CN113566581A - 一种双供氧管道的烧结供富氧系统及供氧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双供氧管道的烧结供富氧系统及供氧方法，其系统包括：空气供给器、第一氧气供给器、第二氧气供给器和混合器，所述第一氧气供给器和第二氧气供给器分别连通有第一氧气管道和第二氧气管道，所述混合器连通有氧气支管道，所述第一氧气管道和第二氧气管道分别与氧气支管道相连通，所述第一氧气管道和第二氧气管道分别设有第一氧气流量调节阀和第二氧气流量调节阀，所述氧气支管道设有氧气总流量计，所述第二氧气流量调节阀和第二氧气供给器之间设有第二氧气流量计，所述第一氧气管道的氧气流量值和第二氧气管道的氧气流量值之比为：8‑10；其供氧方法包括粗调和精调。与现有技术相比，本发明旨在解决现有技术中氧气调节精度低的缺陷。

Description

一种双供氧管道的烧结供富氧系统及供氧方法

技术领域

本发明涉及富氧燃烧技术领域，尤其是涉及一种双供氧管道的烧结供富氧系统及供氧方法。

背景技术

料面点火是在点火炉内用烧嘴将烧结机台车上的混合料表面加热至约1050℃，点燃料层表面的焦炭，在混合料表面形成一定厚度的燃烧带的过程。富氧点火是在点火炉助燃空气管道内通入一定比例的纯氧，使点火炉内助燃空气氧含量升高，提高低热值燃料燃烧温度、强化料面点火效果的一种辅助点火工艺。

氧气浓度对火焰温度、辐射强度和混合料中的碳颗粒着火性都有很大的影响，从经济性和安全性等综合因素考虑，目前比较普遍的富氧浓度在0.23～0.35之间。在此工况下，氧气流量比空气流量小一个数量级，氧气量的小幅波动往往会造成富氧浓度的显著变化，因此，富氧喷吹对氧气流量的调节精度要求很高。现有技术中，对氧气流量控制并未采取特殊方式，其调节精度较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于此，本发明提出一种双供氧管道的烧结供富氧系统及供氧方法，旨在解决现有技术中氧气调节精度低的缺陷。

(二)技术方案

本发明为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，提供一种双供氧管道的烧结供富氧系统，包括：空气供给器、第一氧气供给器、第二氧气供给器和混合器，所述空气供给器与混合器之间设有空气调节子系统，所述第一氧气供给器和第二氧气供给器分别连通有第一氧气管道和第二氧气管道，所述混合器连通有氧气支管道，所述第一氧气管道和第二氧气管道分别与氧气支管道相连通，所述第一氧气管道和第二氧气管道分别设有第一氧气流量调节阀和第二氧气流量调节阀，所述氧气支管道设有氧气总流量计，所述第二氧气流量调节阀和第二氧气供给器之间设有第二氧气流量计，所述第一氧气管道的氧气流量值和第二氧气管道的氧气流量值之比为：8-10。

优选的，所述第一氧气管道的氧气流量值和第二氧气管道的氧气流量值之比为9。

优选的，所述空气调节子系统包括：空气管道、空气流量调节阀和空气流量计，所述空气供给器通过空气管道与混合器相连通，所述空气流量调节阀和空气流量计设于空气管道上。

优选的，所述空气流量调节阀设于空气流量计与空气供给器之间。

优选的，还包括燃气管道和烧嘴，所述燃气管道和混合器分别与烧嘴连通，所述燃气管道上设有燃气调节子系统。

本发明还提供了一种应用了如上述所述的双供氧管道的烧结供富氧系统的供氧方法，包括如下步骤：

S1：预设混合器中氧浓度C，预设空气供给器流入混合器的空气流量值Q_a，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气支管道的目标氧气流量值Q’_o,z，预设第一氧气管道的目标氧气流量值和第二氧气管道的目标氧气流量值之比为k，其中，8≤k≤10；

S2：调节第一氧气流量调节阀，使氧气总流量计Q_o,z满足：Q’_o,z× Z-S_I≤Q_o,z≤Q’_o,z×Z，其中，S_I为第一氧气管道的氧气流量的调节分辨率，

S3：计算出第二氧气管道的目标氧气流量值Q’_o,II：Q’_o,II＝Q’_o,z-Q_o,z；

S4：调节第二氧气流量调节阀，使第二氧气流量计Q_o,II满足：Q’_o,II -S_II≤Q_o,II≤Q’_o,II，其中，S_II为第二氧气管道的氧气流量的调节分辨率；

