CN113755659A - 一种高炉热风炉烟气取风系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高炉热风炉烟气取风系统及控制方法，所述系统包括高炉热风炉(1)和换热器，所述第一取风管(5)连接于低温烟气管路(4)，所述第二取风管(6)连接于高温烟气管路(3)，所述第一取风管(5)和第二取风管(6)均与取风总管(7)相连接，所述取风总管(7)连接于引风机(8)；所述第二取风管(6)上设置有高温烟气调节装置(10)，所述引风机(8)的入口处设有第一压力检测装置(11)，所述第一取风管(5)设有第二压力检测装置(12)。该系统能够将高炉热风炉的余热烟气输送给焦炭烘干系统使用，又不会因为取风过多或过少导致影响热风炉正常运行。

Description

一种高炉热风炉烟气取风系统及控制方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及在高炉炼铁过程中用于对焦炭进行烘干的高炉热风炉烟气取风系统。本发明还涉及用于控制所述取风系统的方法。
背景技术
高炉炼铁所需能量有78％源于碳素燃烧，焦炭是高炉冶炼最重要的燃料，其作用有：热量来源、还原剂、料柱骨架和渗碳剂等。
如果焦炭的水分含量较高，则会存在以下弊端：
首先，焦粉易粘于筛网和块焦上，影响筛分效果，焦粉被带入高炉，不利于炉况和高炉的透气性；
其次，大量水分入炉，致使高炉能耗增加，吨铁成本增加；
再者，煤气水分增加，影响煤气品质，影响用户使用，加重管道腐蚀。利用高温烟气对焦炭进行烘干加热，可以降低焦炭水分，使入炉焦炭质量得到提高，降低炼铁成本。
现在的焦炭烘干工艺主要有两种，一种是采用烧结矿冷却余热烟气作为高温烟气对焦炭进行烘干，另一种是制取高温惰性气体对焦炭进行烘干。
第一种工艺采用烧结矿冷却余热烟气对焦炭进行烘干，由于烟气含氧量高，在烘干焦炭过程中容易造成焦炭自燃，带来安全隐患、导致系统无法可靠运行。
第二种工艺采用制取高温惰性气体的方法，惰性气体具有良好的稳定性，与含氧量较高的烟气相比，避免了焦炭自燃的风险。但是，高温惰性气体制取成本高，导致系统投资和运行成本过高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高炉热风炉烟气取风系统，以解决上述工艺存在的技术问题。
本发明的另一目的是提供一种用于控制所述高炉热风炉烟气取风系统的方法。
为实现上述目的，本发明提供一种高炉热风炉烟气取风系统，用于烘干焦炭，包括高炉热风炉和设于所述高炉热风炉排烟路径上的换热器，所述高炉热风炉的高温烟气管路连接于所述换热器的进烟口，所述高炉热风炉的低温烟气管路连接于所述换热器的出烟口；进一步包括第一取风管和第二取风管，所述第一取风管连接于所述低温烟气管路，所述第二取风管连接于所述高温烟气管路，所述第一取风管和第二取风管均与取风总管相连接，所述取风总管连接于引风机；所述第二取风管上设置有高温烟气调节装置，以控制高温烟气与低温烟气比例；所述引风机的入口处设有第一压力检测装置，所述第一取风管设有第二压力检测装置。
优选地，所述第一取风管一端的管口与所述低温烟气管路一端的管口相连通，所述低温烟气管路输出的烟气全部进入所述第一取风管。
优选地，所述低温烟气管路连通至排烟装置，所述第一取风管以旁路的形式连接于所述低温烟气管路，所述低温烟气管路输出的烟气中的一部分进入所述第一取风管，另一部分进入所述排烟装置。
优选地，所述引风机连接于送风总管，所述送风总管通过送风支管从底部连通至各焦炭仓。
优选地，所述第二压力检测装置设于第一取风管的直管段。
优选地，所述引风机设有用于控制其转速的变频器。
优选地，所述第二取风管的内径小于所述第一取风管的内径。
优选地，所述第一取风管通过第一接口连接于所述低温烟气管路，所述第二取风管通过第二接口连接于所述高温烟气管路。
优选地，所述换热器为用于预热进入热风炉中中的煤气及助燃空气的空气预热器。
为实现上述另一目的，本发明提供一种控制方法，用于控制上述任一项所述的高炉热风炉烟气取风系统，包括：
设定引风机初始转速；
计算取风总管综合阻力系数和第一取风管综合阻力系数；
