CN115649676A - 一种直接还原铁安全存储的实时预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直接还原铁安全存储的实时预警系统及方法，属于冶金装置及方法技术领域。本发明的技术方案是：DRI筒仓（1）安装料位计（2）、料位开关（3）、测温热电偶（4）、测温仪（5）、氧气浓度检测器（6）和氢气浓度检测器（7），设置N2充仓系统（8），通过PLC实现远程集中控制，实时显示筒仓内各点位环境温度、氧气浓度、氢气浓度和料位高度信息，并依据设定的各点位报警值自动执行应急程序。本发明的有益效果是：形成了一套严密的安全存储隐患防护网，同时实现了无人值守，极大的保障了DRI筒仓的安全储运和岗位人员的人身安全实现了。
Description
技术领域
本发明涉及一种直接还原铁安全存储的实时预警系统及方法，属于冶金装置及方法技术领域。
背景技术
当前，我国钢铁生产碳排放量约占全国总排放量的15%~17%，而传统的高炉炼铁工艺以煤基化石燃料作为最主要的能源介质，工艺能耗约占整个钢铁产业的80%，是钢铁制造流程中最大的能耗生产单元。2021年10月，国务院印发的《2030年碳达峰行动方案》明确提到推进氢冶金试点示范建设，以“氢还原”替代传统的“碳还原”，改变能源消费结构，实现CO2、SO2等污染物气体的大幅减排。
氢还原工艺的气体介质主要包括焦炉煤气(COG)、氢气等含氢气体，以及天然气(NG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等富含烷、烯、烃等含氢有机化合物的气体，以高品位人造块矿或者天然铁矿石为原料，通过氢基竖炉固态还原反应、渗碳反应等形成具有固态结构的直接还原铁(DRI)，可作为电炉短流程的优质原料。但同时由于DRI易与空气、水等含氧介质发生二次氧化反应，释放大量化学潜热和氢气，尤其是在其存储过程的有限空间内极易形成爆炸环境，从而对整个工厂的运行安全以及周边岗位人员的人身安全，形成极大的安全隐患和潜在威胁。
发明内容
本发明目的是提供一种直接还原铁安全存储的实时预警系统及方法，应用多维度、多点位监控体系，建立DRI筒仓内部集环境温度、氧气浓度、氢气浓度和料位高度等信息于一体的立体式实时检测系统，配置N2充仓系统，并通过PLC自动化控制程序，实现DRI筒仓内各区域N2喷头的自动启停，以降低仓内环境温度和易燃易爆气体浓度，形成了一套严密的安全存储隐患防护网，同时实现了无人值守，极大的保障了DRI筒仓的安全储运和岗位人员的人身安全实现了，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，包含DRI筒仓、料位计、料位开关、测温热电偶、测温仪、氧气浓度检测器和氢气浓度检测器，所述DRI筒仓为架空形式的三段式结构，包含上锥段、圆筒段和下锥段，三者依次连接；测温热电偶、测温仪、氧气浓度检测器和氢气浓度检测器的数量为一个以上，上锥段安装有料位计、料位开关、测温热电偶、测温仪、氧气浓度检测器和氢气浓度检测器，圆筒段安装有测温热电偶和氧气浓度检测器，下锥段安装有测温热电偶和氧气浓度检测器。
还包含N2充仓系统，所述N2充仓系统安装在DRI筒仓上，在上锥段、圆筒段和下锥段位置分别设置N2喷嘴，N2喷嘴的数量为一个以上。
所述料位计垂直安装在上锥段的顶部，料位开关的数量为一个以上，安装在上锥段顶部钢结构上。
所述安装在上锥段的测温热电偶，通过电缆吊装的形式从上锥段的顶部伸入上锥段筒仓内部，且均匀布置于水平圆周上，测温热电偶的间距与筒仓内径以及测温热电偶的数量相匹配，位于上锥段的测温热电偶上限报警值＜70℃。
