CN116656892A - 一种氧气高炉的近高炉控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氧气高炉的近高炉控制方法及系统，属于高炉控制技术领域，包括以下步骤：采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量、实际理论燃烧温度、实际鼓风动能；将实际生产过程参数与预先设置的目标生产过程阈值进行比较，得到比较结果，目标生产过程阈值至少包括风口风量目标阈值、理论燃烧温度目标阈值及鼓风动能目标阈值；根据比较结果以及预先设置的比较结果与调整策略之间的映射关系，确定调整策略，并按调整策略对氧气高炉进行控制。本发明能够对氧气高炉进行控制，使氧气高炉在运行时的工况接近目标常规高炉，满足稳定运行需求，提升氧气高炉的运行稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及高炉控制技术领域，特别是涉及一种氧气高炉的近高炉控制方法及系统。
背景技术
传统的高炉炼铁工序受制于其本身的技术瓶颈，其燃料比降低到480kg/thm～490kg/thm已是极限，吨铁碳排放量仍然很高。相交于传统高炉，氧气高炉的特点是内部无氮气，从而能够提高还原率和高炉利用系数，以降低二氧化碳的排放。氧气高炉耦合炉顶煤气循环的减碳效果较好，有望成为未来低碳高炉核心技术。但现有的氧气高炉耦合炉顶煤气循环时，由于下部回旋区的高氧浓度致使回旋区局部燃烧焦点温度高，而炉体中作为热载体的鼓风氮气量减少，致使吨铁煤气量大幅减少，导致风口鼓风动能不足；同时吨铁煤气量减少导致炉上部热量供应不足，从而导致风口燃烧带进一步萎缩，无法保证下部气流分布的合理性和炉缸的活跃性，难于保证氧气高炉的稳定运行。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氧气高炉的近高炉控制方法及系统，用于解决现有技术中氧气高炉耦合炉顶煤气循环时，运行稳定性差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氧气高炉的近高炉控制方法，包括以下步骤：
采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据所述实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际；
将所述实际生产过程参数与预先设置的目标生产过程阈值进行比较，得到比较结果，所述目标生产过程阈值至少包括风口风量目标阈值V目标、理论燃烧温度目标阈值TF目标及鼓风动能目标阈值W目标；
根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，并按所述调整策略对所述氧气高炉进行控制。
可选地，将所述实际生产过程参数与所述目标生产过程参数进行比较，包括：
将实际气体喷吹总量V实际与风口风量目标阈值V目标进行比较，
将实际理论燃烧温度TF实际与理论燃烧温度目标阈值TF目标进行比较，
将实际鼓风动能W实际与鼓风动能目标阈值W目标进行比较。
可选地，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，包括：
若实际气体喷吹总量V实际≤风口风量目标阈值V目标，则增加所述氧气高炉的还原气喷吹量及氧气喷吹量。
可选地，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，包括：
若实际理论燃烧温度TF实际＜理论燃烧温度目标阈值TF目标，则增加所述氧气高炉的焦炭加入量并降低所述氧气高炉的煤粉喷吹量，和/或增加所述氧气高炉的喷吹还原气的温度；
若实际理论燃烧温度TF实际≥理论燃烧温度目标阈值TF目标，则降低所述氧气高炉的焦比并增加所述氧气高炉的煤粉喷吹量，和/或降低喷吹还原气的温度。
可选地，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，包括：
若实际鼓风动能W实际≤鼓风动能目标阈值W目标，则增加氧气喷吹量并降低还原气的喷吹量，和/或增加氧气的喷吹速度。