获取初始时刻第一取风管、取风总管检测点的动压、静压值；
若所述热风炉余热烟气流量随时间发生变化，则获取当前时刻第一取风管、取风总管检测点的动压、静压值；
根据当前时刻第一取风管、取风总管检测点的动压、静压值和前序时刻动压、静压值，以及取风总管综合阻力系数和第一取风管综合阻力系数，计算当前时刻引风机转速设定值；
调节引风机转速至当前时刻设定值，并将此转速作为下一时刻控制调节的基础转速；
进入下一时刻控制循环。
本发明提供的高炉热风炉烟气取风系统，设有第一取风管和第二取风管，其中，第一取风管连接于低温烟气管路，第二取风管连接于高温烟气管路，第一取风管和第二取风管均与取风总管相连接，取风总管连接于引风机；第二取风管上设置有高温烟气调节装置，根据第一压力检测装置和第二压力检测装置，可以通过高温烟气调节装置调节高温烟气与低温烟气比例，能够将高炉热风炉的余热烟气输送给焦炭烘干系统使用，既能够保证有足够烟气热量供烘干焦炭使用，又能够避免烟气温度过高导致焦炭在烘干过程中自燃，而发生安全风险。
本发明提供的高炉热风炉烟气取风系统的控制方法，解决了引风机转速与余热烟气流量准确匹配的问题，避免引风机转速过低造成的烟气淤塞和引风机转速过高造成的抽风过量。以此能够保证热风炉烟气被充分利用的同时，避免对热风炉本体燃烧过程产生不利影响。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种高炉热风炉烟气取风系统的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的另一种高炉热风炉烟气取风系统的结构示意图；
图3为图2所示高炉热风炉烟气取风系统应用于焦炭烘干系统时的示意图；
图4为图2所示高炉热风炉烟气取风系统的电气控制框图；
图5为高炉热风炉烟气取风系统的流量与温度综合控制逻辑流程图。
图中：
1.高炉热风炉 2.空气预热器 3.高温烟气管路 4.低温烟气管路 5.第一取风管6.第二取风管 7.取风总管 8.引风机 9.变频器 10.高温烟气调节装置 11.第一压力检测装置 12.第二压力检测装置 15.第一接口 16.第二接口 17.烟囱 18.送风总管 19.焦炭仓 20.送风支管
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1，图1为本发明实施例公开的一种高炉热风炉烟气取风系统的结构示意图。
如图所示，高炉热风炉1是炼铁厂高炉主要配套的设备之一，一般一座高炉配3～4座热风炉，高炉热风炉1的作用是为高炉持续不断的提供1000度以上的高温热风，运行时，煤气及助燃空气进入高炉热风炉1中燃烧，加热冷空气后输送至高炉利用。
高炉热风炉1产生的烟气经管道排出，高炉热风炉1出口余热烟气温度一般可以达到350℃。这一部分高温烟气通过空气预热器2来预热煤气及助燃空气。经过空气预热器2后，烟气温度降低至150-170℃，通常会经过低温排烟管路进入烟囱后排入大气。
高炉热风炉余热烟气具有含氧量低、属于免费余热资源等独特优点，是可以用于焦炭烘干的理想高温烟气。
高炉热风炉1的高温烟气管路3连接于空气预热器2的进烟口，高炉热风炉1的低温烟气管路4连接于空气预热器2的出烟口，第一取风管5连接于低温烟气管路4，第一取风管5一端的管口与低温烟气管路4的管口相连通，低温烟气管路4输出的烟气全部进入第一取风管5，第二取风管6一端的管口连接于高温烟气管路3，第二取风管6的内径小于第一取风管5的内径，第一取风管5和第二取风管6均与取风总管7相连接，第一取风管5的内径略小于取风总管7的内径，两者的直管段位于同一竖向直线上，并通过一锥管段相连接，第二取风管6的另一端在折弯一定角度之后，以斜向方向连接于锥管段，其进入取风总管7的气流方向与第一取风管5直管段的气流方向之间的夹角为锐角，图中所示的夹角为45°，取风总管7连接于引风机8，引风机8设有用于控制其转速的变频器9。
第二取风管6上设置有高温烟气调节装置10，例如流量调节阀等，以控制高温烟气与低温烟气比例；引风机8的入口处设有第一压力检测装置11，第一取风管5的直管段设有第二压力检测装置12；第一压力检测装置11和第二压力检测装置12具体可以是耐高温的压力传感器。