所述安装在上锥段的氧气浓度检测器和氢气浓度检测器设置浓度上限报警值。
所述安装在圆筒段的测温热电偶，通过水平均匀吊装的形式安装于圆筒段的内部钢结构上，结构为多层吊装，吊装层数与圆筒段的垂直高度相匹配。
所述安装在圆筒段和下锥段的测温热电偶和氧气浓度检测器分别设置温度上限报警值和浓度上限报警值。
所述圆筒段的仓壁上安装有通风机。
一种直接还原铁安全存储的实时预警系统方法，包含以下步骤：
（1）DRI筒仓采用架空形式的三段式结构，分别由上锥段、圆筒段和下锥段组成；
（2）在上锥段顶部钢结构上分别安装料位计及料位开关、测温热电偶、测温仪、氧气浓度检测器和氢气浓度检测器；
（3）圆筒段的钢结构上安装多支测温热电偶和氧气浓度检测器，仓壁上安装通风机；
（4）下锥段的卸料口钢结构上安装多支测温热电偶和氧气浓度检测器；
（5）DRI筒仓上安装一套N2充仓系统，并在上锥段、圆筒段和下锥段设置多个N2喷嘴；
（6）正常情况下需开启位于下锥段的卸料口区域的N2喷嘴，实现N2隔绝，阻止外部空气从卸料口渗碳进筒仓内部；当出现温度、氧气浓度或氢气浓度超标情况下，通过自动化程序自动开启其他区域的N2喷嘴，用于降低DRI温度，稀释气体浓度；
（7）通过PLC实现远程集中控制，实时显示筒仓内各点位环境温度、氧气浓度、氢气浓度和料位高度信息，并依据设定的各点位报警值自动执行应急程序。
所述步骤（2）中，上锥段顶部垂直安装料位计，实现多方位连续测量筒仓内DRI实时高度；安装多部料位开关，并根据筒仓整体高度情况，设计DRI筒仓料位高、中和低三级报警提示系统。
所述步骤（2）中，上锥段顶部采用电缆吊装的形式将多支测温热电偶伸入筒仓内部，且均匀布置于水平圆周上，热电偶间距根据筒仓内径以及热电偶数量灵活调整，用于实时检测上锥段内部的环境温度变化情况，并设置上限报警值＜70℃；上锥段顶部安装氧气浓度检测器和氢气浓度检测器，用于实时检测氧气和氢气浓度变化情况，并设置浓度上限报警值。
所述步骤（3）中，测温热电偶采用水平均匀吊装的形式安装于圆筒段内部钢结构上，并根据圆筒段的垂直高度，设计为多层吊装，吊装层数依据实际情况灵活调整，用于实时检测筒仓内部的环境温度，并设置温度上限报警值；圆筒段内安装氧气浓度检测器，用于实时检测氧气浓度变化情况，并设置氧气浓度上限报警值。
本发明的有益效果是：应用多维度、多点位监控体系，建立DRI筒仓内部集环境温度、氧气浓度、氢气浓度和料位高度等信息于一体的立体式实时检测系统，配置N2充仓系统，并通过PLC自动化控制程序，实现DRI筒仓内各区域N2喷头的自动启停，以降低仓内环境温度和易燃易爆气体浓度，形成了一套严密的安全存储隐患防护网，同时实现了无人值守，极大的保障了DRI筒仓的安全储运和岗位人员的人身安全实现了。
附图说明
图1是本发明DRI筒仓的结构示意图；
图2是本发明的系统连接示意图；
图中：DRI筒仓1、料位计2、料位开关3、测温热电偶4、测温仪5、氧气浓度检测器6、氢气浓度检测器7、N2充仓系统8、PLC控制系统9、计算机10、上锥段11、圆筒段12、下锥段13。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，包含DRI筒仓1、料位计2、料位开关3、测温热电偶4、测温仪5、氧气浓度检测器6和氢气浓度检测器7，所述RI筒仓1为架空形式的三段式结构，包含上锥段11、圆筒段12和下锥段13，三者依次连接；测温热电偶4、测温仪5、氧气浓度检测器6和氢气浓度检测器7的数量为一个以上，上锥段11安装有料位计2、料位开关3、测温热电偶4、测温仪5、氧气浓度检测器6和氢气浓度检测器7，圆筒段12安装有测温热电偶4和氧气浓度检测器6，下锥段13安装有测温热电偶4和氧气浓度检测器6。