S5：判断Q’_o,z-S_I≤Q_o,z≤Q’_o,z，若是，则转到步骤S6；若否，则转到步骤S2；

S6：判断Q’_o,z-S_II≤Q_o,z≤Q’_o,z，若是，则结束氧气的调节；若否，则转到步骤S3。

优选的，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气支管道的目标氧气流量值Q’_o,z的步骤中：氧浓度C的计算公式(1)如下：

由公式(1)可得公式(2)：

其中，Q_o为氧气支管道的目标氧气流量值Q’_o,z。

优选的，S2步骤中：k＝9，则z＝0.9。

优选的，步骤S2中：S_I与第一氧气管道的氧气流量值成正比，S_I＝Q_o,z×j，其中j为氧气的调节精度；步骤S3中：S_II与第二氧气管道的氧气流量值成正比，S_II＝Q_o,II×j。

(三)有益效果

本发明的双供氧管道的烧结供富氧系统及供氧方法有如下的优点：

本发明采用氧气流量而不是空气流量作为调节手段，实现富氧浓度的精确调控；采用双氧气管道的方式供氧，粗调加精调的双级调节方法，实现氧气的精确调控，使调节精度较现有水平提高一个量级。采用氧气总流量计加第二氧气流量计相组合的方式，增强调节实时性和准确性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作流程示意图。

附图标记说明：

1.空气供给器，2.第一氧气供给器，3.第二氧气供给器，4.混合器， 5.空气调节子系统，6.第一氧气管道，7.第二氧气管道，8.氧气支管道， 9.第一氧气流量调节阀，10.第二氧气流量调节阀，11.氧气总流量计， 12.第二氧气流量计，13.空气管道，14.空气流量调节阀，15.空气流量计，16.燃气管道，17.烧嘴，18.燃气调节子系统。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，也可以是“传动连接”，即通过带传动、齿轮传动或链轮传动等各种合适的方式进行动力连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图1，本实施例提供了一种双供氧管道的烧结供富氧系统，包括：空气供给器1、第一氧气供给器2、第二氧气供给器3和混合器4，空气供给器1与混合器4之间设有空气调节子系统5，第一氧气供给器2 和第二氧气供给器3分别连通有第一氧气管道6和第二氧气管道7，混合器4连通有氧气支管道8，第一氧气管道6和第二氧气管道7分别与氧气支管道8相连通，第一氧气管道6和第二氧气管道7分别设有第一氧气流量调节阀9和第二氧气流量调节阀10，氧气支管道8设有氧气总流量计11，第二氧气流量调节阀10和第二氧气供给器3之间设有第二氧气流量计12，第一氧气管道6的氧气流量值和第二氧气管道7的氧气流量值之比为：8-10。供富氧系统还包括燃气管道16和烧嘴17，燃气管道16和混合器4分别与烧嘴17连通，燃气管道16上设有燃气调节子系统18，燃气管道16用于将燃气送入烧嘴17内。第二氧气管道7流通的氧气量远远小于氧气支管道8上流通的氧气量，调节第二氧气流量调节阀10时，氧气总流量计11的反应会存在滞后性，这样通过氧气总流量计11直接反馈第二氧气流量调节阀10的调节方法会产生超调和震荡的情况，因此，本发明在第二氧气流量调节阀10与第二氧气供给器 3之间设置第二氧气流量计12，通过第二氧气流量计12直接测量第二氧气管道7的实际氧气流量，用于辅助调节第二氧气流量调节阀10。本实施例中，第一氧气管道6的氧气流量值和第二氧气管道7的氧气流量值之比为9，即氧气支管道8中的氧气量90％是由第一氧气管道6提供的，剩下的10％则由第二氧气管道7提供。氧气支管道8和空气供给器1分别将氧气和空气送入混合器4中，两股气体在混合器4内充分混合，形成的富氧空气送入烧嘴17内，与燃气一道从烧嘴17喷出后燃烧。

空气调节子系统5包括：空气管道13、空气流量调节阀14和空气流量计15，空气供给器1通过空气管道13与混合器4相连通，空气流量调节阀14和空气流量计15设于空气管道13上。

本发明中，一个烧嘴17对应一个供富氧系统控制一个烧嘴17的氧气浓度，多个供富氧系统中，每个供富氧系统分别调节相对应的烧嘴 17的氧气浓度，从而能够使不同烧嘴17具有不同的氧气浓度。