如图4所示，第一压力检测装置11和第二压力检测装置12均连接于控制器，控制器连接高温烟气调节装置10，在系统运行时，控制器根据第一压力检测装置11和第二压力检测装置12的检测信号，按照设定的程序对高温烟气调节装置10进行控制和调节，以满足实际使用要求。
具体地，第一取风管5通过第一接口15与低温烟气管路4相对接，高温烟气管路3上设有一个旁路管道，第二取风管6通过第二接口16与此旁路管道相对接。第一接口15和第二接口16可以是图中所示的法兰接口，待连接的烟气管路上相对的法兰之间设置密封件之后，通过螺栓相连接。当然，第一接15口和第二接口16也可以是其他适于将烟气管路相连接的接口。
请参考图2，图2为本发明实施例公开的另一种高炉热风炉烟气取风系统的结构示意图；
本实施例中，与实施例一相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。
如图所示，另一实施例与第一实施例的不同之处在于，低温烟气管路4连通至烟囱，第一取风管5以旁路的形式连接于低温烟气管路4，低温烟气管路4输出的烟气中的一部分进入第一取风管5，另一部分进入烟囱17，经过烟囱17后排入大气。
其余结构与上述第一实施例基本相同，请参考上文的描述，为节约篇幅这里就不再重复。
如图3所示，当高炉热风炉烟气取风系统应用于焦炭烘干系统时，引风机8连接于送风总管18，焦炭仓19的底部呈中空的倒锥形，沿周向设有若干呈折弯状的送风支管20，每一个焦炭仓19的多个送风支管20均与送风总管18相连通，引风机8通过送风总管18和送风支管20将烟气从底部输入各焦炭仓19，利用烟气的热量对焦炭仓19内的焦炭进行烘干，降低其含水量。
为了保证各焦炭仓19能够获得大体一致的烘干效果，送风总管18与送风支管20相连通的后半段设计成阶梯状结构，即沿烟气输送方向，与第一个焦炭仓19相连通的送风管段的直径较大，与第二个焦炭仓19相连通的送风管段的直径小于与第一个焦炭仓19相连通的送风管段的直径，以此类推。
上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，在第一取风管5、第二取风管6和取风总管7上进一步加装其他控制和检测器件，或者，第一取风管5和第二取风管6采用其他方式与低温烟气管路4和高温烟气管路3相连通，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
由于高炉热风炉余热烟气在换炉过程中存在烟气流量不稳定的情况，对此，可以对引风机转速进行准确控制，以使其与热风炉烟气流量匹配，避免影响热风炉本体内的燃烧过程。
请参考图5，图5为高炉热风炉烟气取风系统的流量与温度综合控制逻辑流程图。
如图所示，首先根据取风装置的具体工程设计特点，计算取风总管的综合阻力系数ξ，和第一取风管的综合阻力系数ξ′。总共有n个管件时，可以求得每个管件的
Figure BDA0002518808900000061
值和ξi值，计算方法如公式(1)、(2)所示。
第一压力检测装置11设置在取风总管7与引风机8入口的连接处，检测获得该点的静压与动压。第二压力检测装置12设置在第一取风管5的直管段上，检测第一取风管5的动压。静压与动压可以通过直接检测的方式取得，也可以通过间接检测的方式获得。如通过测量管道流速和烟气密度可以通过公式(3)取得动压值。
Figure BDA0002518808900000071
λi-风管摩擦阻力系数(总风管)
di-风管内径(总风管)
li-直管段长度(总风管)
ξi-管件局部阻力系数(总风管)
Figure BDA0002518808900000072
λ′i-风管摩擦阻力系数(第一取风管)
d′i-风管内径(第一取风管)
l′i-直管段长度(第一取风管)
ξ′i-管件局部阻力系数(第一取风管)
Figure BDA0002518808900000073
ρ-流体密度
υ-管道流速
控制过程可以按一定时间间隔(如60s，可根据工程具体情况设置控制调节时间间隔)分为时刻t0，t1，t2...ti...