还包含N2充仓系统8，所述N2充仓系统8安装在DRI筒仓1上，在上锥段11、圆筒段12和下锥段13位置分别设置N2喷嘴，N2喷嘴的数量为一个以上。
所述料位计2垂直安装在上锥段11的顶部，料位开关3的数量为一个以上，安装在上锥段11顶部钢结构上。
所述安装在上锥段11的测温热电偶4，通过电缆吊装的形式从上锥段11的顶部伸入上锥段11筒仓内部，且均匀布置于水平圆周上，测温热电偶4的间距与筒仓内径以及测温热电偶4的数量相匹配，位于上锥段11的测温热电偶4上限报警值＜70℃。
所述安装在上锥段11的氧气浓度检测器6和氢气浓度检测器7设置浓度上限报警值。
所述安装在圆筒段12的测温热电偶4，通过水平均匀吊装的形式安装于圆筒段12的内部钢结构上，结构为多层吊装，吊装层数与圆筒段12的垂直高度相匹配。
所述安装在圆筒段12和下锥段13的测温热电偶4和氧气浓度检测器6分别设置温度上限报警值和浓度上限报警值。
所述圆筒段12的仓壁上安装有通风机。
一种直接还原铁安全存储的实时预警系统方法，包含以下步骤：
（1）DRI筒仓采用架空形式的三段式结构，分别由上锥段、圆筒段和下锥段组成；
（2）在上锥段顶部钢结构上分别安装料位计及料位开关、测温热电偶、测温仪、氧气浓度检测器和氢气浓度检测器；
（3）圆筒段的钢结构上安装多支测温热电偶和氧气浓度检测器，仓壁上安装通风机；
（4）下锥段的卸料口钢结构上安装多支测温热电偶和氧气浓度检测器；
（5）DRI筒仓上安装一套N2充仓系统，并在上锥段、圆筒段和下锥段设置多个N2喷嘴；
（6）正常情况下需开启位于下锥段的卸料口区域的N2喷嘴，实现N2隔绝，阻止外部空气从卸料口渗碳进筒仓内部；当出现温度、氧气浓度或氢气浓度超标情况下，通过自动化程序自动开启其他区域的N2喷嘴，用于降低DRI温度，稀释气体浓度；
（7）通过PLC实现远程集中控制，实时显示筒仓内各点位环境温度、氧气浓度、氢气浓度和料位高度信息，并依据设定的各点位报警值自动执行应急程序。
所述步骤（2）中，上锥段顶部垂直安装料位计，实现多方位连续测量筒仓内DRI实时高度；安装多部料位开关，并根据筒仓整体高度情况，设计DRI筒仓料位高、中和低三级报警提示系统。
所述步骤（2）中，上锥段顶部采用电缆吊装的形式将多支测温热电偶伸入筒仓内部，且均匀布置于水平圆周上，热电偶间距根据筒仓内径以及热电偶数量灵活调整，用于实时检测上锥段内部的环境温度变化情况，并设置上限报警值＜70℃；上锥段顶部安装氧气浓度检测器和氢气浓度检测器，用于实时检测氧气和氢气浓度变化情况，并设置浓度上限报警值。
所述步骤（3）中，测温热电偶采用水平均匀吊装的形式安装于圆筒段内部钢结构上，并根据圆筒段的垂直高度，设计为多层吊装，吊装层数依据实际情况灵活调整，用于实时检测筒仓内部的环境温度，并设置温度上限报警值；圆筒段内安装氧气浓度检测器，用于实时检测氧气浓度变化情况，并设置氧气浓度上限报警值。
在实际应用中，本发明包含如下步骤：
（1）DRI筒仓采用架空形式的三段式结构，分别由上锥段、圆筒段和下锥段组成。
（2）在上锥段顶部钢结构上分别安装料位计及料位开关、测温热电偶、测温仪、氧气浓度检测器和氢气浓度检测器。
（3）圆筒段钢结构上安装多支测温热电偶、氧气浓度检测器。
（4）下锥段的卸料口钢结构上安装多支测温热电偶和氧气浓度检测器。
（5）进一步，上锥段顶部垂直安装料位计，实现多方位连续测量DRI筒仓内实时高度。安装多部料位开关，并根据DRI筒仓整体高度情况，设计DRI料位高、中、低三级报警提示系统。
（6）进一步，上锥段顶部采用电缆吊装的形式将多支测温热电偶伸入筒仓内部，且均匀布置于水平圆周上，测温热电偶间距可根据筒仓内径以及测温热电偶数量灵活调整，用于实时检测筒仓上锥段内部的环境温度变化情况，并设置上限报警值＜70℃。
