一种集中式热风炉换炉期高炉煤气稳压系统及运行方法

技术领域

本发明属于涉及钢铁行业高炉煤气稳压技术领域，尤其涉及一种集中式热风炉换炉期高炉煤气稳压系统及运行方法。

背景技术

热风炉作为高炉的重要辅助生产设备，是高炉煤气主要用户，高炉炼铁产生的高炉煤气约30％用于热风炉。炼铁高炉一般配套3～4座热风炉，采取两烧一送或者两烧两送的送风制。各高炉的热风炉燃烧节奏缺乏同一协调性，经常出现多个热风炉同时换炉情况，导致热风炉总高炉煤气用量波动大，从而导致高炉煤气压力波动。

发明专利CN111414024B，一种高炉热风炉煤气管网协调换炉方法，公开了一种基于高炉热风炉烧炉状态和未来状态预估，协调各个高炉热风炉之间换炉时机的方法。包括建立服务器与高炉热风炉的光纤物理链路，采集各热老夫的运行参数等参数数据等信息，错峰实现热风炉换炉，最大限度减少多座热风炉同时换炉的现象，从而减少热风炉多同时炉换炉对高炉煤气管网压力冲击，从而达到温度高炉煤气压力的目的。改发明技术方案在稳定高炉煤气压力方面起到了积极作用，但即使是单座热风炉换炉仍然对高炉煤气压力有冲击，无法从根本上解决热风炉换炉对高炉煤气压力的影响。

文章“一种高炉热风炉协调换炉方法”详细设计了一种高炉间热风炉协调换炉的方法。通过对热风炉工艺状态计算，制定合理的错峰换炉制度与评价指标，有效预测热风炉运行状态，并通过设计的控制策略和安全策略对热风炉进行自动燃烧优化控制。该方法有效实现了热风炉错峰换炉，保证了热风炉蓄热和送风风温，降低了煤气管网压力波动，减小了操作人员工作强度。该论文的方法对稳定高炉煤气压力方面取得了很好的效果，同样无法从根本上解决热风炉换炉对高炉煤气压力的影响。

发明专利CN201811241499.X，一种精确控制高炉热风炉烧炉烟道温度的方法及装置，公开了一种通过采集热风炉控制系统的运行参数数据，判断热风炉状态，从而实现热风炉烟道温度的精确控制，该方法考虑了热风炉换炉对高炉煤气压力波动的影响，增加了热风炉工艺控制精度，但没有对热风炉换炉导致的煤气压力波动提供解决手段。

综上可知：热风炉换炉过程，尤其是具有多座高炉的热风炉集中换炉时，由于热风炉集中停止或使用高炉煤气，导致高炉煤气压力波动大，使高炉煤气用户工况不稳定，已成为钢铁行业的共性问题，需要从热风炉工艺特点出发，开发一种能够稳定高炉煤气压力的技术手段。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种集中式热风炉换炉期高炉煤气稳压系统，包括

高炉煤气稳压装置和自动控制系统；

所述高炉煤气稳压装置包括：

用于储存煤气的高炉煤气储气气囊；

置在高炉煤气储气气囊上方，用于压力调整的煤气压力控制机构；

所述自动控制系统包括：

采集n个热风炉状态的n个状态采集模块；

采集所述高炉煤气储气气囊的煤气量的煤气量采集模块；

接收所述n个状态采集模块传送的n个热风炉的状态，以及煤气量采集模块传送的高炉煤气储气气囊的煤气量的控制装置，所述控制装置根据n个热风炉状态对相应热风炉煤气入口阀门进行开闭动作，实现煤气压力控制机构对高炉煤气量的控制。