可选地，实际气体喷吹总量V实际为还原气喷吹量V还原及氧气喷吹量V氧之和。
可选地，实际理论燃烧温度TF实际根据风口前焦炭燃烧释放的热量QFC、扣除分解热后煤粉在风口前燃烧释放的热量QPC、炽热焦炭进入风口回旋区的热量QC、氧气和喷吹还原气带入的热量QB、扣除分解热后喷吹还原气在风口回旋区燃烧热量QGAS、水分分解耗热QW、输送煤粉的气体加热至喷吹还原气温度所需热量QA、氧气高炉炉腹还原气量VBG以及氧气高炉理论燃烧温度下还原气的热容量cTF得到。
可选地，所述实际气体喷吹总量V实际根据风口前燃烧煤粉耗氧量V煤氧、风口前燃烧焦炭耗氧量V焦氧、氧气高炉富氧率δ及氧气高炉鼓风湿度σ得到。
可选地，所述采集氧气高炉的实际生产过程参数，包括：所述实际生产过程参数至少包括原料参数、操作参数、介质参数和产耗参数。
所述风口风量目标阈值V目标根据目标常规高炉风口前燃烧煤粉耗氧量V煤氧、目标常规高炉风口前燃烧焦炭耗氧量V焦氧、目标常规高炉富氧率δ以及目标常规高炉鼓风湿度σ得到，所述鼓风动能目标阈值W目标根据目标常规高炉的炉容得到，理论燃烧温度目标阈值TF目标为1850℃～2350℃。
本发明还提供一种氧气高炉的近高炉控制系统，包括：
采集计算模块，采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据所述实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际；
比较模块，将所述实际生产过程参数与预先设置的目标生产过程阈值进行比较，得到比较结果，所述目标生产过程阈值至少包括风口风量目标阈值V目标、理论燃烧温度目标阈值TF目标及鼓风动能目标阈值W目标；
控制模块，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，并按所述调整策略对所述氧气高炉进行控制。
如上所述，本发明的一种氧气高炉的近高炉控制方法及系统，具有以下有益效果：通过采集氧气高炉的实际生产过程参数确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际，然后将所述实际生产过程参数与预先设置的目标生产过程阈值进行比较，根据比较结果对所述氧气高炉进行控制。由于目标生产过程阈值根据目标常规高炉的生产过程参数设置，根据比较结果对所述氧气高炉进行控制，使氧气高炉在运行时的工况接近目标常规高炉，风口鼓风动能、下部气流分布及炉缸的活跃性满足稳定运行需求，提升氧气高炉的运行稳定性。
附图说明
图1显示为本发明实施例中氧气高炉的近高炉控制方法的流程框图。
图2显示为本发明实施例中氧气高炉的近高炉控制系统的结构框图。
图3显示为本发明实施例中氧气高炉冶炼系统的示意图。
图4显示为本发明实施例中氧气高炉的近高炉工况操作步骤流程图。
附图标记说明：
1-炉料；2-布料装置；3-高炉本体；4-喷煤系统；5-制样系统；6-炉顶煤气管道；7-炉顶煤气；8-除尘装置；9-煤气喷吹系统；10-煤气管网；11-风口系统；12-软熔带；13-风口回旋区；14-其他煤气源；15-数据采集系统。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
在对本发明实施例进行详细叙述之前，先对本发明的应用环境进行描述。现有的氧气高炉耦合炉顶煤气循环时，由于下部回旋区的高氧浓度致使回旋区局部燃烧焦点温度高，而炉体中作为热载体的鼓风氮气量减少，致使吨铁煤气量大幅减少，导致风口鼓风动能不足；同时吨铁煤气量减少导致炉上部热量供应不足，从而导致风口燃烧带进一步萎缩，无法保证下部气流分布的合理性和炉缸的活跃性，难于保证氧气高炉的稳定运行。
有鉴于此，请参见图1，本实施例提供一种氧气高炉的近高炉控制方法，包括以下步骤：
S10：采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据所述实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际；