（7）进一步，上锥段顶部安装氧气浓度检测器和氢气浓度检测器，用于实时检测氧气和氢气浓度变化情况，并设置上限报警值。
（8）进一步，测温热电偶也采用水平均匀吊装的形式安装于圆筒段内部钢结构上，并根据圆筒段的垂直高度，设计为多层吊装，吊装层数可依据实际情况灵活调整，用于实时检测筒仓内部的环境温度，并设置温度上限报警值。安装氧气浓度检测器，用于实时检测氧气浓度变化情况，并设置氧气浓度上限报警值。
（9）进一步，在圆筒段的仓壁上安装通风机，主要用于筒仓检测期间需要人工进入维检时，提高筒仓内部空气含量，避免形成有限空间内贫氧作业。
（10）进一步，下锥段的卸料口钢结构上安装多支测温热电偶和氧气浓度检测器。用于实时检测筒仓下锥段卸料口区域的环境温度和氧气浓度变化情况，并设置上限报警值。
（11）DRI筒仓配套设计安装一套N2充仓系统，并在上锥段、圆筒段和下锥段位置设置多个N2喷嘴。
（12）正常情况下需开启位于下锥段卸料口区域的N2喷嘴，实现N2隔绝，阻止外部空气从卸料口渗碳进筒仓内部。当出现温度、氧气浓度或氢气浓度超标情况下，通过自动化程序自动开启其他区域的N2喷嘴，用于降低DRI筒仓温度、稀释气体浓度。
（13）该实时预警控制系统通过PLC实现远程集中控制，可实时显示DRI筒仓内各点位环境温度、氧气浓度、氢气浓度、料位高度等信息，并依据设定的各点位报警值自动执行应急程序。
本发明实现了对DRI筒仓的多维度、多因素的实时监控，并应用PLC控制程序，形成了实现集前端检测、信息反馈、集中处理、应急处置于一体的严密安全存储隐患防护网，同时实现了无人值守，极大的保障了DRI筒仓的安全储运和岗位人员的人身安全。
Claims (12)
1.一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，其特征在于：包含DRI筒仓（1）、料位计（2）、料位开关（3）、测温热电偶（4）、测温仪（5）、氧气浓度检测器（6）和氢气浓度检测器（7），所述DRI筒仓（1）为架空形式的三段式结构，包含上锥段（11）、圆筒段（12）和下锥段（13），三者依次连接；测温热电偶（4）、测温仪（5）、氧气浓度检测器（6）和氢气浓度检测器（7）的数量为一个以上，上锥段（11）安装有料位计（2）、料位开关（3）、测温热电偶（4）、测温仪（5）、氧气浓度检测器（6）和氢气浓度检测器（7），圆筒段（12）安装有测温热电偶（4）和氧气浓度检测器（6），下锥段（13）安装有测温热电偶（4）和氧气浓度检测器（6）。
2.根据权利要求1所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，其特征在于：还包含N2充仓系统（8），所述N2充仓系统（8）安装在DRI筒仓（1）上，在上锥段（11）、圆筒段（12）和下锥段（13）位置分别设置N2喷嘴，N2喷嘴的数量为一个以上。
3.根据权利要求1所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，其特征在于：所述料位计（2）垂直安装在上锥段（11）的顶部，料位开关（3）的数量为一个以上，安装在上锥段（11）顶部钢结构上。
4.根据权利要求1所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，其特征在于：所述安装在上锥段（11）的测温热电偶（4），通过电缆吊装的形式从上锥段（11）的顶部伸入上锥段（11）筒仓内部，且均匀布置于水平圆周上，测温热电偶（4）的间距与筒仓内径以及测温热电偶（4）的数量相匹配，位于上锥段（11）的测温热电偶（4）上限报警值＜70℃。