进一步地：所述煤气压力控制机构包括设置在高炉煤气储气气囊上方用于使高炉煤气储气气囊内的高炉煤气具有一定压力的M个压力控制砝码和用于悬挂压力控制砝码的悬挂机构；

在所述高炉煤气储气气囊底部上方1/8至1/6位置布置煤气进口；

在高炉煤气储气气囊底部上方1/6至1/3的位置布置煤气出口。

进一步地：所述高炉煤气稳压装置包括外壳，所述外壳形状为为圆柱形，也可为其它形状；

所述外壳高度为高炉煤气储气气囊充满高炉煤气时的高度与压力控制机构的高度之和。

进一步地：所述外壳上安装有高炉煤气储气气囊煤气量检测仪表，煤气量检测结果实时传递给控制装置，所述稳压装置外壳顶部安装压力控制机构。

进一步地：所述高炉煤气储气气囊放置于稳压装置外壳内，所述气囊的材质为橡胶；高炉煤气储气气囊为整体呈圆柱形，所述高炉煤气储气气囊底部到1/3整体高炉煤气储气气囊高度为平滑结构，底部1/3整体高炉煤气储气气囊高度至顶部为波纹结构。

进一步地：所述煤气进口与煤气出口在高度方向上进行错位布置。

进一步地：所述高炉煤气气囊最大容量为其n个高炉热风炉总煤气小时消耗量的2/3，高炉煤气气囊内高炉煤气储量控制在总容量的1/2～3/4，高炉煤气气囊内高炉煤气储量通过控制装置进行控制。

进一步地：所述高炉煤气储气气囊的压力范围12Kpa～18Kpa之间。

进一步地：所述M的数量为2～5，最优M的数量是4。

一种集中式热风炉期高炉煤气稳压系统的运行方法，包括以下步骤：

S1:控制装置与n个状态采集模块、煤气量采集模块建立通信；

S2:获取高炉煤气储气气囊高炉煤气量信息包括高炉煤气储气气囊内实际煤气量和剩氧煤气储存量，获取n个热风炉运行状态，所述热风炉运行状态包括：烧炉开始、烧炉结束、送风开始、送风结束、换炉开始和换炉结束；

S3:当某座热风炉烧炉结束时，将该热炉称作烧炉终了热风炉，且为1#热风炉，所述控制装置控制关闭烧炉终了热风炉的煤气入口阀门，供烧炉终了热风炉的高炉煤气进入高炉煤气稳压装置的高炉煤气气囊，避免了热风炉烧炉停止引起的高炉煤气压力波动；

S4:当某座热风炉送风结束，并完成换炉操作时，将改热风炉称烧炉开始热风炉，且为2#热风炉，打开烧炉开始热风炉高炉煤气入口阀门，开始烧炉，由于高炉煤气稳压装置储存有高炉煤气，所述控制装置控制砝码使煤高炉煤气稳压装置内的高炉煤气始终保持在一个稳定的工作压力，对烧炉开始热风炉高炉煤气的突然供气过程起到了缓冲作用，避免了热风炉烧炉开始过程对高炉煤气管网压力的冲击；

循环S3～S4，即可实现n个热风炉高炉煤气压力无波动平稳换炉，高炉煤气气囊内的煤气量通过高炉煤气稳压系统高炉煤进气量调节：当高炉煤气气囊内的高炉煤气量超过3/4时，减少进气量，当高炉煤气气囊内的高炉煤气量低于1/2时，增加进气量。

该方法合外燃式热风炉、顶燃式热风炉和内燃式热风炉，适合配备3座热风炉或4座热风炉的高炉。

本发明提供的一种集中式热风炉换炉期高炉煤气稳压系统及运行方法，本发明技术方案通过为每座高炉的热风炉前增加一套高炉煤气缓冲系统，实现单座高炉热风炉压力集中控制。当热风炉烧炉结束时，高炉煤气气源可按热风炉烧炉煤气量向稳压系统提供煤气；热风炉烧炉开始时刻，由热风炉高炉煤气缓冲系统向热风炉提供高炉煤气，避免高炉煤气系统煤气消耗量突然增加。本发明技术方案的应用使热风炉换炉时导致的高炉煤气瞬间的切断或供气的断崖式刚性变化过程，变成柔性渐变过程，从根本上解决了钢铁企业热风炉换炉尤其是多座热风炉同时换炉而导致高炉煤气压力波动大的技术难题。所述高炉煤气稳压系统适合配备单座或多座高炉的钢铁企业，尤其适合多座高炉的钢铁企业。有效避免了多个热风炉换炉尤其是多个热风炉同时换炉导致的高炉煤气压力波动的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1的结构图。