S20：将所述实际生产过程参数与预先设置的目标生产过程阈值进行比较，得到比较结果，所述目标生产过程阈值至少包括风口风量目标阈值V目标、理论燃烧温度目标阈值TF目标及鼓风动能目标阈值W目标；
目标生产过程阈值是目标常规高炉正常运行时的生产过程参数，目标常规高炉与氧气高炉炉容一致的常规高炉。本实施例中，目标生产过程阈值是氧气高炉的高炉本体在不喷吹还原气、不进行全氧冶炼的条件下，作为常规高炉运行时的生产过程参数。
S30：根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定调整策略，并按调整策略对所述氧气高炉进行控制。
由于目标生产过程阈值根据目标常规高炉的生产过程参数设置，因此根据比较结果对所述氧气高炉进行控制，可以使氧气高炉在运行时的工况接近目标常规高炉，使氧气高炉的风口鼓风动能、下部气流分布以及氧气高炉炉缸的活跃性均满足稳定运行需求，从而提升氧气高炉的运行稳定性。
在步骤S20中，也即将所述实际生产过程参数与所述目标生产过程参数进行比较的步骤中，包括以下步骤：
S21：将实际气体喷吹总量V实际与风口风量目标阈值V目标进行比较，
S22：将实际理论燃烧温度TF实际与理论燃烧温度目标阈值TF目标进行比较，
S23：将实际鼓风动能W实际与鼓风动能目标阈值W目标进行比较。
在步骤S30中，也即根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略的步骤中，包括以下步骤：
S31：若实际气体喷吹总量V实际≤风口风量目标阈值V目标，则增加所述氧气高炉的还原气喷吹量及氧气喷吹量。
在步骤S30中，也即根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略的步骤中，还包括以下步骤：
S32：若实际理论燃烧温度TF实际＜理论燃烧温度目标阈值TF目标，则增加所述氧气高炉的焦炭加入量并降低所述氧气高炉的煤粉喷吹量，和/或增加所述氧气高炉的喷吹还原气的温度。反之，若实际理论燃烧温度TF实际≥理论燃烧温度目标阈值TF目标，则降低所述氧气高炉的焦比并增加所述氧气高炉的煤粉喷吹量，和/或降低喷吹还原气的温度。
在步骤S30中，也即根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略的步骤中，还包括以下步骤：
S33：若实际鼓风动能W实际≤鼓风动能目标阈值W目标，则增加氧气喷吹量并降低还原气的喷吹量，和/或增加氧气的喷吹速度。
本实施例中，实际气体喷吹总量V实际为还原气喷吹量V还原与氧气喷吹量V氧之和。也即V实际＝V还原+V氧。
具体的，在步骤S10中，也即采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据所述实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际的步骤中，实际理论燃烧温度TF实际根据风口前焦炭燃烧释放的热量QFC、扣除分解热后煤粉在风口前燃烧释放的热量QPC、炽热焦炭进入风口回旋区的热量QC、氧气和喷吹还原气带入的热量QB、扣除分解热后喷吹还原气在风口回旋区燃烧热量QGAS、水分分解耗热Qw、输送煤粉的气体加热至喷吹还原气温度所需热量QA、氧气高炉炉腹还原气量VBG以及氧气高炉理论燃烧温度下还原气的热容量cTF得到。
在步骤S10中，也即采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据所述实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际的步骤中，所述实际气体喷吹总量V实际根据风口前燃烧煤粉耗氧量V煤氧、风口前燃烧焦炭耗氧量V焦氧、氧气高炉富氧率δ及氧气高炉鼓风湿度σ得到。
所述采集氧气高炉的实际生产过程参数至少包括原料参数、操作参数、介质参数和产耗参数中至少之一。
本实施例还提供一种氧气高炉的近高炉控制系统，包括：
采集计算模块，采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据所述实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际；