t0为初始时刻，引风机转速设定为初始转速Nt0，此初始转速在高炉热风炉烟气流量稳态下调试获得。
在每个控制时刻点，均通过检测装置G获取ti时刻
Figure BDA0002518808900000074
并根据公式(5)、(6)计算当前时刻ti和前一时刻ti-1静压系数Kti与Kti-1。
则ti时刻风机转速设定值Nti，可按公式(7)计算获得。
Figure BDA0002518808900000075
Figure BDA0002518808900000076
Figure BDA0002518808900000081
根据计算结果，将引风机转速调节至Nti，并将此转速作为下一时刻控制调节的基础转速。
取风控制进入下一循环。
该控制方法能够使取风系统适应热风炉烧炉状态变化导致的余热烟气流量变化，从而使得取风系统既能取到热风炉全部余热烟气，实现充分利用；又不会因为取风过多或过少导致影响热风炉正常运行。
以上对本发明所提供的高炉热风炉烟气取风系统及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高炉热风炉烟气取风系统，用于烘干焦炭，包括高炉热风炉(1)和设于所述高炉热风炉排烟路径上的换热器，所述高炉热风炉(1)的高温烟气管路(3)连接于所述换热器的进烟口，所述高炉热风炉(1)的低温烟气管路(4)连接于所述换热器的出烟口；其特征在于，进一步包括第一取风管(5)和第二取风管(6)，所述第一取风管(5)连接于所述低温烟气管路(4)，所述第二取风管(6)连接于所述高温烟气管路(3)，所述第一取风管(5)和第二取风管(6)均与取风总管(7)相连接，所述取风总管(7)连接于引风机(8)；所述第二取风管(6)上设置有高温烟气调节装置(10)，以控制高温烟气与低温烟气比例；所述引风机(8)的入口处设有第一压力检测装置(11)，所述第一取风管(5)设有第二压力检测装置(12)。
2.根据权利要求1所述的用于焦炭烘干的高炉热风炉烟气取风系统，其特征在于，所述第一取风管(5)一端的管口与所述低温烟气管路(4)一端的管口相连通，所述低温烟气管路(4)输出的烟气全部进入所述第一取风管(5)。
3.根据权利要求1所述的用于焦炭烘干的高炉热风炉烟气取风系统，其特征在于，所述低温烟气管路(4)连通至排烟装置，所述第一取风管(5)以旁路的形式连接于所述低温烟气管路(4)，所述低温烟气管路(4)输出的烟气中的一部分进入所述第一取风管(5)，另一部分进入所述排烟装置。
4.根据权利要求1所述的用于焦炭烘干的高炉热风炉烟气取风系统，其特征在于，所述引风机(8)连接于送风总管(18)，所述送风总管(18)通过送风支管(20)从底部连通至各焦炭仓(19)。
5.根据权利要求1所述的用于焦炭烘干的高炉热风炉烟气取风系统，其特征在于，所述第二压力检测装置(12)设于第一取风管(5)的直管段。
6.根据权利要求1所述的用于焦炭烘干的高炉热风炉烟气取风系统，其特征在于，所述引风机(8)设有用于控制其转速的变频器(9)。
7.根据权利要求1所述的用于焦炭烘干的高炉热风炉烟气取风系统，其特征在于，所述第二取风管(6)的内径小于所述第一取风管(5)的内径。
8.根据权利要求1所述的用于焦炭烘干的高炉热风炉烟气取风系统，其特征在于，所述第一取风管(5)通过第一接口(15)连接于所述低温烟气管路(4)，所述第二取风管(6)通过第二接口(16)连接于所述高温烟气管路(3)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于焦炭烘干的高炉热风炉烟气取风系统，其特征在于，所述换热器为用于预热进入热风炉中中的煤气及助燃空气的空气预热器(2)。
10.一种控制方法，用于控制上述权利要求1至9中任一项所述的高炉热风炉烟气取风系统，包括：
设定引风机初始转速；
计算取风总管综合阻力系数和第一取风管综合阻力系数；
获取初始时刻第一取风管、取风总管检测点的动压、静压值；
若所述热风炉余热烟气流量随时间发生变化，则获取当前时刻第一取风管、取风总管检测点的动压、静压值；
根据当前时刻第一取风管、取风总管检测点的动压、静压值和前序时刻动压、静压值，以及取风总管综合阻力系数和第一取风管综合阻力系数，计算当前时刻引风机转速设定值；
调节引风机转速至当前时刻设定值，并将此转速作为下一时刻控制调节的基础转速；
进入下一时刻控制循环。
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