附图标记：1为高炉煤气管道，2为煤气进口，3为高炉煤气稳压装置，4为压力控制机构，5为煤气出口，6为热风炉煤气入口阀门，7为热风炉燃烧室。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

一种集中式热风炉换炉期高炉煤气稳压系统，包括：

高炉煤气稳压装置3和自动控制系统；

所述高炉煤气稳压装置3包括：

用于储存煤气的高炉煤气储气气囊；

置在高炉煤气储气气囊上方，用于压力调整的煤气压力控制机构4；

所述自动控制系统包括：

采集n个热风炉状态的n个状态采集模块；

采集所述高炉煤气储气气囊的煤气量的煤气量采集模块；

接收所述n个状态采集模块传送的n个热风炉的状态，以及煤气量采集模块传送的高炉煤气稳压装置中的煤气量的控制装置，所述控制装置根据n个热风炉状态对相应热风炉煤气入口阀门进行开闭动作，实现煤气压力控制机构4对高炉煤气量的控制。

所述热风炉均设置有热风炉燃烧室7进行煤气燃烧；

在所述热风炉上设置有热风炉煤气入口阀门6；

在所述煤气处口设置热风炉煤气出口阀门；

所述高炉煤气稳压系统包括储存煤气的高炉煤气储气气囊和设置在高炉煤气储气气囊上方的煤气压力控制机构4；

所述煤气压力控制机构4包括设置在高炉煤气储气气囊上方用于使高炉煤气储气气囊内的高炉煤气具有一定压力的M个压力控制砝码和用于悬挂压力控制砝码的悬挂机构；

在所述高炉煤气储气气囊底部上方1/8至1/6位置布置煤气进口2，

在高炉煤气储气气囊底部上方1/6至1/3的位置布置煤气出口5，

所述煤气压力调整机构4还包括外壳，所述外壳形状为为圆柱形，也可为其它形状，所述外壳的厚度为8mm～12mm，材质为Q235钢，也可为其它钢材；

所述外壳高度为高炉煤气储气气囊充满高炉煤气时的高度与煤气压力控制机构4的高度之和，稳压装置外壳上安装有高炉煤气储气气囊煤气量检测仪表，煤气量检测结果实时传递给热风炉高炉煤气稳压系统的控制系统，所述高炉煤气稳压装置3外壳顶部安装煤气压力控制机构4；

高炉煤气储气气囊放置于所述外壳内，其材质为耐磨、耐腐蚀橡胶，也可为其它柔性材质；

高炉煤气储气气囊为整体呈圆柱形，所述高炉煤气储气气囊底部到1/3整体高炉煤气储气气囊高度为平滑结构，底部1/3整体高炉煤气储气气囊高度至顶部为波纹结构，当高炉煤气储气气囊内高炉煤气量发生变化时能够实现自由伸缩；高炉煤气管道1与高炉煤气储气气囊密封连接，保证高炉煤气能够稳定进、出高炉煤气储气气囊，稳压装置煤气进口2与稳压装置煤气出口5在高度方向上进行错位布置；煤气进口2布置在高炉煤气储气气囊底部上方1/8至1/6的地方；煤气出口5布置在高炉煤气储气气囊底部上方1/6至1/3的地方；所述高炉煤气气囊最大容量为其n个高炉热风炉总煤气小时消耗量的2/3，高炉煤气气囊内高炉煤气储量控制在总容量的1/2；