比较模块，将所述实际生产过程参数与预先设置的目标生产过程阈值进行比较，得到比较结果，所述目标生产过程阈值至少包括风口风量目标阈值V目标、理论燃烧温度目标阈值TF目标及鼓风动能目标阈值W目标；
控制模块，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，并按所述调整策略对所述氧气高炉进行控制。
如图2所示，在实际生产过程中，近高炉控制系统与氧气高炉的生产控制系统相连。本实施例中，氧气高炉包括高炉本体系统、煤气喷吹系统、喷煤系统、制氧系统。
采集计算模块包括数据采集模块，数据采集模块连接到氧气高炉的生产控制系统，能够采集氧气高炉的原料参数、操作参数、介质参数及产耗参数等氧气高炉的生产过程参数。采集模块进行采集时，基础数据采集最低频次为次/10s，存档记录最低频次次/1min。
采集计算模块还包括指标计算模块，指标计算模块能够根据数据采集模块所采集到的原料参数、燃料参数、操作参数、产耗参数等氧气高炉的生产过程参数，基于物料平衡及热平衡，计算得到氧气高炉的实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际。实际气体喷吹总量V实际＝V氧+V煤气。V氧为氧气高炉工况下氧气喷吹量，V煤气为氧气高炉工况下煤气喷吹量。物料平衡包含物料质量守恒及元素守恒，元素守恒包含氧元素平衡、氮元素平衡及碳元素平衡，物料平衡和热平衡计算误差应小于0.1％。
目标生产过程阈值即为氧气高炉所对应目标常规高炉的生产过程参数的正常区间范围，目标生产过程阈值包括风口风量目标阈值V目标、理论燃烧温度目标阈值TF目标或鼓风动能目标阈值W目标中的至少之一。目标生产过程阈值可以根据现有的目标常规高炉进行实际检测得到，也可以通过现有的目标常规高炉的各个运行参数间接计算得到。
具体的，氧气高炉的实际理论燃烧温度TF实际采用风口区域热平衡计算，TF氧＝(QFC+QPC+QC+QB+QGAS-QW-QA)/(VBG·cTF)。式中QFC为风口前焦炭燃烧释放的热量，QPC为扣除分解热后煤粉在风口前燃烧释放的热量，QC为炽热焦炭进入风口回旋区的热量，QB为氧气和喷吹煤气带入的热量，QGAS为扣除分解热后喷吹煤气在风口回旋区燃烧热量，QW为水分分解耗热，QA为输送煤粉的气体加热至喷吹煤气温度所需热量，VBG为氧气高炉炉腹煤气量，cTF为氧气高炉理论燃烧温度下煤气的热容量。
实际鼓风动能W实际＝0.5m氧v氧 2+0.5m煤v煤 2。式中，m氧为氧气高炉工况下喷吹氧气的质量，v氧为氧气高炉工况下喷吹氧气的流速，m煤为氧气高炉工况下喷吹煤气的质量，v煤为氧气高炉工况下喷吹煤气的流速。
在进行热平衡计算时，目标常规高炉工况下的煤粉喷吹量P煤取采集到的氧气高炉工况下煤粉喷吹量数值，目标常规高炉工况下的焦比J常焦＝Q煤气/C焦+J氧焦，式中Q煤气为喷吹煤气的总热值，C焦为每千克焦炭的热值，J氧焦为氧气高炉工况下的焦比。
本实施例中，风口风量目标阈值V目标，也即目标常规高炉的风口风量V常风＝((V煤氧+V焦氧)/(δ+0.21))/(1-σ)。式中，V煤氧为目标常规高炉风口前燃烧煤粉耗氧量，V焦氧为目标常规高炉风口前燃烧焦炭耗氧量，δ为目标常规高炉富氧率，σ为目标常规高炉鼓风湿度。
计算过程中，目标常规高炉的工况富氧率δ可以根据实际情况进行合理选取，本实施例中，目标常规高炉的工况富氧率δ选取为6％。
鼓风动能目标阈值W目标，也即目标常规高炉的鼓风动能W常，可以根据目标常规高炉的炉容，根据经验合理选取得到。具体的，1000m3级高炉鼓风动能为100～135kJ/s，2000m3级高炉鼓风动能为110～145kJ/s，3000m3级高炉鼓风动能为125～150kJ/s，4000m3级高炉鼓风动能为140～160kJ/s，5000m3级高炉鼓风动能为160～180kJ/s。
比较模块，包含风量判断模块、炉热判断模块、鼓风动能判断模块，分别对氧气高炉工况下的实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际等指标与目标常规高炉的对应的关键指标进行对比判断分析。