参照附图2，本发明还提供了一种应用了如上述的双供氧管道的烧结供富氧系统的供氧方法，包括如下步骤：

S1：预设混合器4中氧浓度C，预设空气供给器1流入混合器4 的空气流量值Q_a，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气支管道 8的目标氧气流量值Q’_o,z，具体步骤为：列氧分子守恒列公式(1)，

由公式(1)可得公式(2)：

其中，Q_o为氧气支管道8的目标氧气流量值Q’_o,z。

预设第一氧气管道6的目标氧气流量值和第二氧气管道7的目标氧气流量值之比为k，其中，k＝9；即第一氧气管道6的目标氧气流量值占氧气支管道8的目标氧气流量值Q’_o,z的90％，第二氧气管道 7的目标氧气流量值占氧气支管道8的目标氧气流量值Q’_o,z的10％。

S2：调节第一氧气流量调节阀9，此时，氧气支管道8中流通的氧气量就是第一氧气管道6中流通的氧气量，使氧气总流量计11Q_o,z满足：Q’_o,z×Z-S_I≤Q_o,z≤Q’_o,z×Z，其中，S_I为第一氧气管道6的氧气流量的调节分辨率，即S_I为第一氧气流量调节阀9的调节分辨率，

S3：计算出第二氧气管道7的目标氧气流量值Q’_o,II，氧气流量值Q’_o,II为：Q’_o,II＝Q’_o,z-Q_o,z；

S4：调节第二氧气流量调节阀10，使第二氧气流量计12Q_o,II满足： Q’_o,II-S_II≤Q_o,II≤Q’_o,II，其中，S_II为第二氧气管道6的氧气流量的调节分辨率，即S_II为第二氧气流量调节阀10的调节分辨率；此时氧气总流量计11Q_o,z是第一氧气管道6中流通的氧气量和第二氧气管道7中流通的氧气量的总和；

S5：判断Q’_o,z-S_I≤Q_o,z≤Q’_o,z，若是，则符合氧气的粗调标准，转到步骤S6；若否，则不符合氧气的粗调标准，需要转到步骤S2，继续通过第一氧气流量调节阀9调整第一氧气管道6中流通的氧气量；

S6：判断Q’_o,z-S_II≤Q_o,z≤Q’_o,z，若是，则符合氧气的精调标准，结束氧气的调节；若否，则不符合氧气的精调标准，需要转到步骤S3，继续通过第二氧气流量调节阀10调整第二氧气管道7中流通的氧气量。

在步骤S2中：S_I与第一氧气管道6的氧气流量值成正比，S_I＝Q_o,z×j，其中j为氧气的调节精度，Q_o,z为最开始调节时，氧气总流量计11显示的值，或者是后期调节时，氧气总流量计11与第二氧气流量计12的差值；在步骤S3中：S_II与第二氧气管道7的氧气流量值成正比，S_II＝Q_o,II×j。流量阀的分辨率(最小的调节增量或减量)与管道的流量范围成正相关。例如，对调节精度为5％的流量阀，管道流量范围为0～1000Nm³/h 时，流量阀的分辨率S＝1000×5％＝50Nm³/h，当管道流量范围变为 0～100Nm³/h时，流量阀的分辨率则变为S＝100×5％＝5Nm³/h，分辨率提升一个数量级。本发明将氧气来源分为第一氧气管道6和第二氧气管道7两部分，且第一氧气管道6的氧气流量值约为第二氧气管道7的氧气流量值的10倍，两个管道最终汇入氧气支管道8。通过调节第一氧气管道6上的第一氧气流量调节阀9实现对氧气总量的粗调，再通过调节第二氧气管道7上的第二氧气流量调节阀10实现对氧气总量的精调，最终氧气总量的调节分辨率由第二氧气管道7的分辨率决定，即S _总＝S_II。由于Q_o,II＝0.1×Q_o,z，在相同的调节阀精度下，

因此氧气总流量的调节分辨率基本上能提升一个数量级。

而在实际生产中，富氧浓度在0.23～0.35之间，一般不超过0.35。因为在该氧气浓度范围内，已经可以使多数低热值燃气燃烧温度提高至点火温度以上，进一步提高氧浓度并不能带来额外的效果。下面以一个比较典型的工况，说明氧气流量和空气流量的调节精度对氧含量的影响大小。在180m²烧结机中，点火炉空气流量一般可以取 4000Nm³/h，氧气流量330Nm³/h，此时混合气富氧浓度为0.27。表1 和表2分别列出了，在此工况下，分别改变氧气流量和空气流量，富氧浓度的变化情况。对比两个表可以看出，富氧浓度对氧气流量的变化更加敏感，当氧气流量降低50Nm³/h时，富氧浓度由0.27降低至 0.262，降幅接近1％(绝对值)，由此可见，对富氧浓度的精确调节严重依赖氧气流量的精准控制。