5.根据权利要求1所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，其特征在于：所述安装在上锥段（11）的氧气浓度检测器（6）和氢气浓度检测器（7）设置浓度上限报警值。
6.根据权利要求1所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，其特征在于：所述安装在圆筒段（12）的测温热电偶（4），通过水平均匀吊装的形式安装于圆筒段（12）的内部钢结构上，结构为多层吊装，吊装层数与圆筒段（12）的垂直高度相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，其特征在于：所述安装在圆筒段（12）和下锥段（13）的测温热电偶（4）和氧气浓度检测器（6）分别设置温度上限报警值和浓度上限报警值。
8.根据权利要求1所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统，其特征在于：所述圆筒段（12）的仓壁上安装有通风机。
9.一种直接还原铁安全存储的实时预警系统方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）DRI筒仓采用架空形式的三段式结构，分别由上锥段、圆筒段和下锥段组成；
（2）在上锥段顶部钢结构上分别安装料位计及料位开关、测温热电偶、测温仪、氧气浓度检测器和氢气浓度检测器；
（3）圆筒段的钢结构上安装多支测温热电偶和氧气浓度检测器，仓壁上安装通风机；
（4）下锥段的卸料口钢结构上安装多支测温热电偶和氧气浓度检测器；
（5）DRI筒仓上安装一套N2充仓系统，并在上锥段、圆筒段和下锥段设置多个N2喷嘴；
（6）正常情况下需开启位于下锥段的卸料口区域的N2喷嘴，实现N2隔绝，阻止外部空气从卸料口渗碳进筒仓内部；当出现温度、氧气浓度或氢气浓度超标情况下，通过自动化程序自动开启其他区域的N2喷嘴，用于降低DRI温度，稀释气体浓度；
（7）通过PLC实现远程集中控制，实时显示筒仓内各点位环境温度、氧气浓度、氢气浓度和料位高度信息，并依据设定的各点位报警值自动执行应急程序。
10.根据权利要求9所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统方法，其特征在于：所述步骤（2）中，上锥段顶部垂直安装料位计，实现多方位连续测量筒仓内DRI实时高度；安装多部料位开关，并根据筒仓整体高度情况，设计DRI筒仓料位高、中和低三级报警提示系统。
11.根据权利要求9所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统方法，其特征在于：所述步骤（2）中，上锥段顶部采用电缆吊装的形式将多支测温热电偶伸入筒仓内部，且均匀布置于水平圆周上，热电偶间距根据筒仓内径以及热电偶数量灵活调整，用于实时检测上锥段内部的环境温度变化情况，并设置上限报警值＜70℃；上锥段顶部安装氧气浓度检测器和氢气浓度检测器，用于实时检测氧气和氢气浓度变化情况，并设置浓度上限报警值。
12.根据权利要求9所述的一种直接还原铁安全存储的实时预警系统方法，其特征在于：所述步骤（3）中，测温热电偶采用水平均匀吊装的形式安装于圆筒段内部钢结构上，并根据圆筒段的垂直高度，设计为多层吊装，吊装层数依据实际情况灵活调整，用于实时检测筒仓内部的环境温度，并设置温度上限报警值；圆筒段内安装氧气浓度检测器，用于实时检测氧气浓度变化情况，并设置氧气浓度上限报警值。
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