具体的，风量判断模块用于判断V实际与V目标的大小关系。本实施例中，理论燃烧温度目标阈值TF目标为1850℃～2350℃，炉热判断模块用于判断TF实际是否介于2000℃与2350℃之间。鼓风动能判断模块用于判断W实际与W实际的大小关系。
控制模块，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，并按所述调整策略对所述氧气高炉进行控制。也即控制模块根据比较模块的分析结果，获取氧气高炉各个生产控制参数的调整量，并反馈至氧气高炉的控制系统，氧气高炉的控制系统按接收到的生产控制参数进行生产控制调节。
具体的，根据风量判断模块的判断结果，若V实际＞V目标，则维持现状。若V实际≤V目标，则V实际与V目标之间的差值每增加50Nm3/t，则增加煤气喷吹量35Nm3/t，增加氧气喷吹量15Nm3/t。
根据炉热判断模块的判断结果，若TF目标介于1850℃与2350℃之间，则维持现状。若TF目标＜1850℃，TF目标与1850℃之间的差值每增加50℃，则增加焦炭加入量8kg/t、降低煤粉喷吹量9.5kg/t，或者增加喷吹煤气温度100℃。反之，若TF目标≥2350℃，TF目标与2350℃的差值每增加50℃，则降低焦比8kg/t、增加煤比9.5kg/t，或者降低喷吹煤气温度100℃。
根据炉况判断模块的判断结果，若W实际＞W目标，则维持现状。若W实际≤W目标，则W实际与W目标之间的差值每增加10kJ/s，则增加氧气喷吹量22Nm3/t，或者降低煤气喷吹量22Nm3/t，或者v氧增加18m/s。
如图3所示，氧气高炉包括高炉本体系统、煤气喷吹系统、喷煤系统、制氧系统。
氧气高炉的高炉本体系统与目标常规高炉相同，包括高炉本体、布料系统、风口系统、数据采集系统，且操作制度与现有的传统高炉操作制度相近。数据采集系统可采集氧气喷吹量、煤气喷吹量、煤粉喷吹量、氧气喷吹压力、煤气喷吹压力、煤气温度。
氧气高炉的煤气喷吹系统包含但不限于煤气除尘装置、脱水装置、脱硫装置、CO2脱除装置、煤气混合装置、煤气预热装置和喷吹装置。CO2脱除装置可将高炉顶煤气中CO2脱除后回喷进高炉，可防止CO2进入高炉对焦炭产生熔损作用。煤气预热装置可将煤气预热至950℃以上。
氧气高炉以常温氧气喷吹、低于目标常规高炉热风温度的混合煤气喷吹、大量的煤粉喷吹等措施，可防止氧气高炉下部回旋区的高氧浓度致使回旋区局部燃烧焦点温度高。同时足够的炉腹煤气供应，使炉腹煤气可携带大量的炉缸区域产生的热量至高炉中上部，可防止氧气高炉出现上部热量供应不足的问题。
氧气喷吹量与煤气喷吹量之和与传统同炉容高炉相当，氧气高炉风口鼓风动能为喷吹氧气动能与喷吹煤气动能之和，与传统同炉容高炉鼓风动能相当。喷吹氧气压力与喷吹煤气压力均大于0.4Mpa，与传统同炉容高炉鼓风风压相当。充足的煤气量和喷吹总动能保证氧气高炉炉缸活跃性，使氧气高炉风口回旋区不至于出现较大幅度萎缩。
喷吹煤气压力略高于喷吹氧气压力，可以防止易燃易爆的富氢或其他煤气介质从风口喷吹时，喷管内发生回火或爆炸等安全事故。
如图4所示，实际情况下，控制氧气高炉的近高炉工况，包括以下步骤：
(1)高炉煤气经处理后(脱硫、脱水、除杂、脱碳和脱氮等)与经净化后(脱硫、脱水、除杂)的其他煤气经煤气混合装置混合形成喷吹煤气，也即还原气，经加压、加热后由风口喷吹进入高炉。氧气由热风围管经风口喷入高炉，煤粉由煤载气经风口内部的煤枪喷吹进入高炉，高还原性的铁矿石和焦炭由布料系统装入高炉，形成氧气高炉冶炼工况。
其他煤气气源可以包括但不限于转炉煤气、煤制气、焦炉煤气、甲烷等还原性气体。其他煤气的喷吹一方面可以在高炉煤气成分变化时调整煤气成分，另一方面可以在高炉煤气量不足时补充喷吹煤气量，可根据厂内可使用的煤气资源进行调控。
(2)比较氧气高炉的氧气喷吹量和循环煤气量之和与同炉容目标常规高炉的鼓风风量是否一致，如果不一致，则调节氧气喷吹量和循环煤气量。
(3)比较氧气高炉的氧气喷吹压力和循环煤气压力与同炉容目标常规高炉的鼓风压力是否一致，如果不一致，则调节氧气喷吹压力和循环煤气压力。
