+3.91×10<sup>-7</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>
			3	O<sub>2</sub>	881-1.16×10<sup>-4</sup>T<sub>B</sub>+5.47×10<sup>-4</sup>T<sub>B</sub><sup>2</sup>-3.34×10<sup>-7</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>
4	N<sub>2</sub>	1116.1-0.49T<sub>B</sub>+9.61×10<sup>-4</sup>T<sub>B</sub><sup>2</sup>-4.18×10<sup>-7</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>
			5	H<sub>2</sub>O	1424.64-3.42T<sub>B</sub>+4×10<sup>-3</sup>T<sub>B</sub><sup>2</sup>-1.2×10<sup>-6</sup>T<sub>B</sub><sup>3</sup>

其中：T_B为烧结台车炉篦条下方温度；CO的含量是通过气体分析测定，而气体中CO与CO₂的比值根据以往的经验值在5.4～6.1之间。

图1所示，数据采集装置1安装位置分别为烧结台车附近、台车炉篦条与风箱连接处以及烧结烟道。

图2所示的动态风门装置2由电动轴承3与高温合金材质的闸板4组成，安装于台车炉篦条下方的风箱与烟道连接管的转接处。根据烧结本体余热保有率的计算结果，通过控制动态风门装置调整风箱的风门开度，从而降低烧结热损耗。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：包括：

步骤1：设置采集装置，在烧结台车附近、台车炉篦条与风箱连接处以及烧结大烟道位置安装数采装置；对烧结时的环境温度、炉篦条下方温度、烟道温度、气氛组成以及烟气流量进行实时监测；

步骤2：烧结时，记录各采集装置在烧结过程中的温度，记烧结机的环境温度为T_E，记烧结台车炉篦条下方温度为T_B，记烧结烟道温度为T_D；记录各采集装置在烧结过程中的烟气流量，记烧结台车炉篦条下方烟气流量为V_B，记烧结烟道烟气流量为V_D；

步骤3：根据步骤2中采集的数据计算烧结机本体余热保有率，所述烧结机本体余热保有率满足：

其中，δ为烧结机本体余热保有率；C_E为烧结工况环境比热；C_B为炉篦条下方废气的比热；T_E为烧结机环境温度；T_B为烧结台车炉篦条下方温度；T_D为烧结机烟道温度；V_B为烧结台车炉篦条下方烟气流量；V_D为烧结机烟道烟气流量。

2.根据权利要求1所述的一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：所述步骤3中，所述烧结工况环境比热可以根据O₂和N₂的比热进行计算，所述烧结工况环境比热满足：

其中：C_E为烧结工况环境比热，

为O₂的比热，

为N₂的比热。

3.根据权利要求1所述的一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：所述步骤3中，所述炉篦条下方废气的比热满足：

其中：C_B为炉篦条下方废气的比热，x_i为组分i的摩尔分数，C_P,i为各组分的定压比热。

4.根据权利要求3所述的一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：所述组分的定压比热C_P,i满足下表：

序号 气相组分 C_P，i，J.Kg^-1.k^-1 1 CO 1106.1-0.46T_B+1.0×10^-3T_B²-4.57×10^-7T_B³ 2 CO₂ 451.4+1.67T-2.23×10^-3T²+3.91×10^-7T_B³ 3 O₂ 881-1.16×10^-4T_B+5.47×10^-4T_B²-3.34×10^-7T_B³ 4 N₂ 1116.1-0.49T_B+9.61×10^-4T_B²-4.18×10^-7T_B³ 5 H₂O 1424.64-3.42T_B+4×10^-3T_B²-1.2×10^-6T_B³

其中：T_B为烧结台车炉篦条下方温度；C_P,i为各组分的定压比热。

5.根据权利要求1所述的一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：还包括：步骤4：当烧结机本体余热保有率＜70％时，启动预警功能，提示现场操作人员调整工艺参数并择期进行修理或者更换风箱。

6.根据权利要求1所述的一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：还包括：步骤5：当烧结机本体余热保有率＜80％时，启动预警功能，提示现场操作人员整工艺参数并择期进行台车的修理/更换。

7.根据权利要求1所述的一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：所述步骤1中还包括，在台车炉篦条下方的风箱与烟道连接管的转接处安装有动态风门调节装置。

8.根据权利要求5所述的一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：所述动态风门调节装置由电动轴承(3)与高温合金材质的闸板(4)组成。

9.根据权利要求5所述的一种烧结机余热监控调节方法，其特征在于：还包括：步骤4：所述动态风门装置通过控制风门降低烧结烟气中的余热损耗。

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