所述高炉煤气气囊最大容量为其n个高炉热风炉总煤气小时消耗量的2/3，高炉煤气气囊内高炉煤气储量控制在总容量的1/2～3/4，高炉煤气气囊内高炉煤气储量可进行通过高炉煤气稳压系统自动控制系统控制；

所述压力控制砝码为圆饼状，材质为普通钢；将压力控制砝码放置于高炉煤气储气气囊上放，使高炉煤气储气气囊内的高炉煤气具有一定压力，压力为15KPa，压力大小通过放置于高炉煤气储气气囊上压力控制砝码数量来控制，放置于高炉煤气储气气囊上的压力控制砝码称为工作压力控制砝码，其余压力控制砝码称为备用压力控制砝码，备用压力控制砝码通过悬挂机构悬挂在在稳压装置外壳顶部；压力控制砝码的数量为2～5，最佳个数为4个，工作压力控制砝码为2～3个，备用压力控制砝码1～2个；高炉煤气储气气囊内的高炉煤气压力控制范围为热风炉设计煤气工况压力。

所述高炉煤气储气气囊的压力范围12Kpa～18Kpa之间；

所述控制装置控制煤气压力控制机构4根据n个热风炉状态分别为热风炉提供煤气的过程如下：

获取高炉煤气储气气囊高炉煤气量信息包括高炉煤气储气气囊内实际煤气量和剩氧煤气储存量，

获取单个热风炉运行状态状态判断包括：烧炉开始、烧炉结束、送风开始、送风结束、换炉开始和换炉结束；

所述热风炉换炉期高炉煤气稳压系统自动控制系统作用为根据高炉煤气储气气囊高炉煤气量信息、单个热风炉运行状态判断实现热风炉换炉期高炉煤气稳压系统自动运行，实现热风炉煤气阀的自动打开或关闭，当高炉煤气储气气囊煤气量不在设计范围时进行报警提示，并退出自动控制模式。

如所述一种集中式热风炉期高炉煤气稳压系统的运行方法，包括以下步骤：

S1:控制装置与n个状态采集模块、煤气量采集模块建立通信；

S2:获取高炉煤气储气气囊高炉煤气量信息包括高炉煤气储气气囊内实际煤气量和剩氧煤气储存量，获取n个热风炉运行状态，所述热风炉运行状态包括：烧炉开始、烧炉结束、送风开始、送风结束、换炉开始和换炉结束；

S3:当某座热风炉烧炉结束时，将该热炉称作烧炉终了热风炉，且为1#热风炉，所述控制装置控制关闭烧炉终了热风炉的煤气入口阀门，供烧炉终了热风炉的高炉煤气进入高炉煤气稳压装置的高炉煤气气囊，避免了热风炉烧炉停止引起的高炉煤气压力波动；

S4:当某座热风炉送风结束，并完成换炉操作时，将改热风炉称烧炉开始热风炉，且为2#热风炉，打开烧炉开始热风炉高炉煤气入口阀门，开始烧炉，由于高炉煤气稳压装置储存有高炉煤气，所述控制装置控制砝码使高炉煤气稳压装置内的高炉煤气始终保持在一个稳定的工作压力：15KPa，对烧炉开始热风炉高炉煤气的突然供气过程起到了缓冲作用，避免了热风炉烧炉开始过程对高炉煤气管网压力的冲击；

循环S3——S4，即可实现n个热风炉高炉煤气压力无波动平稳换炉，高炉煤气气囊内的煤气量通过高炉煤气稳压系统高炉煤进气量调节：当高炉煤气气囊内的高炉煤气量超过3/4时，减少进气量，当高炉煤气气囊内的高炉煤气量低于1/2时，增加进气量。

该方法合外燃式热风炉、顶燃式热风炉和内燃式热风炉，适合配备3座热风炉或4座热风炉的高炉。该方法合外燃式热风炉、顶燃式热风炉和内燃式热风炉，适合配备3座热风炉或4座热风炉的高炉。