(4)计算氧气高炉实际喷吹氧气流速及煤气流速，以及氧气喷吹动能及煤气喷吹动能之和，比较是否与同炉容的目标常规高炉的标准风速及鼓风动能一致，如不一致，调节氧气高炉氧气喷吹量、循环煤气喷吹量和风口参数。不同炉容的目标常规高炉的鼓风动能分别如下：
1000m3级高炉鼓风动能为100～135kJ/s，2000m3级高炉鼓风动能为110～145kJ/s，3000m3级高炉鼓风动能为125～150kJ/s，4000m3级高炉鼓风动能为140～160kJ/s，5000m3级高炉鼓风动能为160～180kJ/s。
风口参数包括但不限于风口直径、风口中心线与水平的倾角、风口端伸入炉内的长度，可通过调整这些风口参数调节吹入高炉内部的煤气和氧气的流速和方向。
由于氧气高炉采用了与同炉容的目标常规高炉一致的鼓风压力和鼓风动能，解决了氧气高炉冶炼工况可能出现的高炉炉缸温度过高、中上部温度较低的问题，确保氧气高炉稳定高效顺行。
(5)计算氧气高炉理论燃烧温度是否介于1850℃～2350℃之间，如果低于1850℃，适当提高氧气喷吹量、循环煤气温度、焦比，降低循环煤气喷吹量和煤粉喷吹量。如果高于2350℃，适当降低氧气喷吹量、循环煤气温度、焦比，提高循环煤气喷吹量和煤粉喷吹量。
控制氧气高炉理论燃烧温度高于1850℃，该温度略低于目标常规高炉理论燃烧温度(目标常规高炉理论燃烧温度介于2150℃-2350℃)。氧气高炉炉内直接还原度较目标常规高炉低，因此直接还原耗热减少，可控制风口回旋区理论燃烧温度高于1850℃即可。而控制理论燃烧温度低于2350℃，是为了避免炉缸中下部发生过热。
氧气高炉使用铁矿石的还原性指数RI大于80％，高炉下部喷吹的还原性气体和炉内化学反应产生的气体形成高还原性的高炉炉腹煤气，与高炉上部高还原性的铁矿石协同匹配，使高炉炉内间接还原充分发展，直接还原度很低，降低碳质燃料的消耗，达到了氧气高炉高效低耗顺行的目的。
下面以1580m3炉容氧气高炉具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图2所示，1580m3氧气高炉系统包括布料装置2、高炉本体3、喷煤系统4、制氧系统5、炉顶煤气上升管道6、除尘装置8、煤气喷吹系统9、风口系统11、数据采集系统15。其中布料装置2、高炉本体3、喷煤系统4、制氧系统5、炉顶煤气上升管道6、除尘装置8、风口系统11、数据采集系统15与目标常规高炉一致。
高炉本体3为一座1580m3构筑在基础地基上的筒状高炉本体。与目标常规高炉不同的是，该高炉炼铁系统新增了煤气喷吹系统，可喷吹高炉煤气和其他煤气，实现在不对传统高炉体系进行较大的改动的前提下，实现氧气高炉工况冶炼，并且确保氧气高炉冶炼工况可高效、低耗、稳定、顺行。
高还原性铁矿石和焦炭1等炉料经布料装置2交替装入高炉本体系统3，布料制度与常规同炉容高炉相近，煤粉由载气经喷煤系统4由风口11喷吹进入高炉内部。煤粉挥发分中的甲烷、乙烷等在风口回旋区发生裂解反应，产生CO和H2可进一步提升炉腹煤气中还原性气体的含量。
经净化后的天然气和高炉煤气混合后由煤气喷吹系统4经风口喷吹进入高炉，根据现有的喷吹煤气和天然气成分，计算吨铁天然气喷吹量约为40.9Nm3/thm，喷吹进入高炉的炉顶煤气量约为500.0Nm3/thm，喷吹混合煤气温度为950.0℃。
为保证高炉中下部碳燃烧反应的充分发生和热量充足供应，计算得到氧气喷吹量约为244.1Nm3/thm，喷吹氧气温度为常温。氧气喷吹量与天然气喷吹量、高炉炉顶煤气喷吹量之和约为785.0Nm3/thm，氧气喷吹量与天然气喷吹量、高炉炉顶煤气喷吹量之和与传统同炉容高炉吨铁耗热风量相当。以目标常规高炉相近的布料制度和风量，确保氧气高炉炉内气流分布合理。
以常温氧气喷吹、低于目标常规高炉热风温度的混合煤气喷吹、大量的煤粉喷吹等措施，可防止氧气高炉下部回旋区的高氧浓度致使回旋区局部燃烧焦点温度高。同时足够的炉腹煤气供应，使炉腹煤气可携带大量的炉缸区域产生的热量至高炉中上部，可防止氧气高炉出现上部热量供应不足的问题。
调节天然气、高炉炉顶煤气和氧气喷吹的压力与常规同炉容高炉相近，为0.4MPa。
为使氧气高炉的喷吹总动能与同炉容目标常规高炉相近，经过反复迭代测算，调节氧气高炉风口数量24个，风口直径0.105m，经计算风口实际煤气流速为264.0m/s，喷吹煤气动能为119.0kg·m/s。充足的煤气量和喷吹总动能保证氧气高炉炉缸活跃性，使氧气高炉风口回旋区不至于出现较大幅度萎缩。