表1固定空气流量，氧气流量变化对富氧浓度的影响

表2固定氧气流量，空气流量变化对富氧浓度的影响

本发明采用氧气流量而不是空气流量作为调节手段，实现富氧浓度的精确调控，采用双氧气管道的方式供氧，粗调加精调的双级调节方法，实现氧气的精确调控，使调节精度较现有水平提高一个量级。采用氧气总流量计11加第二氧气流量计12相组合的方式，增强调节实时性和准确性。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种双供氧管道的烧结供富氧系统，其特征在于，包括：空气供给器、第一氧气供给器、第二氧气供给器和混合器，所述空气供给器与混合器之间设有空气调节子系统，所述第一氧气供给器和第二氧气供给器分别连通有第一氧气管道和第二氧气管道，所述混合器连通有氧气支管道，所述第一氧气管道和第二氧气管道分别与氧气支管道相连通，所述第一氧气管道和第二氧气管道分别设有第一氧气流量调节阀和第二氧气流量调节阀，所述氧气支管道设有氧气总流量计，所述第二氧气流量调节阀和第二氧气供给器之间设有第二氧气流量计，所述第一氧气管道的氧气流量值和第二氧气管道的氧气流量值之比为：8-10。

2.根据权利要求1所述的双供氧管道的烧结供富氧系统，其特征在于，所述第一氧气管道的氧气流量值和第二氧气管道的氧气流量值之比为9。

3.根据权利要求1所述的双供氧管道的烧结供富氧系统，其特征在于，所述空气调节子系统包括：空气管道、空气流量调节阀和空气流量计，所述空气供给器通过空气管道与混合器相连通，所述空气流量调节阀和空气流量计设于空气管道上。

4.根据权利要求1所述的双供氧管道的烧结供富氧系统，其特征在于，还包括燃气管道和烧嘴，所述燃气管道和混合器分别与烧嘴连通，所述燃气管道上设有燃气调节子系统。

5.一种应用了如权利要求1-4任一项所述的双供氧管道的烧结供富氧系统的供氧方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：预设混合器中氧浓度C，预设空气供给器流入混合器的空气流量值Q_a，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气支管道的目标氧气流量值Q’_o,z，预设第一氧气管道的目标氧气流量值和第二氧气管道的目标氧气流量值之比为k，其中，8≤k≤10；

S2：调节第一氧气流量调节阀，使氧气总流量计Q_o,z满足：Q’_o,z×Z-S_I≤Q_o,z≤Q’_o,z×Z，其中，S_I为第一氧气管道的氧气流量的调节分辨率，

S3：计算出第二氧气管道的目标氧气流量值Q’_o,II：Q’_o,II＝Q’_o,z-Q_o,z；

S4：调节第二氧气流量调节阀，使第二氧气流量计Q_o,II满足：Q’_o,II-S_II≤Q_o,II≤Q’_o,II，其中，S_II为第二氧气管道的氧气流量的调节分辨率；

S5：判断Q’_o,z-S_I≤Q_o,z≤Q’_o,z，若是，则转到步骤S6；若否，则转到步骤S2；

S6：判断Q’_o,z-S_II≤Q_o,z≤Q’_o,z，若是，则结束氧气的调节；若否，则转到步骤S3。

6.根据权利要求5所述的供氧方法，其特征在于，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气支管道的目标氧气流量值Q’_o,z的步骤中：氧浓度C的计算公式(1)如下：

由公式(1)可得公式(2)：

其中，Q_o为氧气支管道的目标氧气流量值Q’_o,z。

7.根据权利要求5所述的供氧方法，其特征在于，S2步骤中：k＝9，则z＝0.9。

8.根据权利要求5所述的供氧方法，其特征在于，步骤S2中：S_I与第一氧气管道的氧气流量值成正比，S_I＝Q_o,z×j，其中j为氧气的调节精度；步骤S3中：S_II与第二氧气管道的氧气流量值成正比，S_II＝Q_o,II×j。

Images