实施例1，一种集中式热风炉换炉期高炉煤气稳压系统，包括高炉煤气稳压装置3和自动控制系统；

所述高炉煤气稳压装置包括：

用于储存煤气的高炉煤气储气气囊；

置在高炉煤气储气气囊上方，用于压力调整的煤气压力控制机构4；

所述自动控制系统包括：

采集4个热风炉状态的4个状态采集模块；

采集所述高炉煤气储气气囊的煤气量的煤气量采集模块；

接收所述4个状态采集模块传送的4个热风炉的状态，以及煤气量采集模块传送的高炉煤气储气气囊的煤气量的控制装置，所述控制装置根据4个热风炉状态对相应热风炉煤气入口阀门进行开闭动作，实现煤气压力控制机构对高炉煤气量的控制。

所述煤气压力控制机构4包括设置在高炉煤气储气气囊上方用于使高炉煤气储气气囊内的高炉煤气具有一定压力的4个压力控制砝码和用于悬挂压力控制砝码的悬挂机构；

在所述高炉煤气储气气囊底部上方1/8位置布置煤气进口；

在高炉煤气储气气囊底部上方1/3的位置布置煤气出口。

所述高炉煤气储气气囊放置于稳压装置外壳内，所述气囊的材质为橡胶；高炉煤气储气气囊为整体呈圆柱形，所述高炉煤气储气气囊底部到1/3整体高炉煤气储气气囊高度为平滑结构，底部1/3整体高炉煤气储气气囊高度至顶部为波纹结构。

所述高炉煤气气囊最大容量为其4个高炉热风炉总煤气小时消耗量的2/3，高炉煤气气囊内高炉煤气储量控制在总容量的1/2～3/4，高炉煤气气囊内高炉煤气储量通过控制装置进行控制。

所述高炉煤气储气气囊的压力范围12Kpa～15Kpa之间。

如所述的一种集中式热风炉期高炉煤气稳压系统的运行方法，所述控制装置控制煤气压力控制执行机构，根据4个热风炉状态对相应热风炉煤气入口阀门进行开闭动作和煤气压力调整机构中高炉煤气量的控制的过程如下：

S1:控制装置与4个状态采集模块、煤气量采集模块建立通信；

S2:获取高炉煤气储气气囊高炉煤气量信息包括高炉煤气储气气囊内实际煤气量和剩氧煤气储存量，获取4个热风炉运行状态，所述热风炉运行状态包括：烧炉开始、烧炉结束、送风开始、送风结束、换炉开始和换炉结束；

S3:当某座热风炉烧炉结束时，将该热炉称作烧炉终了热风炉，且为1#热风炉，所述控制装置控制关闭烧炉终了热风炉的煤气入口阀门，供烧炉终了热风炉的高炉煤气进入高炉煤气稳压装置的高炉煤气气囊，避免了热风炉烧炉停止引起的高炉煤气压力波动；

S4:当某座热风炉送风结束，并完成换炉操作时，将改热风炉称烧炉开始热风炉，且为2#热风炉，打开烧炉开始热风炉高炉煤气入口阀门，开始烧炉，由于高炉煤气稳压装置储存有高炉煤气，所述控制装置控制砝码使高炉煤气稳压装置内的高炉煤气始终保持在一个稳定的工作压力：15KPa，对烧炉开始热风炉高炉煤气的突然供气过程起到了缓冲作用，避免了热风炉烧炉开始过程对高炉煤气管网压力的冲击；

循环S3～S4，即可实现4个热风炉高炉煤气压力无波动平稳换炉，高炉煤气气囊内的煤气量通过高炉煤气稳压系统高炉煤进气量调节：当高炉煤气气囊内的高炉煤气量超过3/4时，减少进气量，当高炉煤气气囊内的高炉煤气量低于1/2时，增加进气量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。