为使氧气高炉的理论燃烧温度高于1850.0℃，调节煤粉喷吹量和冶炼焦比，计算所得吨铁喷煤量约为145.0kg/thm，焦比为223.3kg/thm，综合燃料比为398.3kg/thm，氧气高炉内部由于间接还原充分发展，且喷入了部分甲烷，相较于目标常规高炉，降低了部分固体碳素消耗。此状态下高炉风口回旋区理论燃烧温度约为1897.0℃，由于高炉炉身中上部的间接还原的充分发展，高耗热的直接还原减少，因此炉缸所需的热量供应减少，因此根据热量平衡计算，此工况下1897.0℃的理论燃烧温度可以满足炉缸内热量的需求。
风口喷入的富氧热风，一部分与喷入的煤粉的发生燃烧反应，另一部分与部分焦炭发生燃烧反应，这两个反应均放出大量的热量，为炉内煤粉挥发分分解和铁水、炉渣熔化提供热量。剩余焦炭中的碳分别与喷吹煤气中的CO2发生熔损反应、与炉渣中SiO2和MnO等发生还原反应、溶解进入铁水中作为铁水渗碳等。控制炉渣二元碱度为1.2左右，铁水温度1500.0℃左右。
上述反应产生炉腹煤气量约为1182.0Nm3/thm，炉腹煤气量与目标常规高炉炉腹煤气量相近，保证氧气高炉中上部的煤气流分布与目标常规高炉相近。炉腹煤气成分如下表1所示。
表1炉腹煤气主要成分
氧气高炉使用铁矿石的还原性指数RI大于80％，高炉下部喷吹的还原性气体和炉内化学反应产生的气体形成高还原性的高炉炉腹煤气，与高炉上部高还原性的铁矿石协同匹配，使高炉炉内间接还原充分发展，直接还原度很低，降低C质燃料消耗，达到了氧气高炉高效低耗顺行的目的。
经过间接还原反应后，计算炉顶干煤气量约为1094Nm3/thm。经除尘、脱硫和CO2后，炉顶煤气中CO含量约为66.3％，H2含量约为29.0％，还原性气体含量高的气体热值较高。其中500.0Nm3/thm作为煤气喷吹进入高炉，87.0Nm3/thm用于加热喷吹进入高炉的煤气和天然气，剩余煤气132.3Nm3/thm外供。
实际生产过程中，当出现原燃料条件波动、喷吹煤气成分波动等导致氧气高炉无法稳定顺行时，均可采用上述操作方法对炉况进行调控。
综上所述，本实施例在氧气高炉工况冶炼的基础上，通过调整氧气喷吹量、煤气喷吹量、煤粉喷吹量、氧气喷吹压力、煤气喷吹压力、煤气温度等，保证氧气高炉炉腹煤气发生量、风口的鼓风动能及风口喷吹气体总压力与传统同炉容高炉相当，使氧气高炉风口回旋区不至于出现较大幅度萎缩，有效解决氧气高炉冶炼工况可能出现的高炉炉缸温度过高、中上部温度较低的问题，保持合理的理论燃烧温度，保证炉内热量供应，保证下部气流分布的合理性和炉缸的活跃性。可实现在不对传统高炉进行较大改动的前提下(仅增加煤气喷吹系统)，实现氧气高炉工况冶炼，降低高炉改造的设备投资，解决氧气高炉冶炼工况可能出现的高炉炉缸温度过高、中上部温度较低的问题，确保氧气高炉稳定高效顺行，从而降低高炉炼铁工序碳排放。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据所述实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际；
将所述实际生产过程参数与预先设置的目标生产过程阈值进行比较，得到比较结果，所述目标生产过程阈值至少包括风口风量目标阈值V目标、理论燃烧温度目标阈值TF目标及鼓风动能目标阈值W目标；
根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，并按所述调整策略对所述氧气高炉进行控制。
2.根据权利要求1所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于，将所述实际生产过程参数与所述目标生产过程参数进行比较，包括：
将实际气体喷吹总量V实际与风口风量目标阈值V目标进行比较，
将实际理论燃烧温度TF实际与理论燃烧温度目标阈值TF目标进行比较，
将实际鼓风动能W实际与鼓风动能目标阈值W目标进行比较。
3.根据权利要求1所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，包括：
若实际气体喷吹总量V实际≤风口风量目标阈值V目标，则增加所述氧气高炉的还原气喷吹量及氧气喷吹量。
4.根据权利要求1所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，包括：
若实际理论燃烧温度TF实际＜理论燃烧温度目标阈值TF目标，则增加所述氧气高炉的焦炭加入量并降低所述氧气高炉的煤粉喷吹量，和/或增加所述氧气高炉的喷吹还原气的温度；
若实际理论燃烧温度TF实际≥理论燃烧温度目标阈值TF目标，则降低所述氧气高炉的焦比并增加所述氧气高炉的煤粉喷吹量，和/或降低喷吹还原气的温度。
5.根据权利要求1所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，包括：
若实际鼓风动能W实际≤鼓风动能目标阈值W目标，则增加氧气喷吹量并降低还原气的喷吹量，和/或增加氧气的喷吹速度。
6.根据权利要求1所述的所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于：实际气体喷吹总量V实际为还原气喷吹量V还原及氧气喷吹量V氧之和。
7.根据权利要求1所述的所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于：实际理论燃烧温度TF实际根据风口前焦炭燃烧释放的热量QFC、扣除分解热后煤粉在风口前燃烧释放的热量QPC、炽热焦炭进入风口回旋区的热量QC、氧气和喷吹还原气带入的热量QB、扣除分解热后喷吹还原气在风口回旋区燃烧热量QGAS、水分分解耗热QW、输送煤粉的气体加热至喷吹还原气温度所需热量QA、氧气高炉炉腹还原气量VBG以及氧气高炉理论燃烧温度下还原气的热容量cTF得到。
8.根据权利要求1所述的所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于：所述实际气体喷吹总量V实际根据风口前燃烧煤粉耗氧量V煤氧、风口前燃烧焦炭耗氧量V焦氧、氧气高炉富氧率δ及氧气高炉鼓风湿度σ得到。
9.根据权利要求1所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于，所述采集氧气高炉的实际生产过程参数至少包括原料参数、操作参数、介质参数和产耗参数中至少之一。
10.根据权利要求1所述的氧气高炉的近高炉控制方法，其特征在于，所述风口风量目标阈值V目标根据目标常规高炉风口前燃烧煤粉耗氧量V煤氧、目标常规高炉风口前燃烧焦炭耗氧量V焦氧、目标常规高炉富氧率δ以及目标常规高炉鼓风湿度σ得到；
所述鼓风动能目标阈值W目标根据目标常规高炉的炉容得到；
理论燃烧温度目标阈值TF目标为1850℃～2350℃。
11.一种氧气高炉的近高炉控制系统，其特征在于，包括：
采集计算模块，采集氧气高炉的实际生产过程参数，并根据所述实际生产过程参数，确定实际气体喷吹总量V实际、实际理论燃烧温度TF实际、实际鼓风动能W实际；
比较模块，将所述实际生产过程参数与预先设置的目标生产过程阈值进行比较，得到比较结果，所述目标生产过程阈值至少包括风口风量目标阈值V目标、理论燃烧温度目标阈值TF目标及鼓风动能目标阈值w目标；
控制模块，根据所述比较结果以及预先设置的所述比较结果与调整策略之间的映射关系，确定所述调整策略，并按所述调整策略对所述氧气高炉进行控制。
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| CN117051183A (zh) * | 2023-09-05 | 2023-11-14 | 湖北金盛兰冶金科技有限公司 | 一种高炉炼铁喷吹智能控制系统 |
| CN117051183B (zh) * | 2023-09-05 | 2024-03-29 | 湖北金盛兰冶金科技有限公司 | 一种高炉炼铁喷吹智能控制系统 |
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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 |