一种烧结煤气消耗的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及烧结煤气消耗控制技术领域，特别是一种烧结煤气消耗的控制系统及方法。

背景技术

“双减排”是企业履行经济责任、政治责任、社会责任的重要体现，也是企业挖潜增效，提高经济效益的必要手段。而烧结煤气消耗指标就是烧结工序能耗中的一个重要环节，它在工序能耗中所占比例达到11%左右。因此在降低烧结工序煤气消耗控制上理论与现场实际设备和科技进步发展相结合，持续落实降低烧结工序煤气消耗措施、持续开展行业提升和科技创新是实现能耗降低的基础。

烧结生产工艺原理是通过烧结机台车料面点火后在抽风作用下风力透过料面自上而下运行带动火焰向下逐步深入而形成烧结过程。因此也要求烧结机台车上的原料必须具备一定的透气性，而这个首要条件是由点火完毕之前的工艺干预决定的。如果初始负压过高，空煤气温度低、点火装置耗能高、参数调整差，不仅会造成煤气的浪费，更重要的是过大的风量会将原料颗粒间隙的空气瞬间抽空，使料层紧缩压实，合理的料层透气性受到破坏，最终制约烧结机煤气消耗和产能的发挥。

现有的工艺对煤气和空气的流量、压力、混合比例以及燃烧室内的燃烧状态、料层底部的风箱负压调节等参数的调节效果较差，多采用人工跟踪并实时调节，不仅浪费大量人力物力，而且煤气的消耗也无法达到预想中的效果，并且人工调节完全掌握料层的透气性，一旦料层的透气性被破坏加大煤气的消耗。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种烧结煤气消耗的控制系统及方法，解决了现有的煤气消耗的控制调节效果差、因料层的透气性易遭破坏导致煤气消耗较大等问题。

一方面，实现上述目的本发明的技术方案为，一种烧结煤气消耗的控制系统，包括混合料给料仓、烧结台车、点火器和若干风箱，所述点火器具有供烧结台车径直穿过的通道，所述混合料给料仓设置于所述通道的进口所在的一侧，若干风箱依次排列设置，且若干风箱之间通过隔板隔开，所述点火器和混合料给料仓位于风箱的上方，所述烧结台车能够从风箱的上方、混合料给料仓的下方穿过点火器，还包括：

预热炉，连接有煤气进气管道、煤气出气管道、空气进气管道和空气出气管道，对煤气和空气进行预热，所述煤气出气管道和空气出气管道均与所述点火器连接；

数据处理分析模块，用于对测得的管道内煤气的压力、流量、温度、热值数据；空气的压力、流量、温度数据；点火器内的压力、温度和燃烧状态数据；以及混合料给料仓内的混合料的温度、粒度、水分参数数据进行综合分析处理；

控制模块，其与所述数据处理分析模块相连接，用于发送控制信号给煤气管道和空气管道上的控制部件，控制介质的压力和流量；

其中所述煤气进气管道上设置有煤气快切阀和煤气调节阀，所述煤气出气管道上设置有煤气调节阀，所述空气进气管道上设置有空气调节阀，位于点火器正下方的风箱的出口处设置有微负压阀，所述煤气快切阀、煤气调节阀、空气调节阀、微负压阀均与所述控制模块电性连接；

位于点火器正下方的风箱之间以及点火器正下方的风箱与其他风箱之间的隔板的底部设置有支撑隔板的弹性机构，使得隔板能够紧贴于所述烧结台车的底部，并将位于点火器正下方的风箱的内部空间各自独立隔绝。

进一步地，所述煤气进气管道上设置有煤气压力检测模块、煤气热值检测模块和煤气流量检测模块，其中所述煤气快切阀和煤气调节阀位于煤气热值检测模块和煤气流量检测模块之间；

所述煤气出气管道上设置有煤气温度检测模块和煤气流量检测模块，其中煤气出气管道上的煤气调节阀位于煤气温度检测模块和煤气流量检测模块之间，所述煤气压力检测模块、煤气热值检测模块、煤气流量检测模块、煤气温度检测模块均与所述数据处理分析模块电性连接。

进一步地，所述空气进气管道上设置有空气压力检测模块和空气流量检测模块，所述空气调节阀位于空气压力检测模块和空气流量检测模块之间，所述空气压力检测模块位于所述空气调节阀远离预热炉的一侧；

所述空气出气管道上设置有空气温度检测模块，其中所述空气压力检测模块、空气流量检测模块、空气温度检测模块均与所述数据处理分析模块电性连接。

进一步地，所述点火器内设置有点火温度检测模块、燃烧状态检测模块和炉膛压力检测模块，所述混合料给料仓内设置有混合料温度、粒度、水分检测模块，所述点火温度检测模块、燃烧状态检测模块、炉膛压力检测模块以及混合料温度、粒度、水分检测模块均与所述数据处理分析模块电性连接。

进一步地，若干风箱通过风管依次与主烟道连通，其中位于所述点火器正下方的风箱上的风管上设置有微负压阀，且该风管内设置有风管压力检测模块，所述风管压力检测模块与所述数据处理模块电性连接。

进一步地，所述弹性机构采用的是弹簧或者橡胶。

进一步地，所述烧结机的两侧设置有用于将物料压实的压辊；或者所述烧结机的两侧设置有用于将透气孔遮弊的弊条。

另一方面，本发明还提供了一种烧结煤气消耗的控制方法，主要包括以下步骤：

S1、获取煤气来源质量、压力、流量、温度参数数据；获取空气来源流量、温度参数数据；获取生产工况参数信息数据；

S2、根据煤气特性、燃烧形式、燃烧环境及对应的影响因素制定变量因素控制措施；

S3、根据影响因素建立煤气和空气的调节预测模型、信息储存和分享、自动调节、跟踪预警及联动调节功能模块；

S4、根据获取、提供的煤气和空气参数信息，推演优化燃烧模型，实时跟踪并通过功能模块对相应的变量进行优化调节。

其中，步骤S1中，所述生产工况参数信息数据包括烧结机的运动速度；点火料面的厚度；原燃料水分粒度。

其中，步骤S2中，所述影响因素包括煤气的质量变化、燃烧状态、燃烧的稳定性；空煤气的混合比例；

所述变量因素包括煤气来源的质量、压力、流量、温度；空气来源的流量、温度；相对应料层的抽风负压压力；燃烧室的燃烧温度、压力；

所述控制措施包括空气、煤气的混合比例；空气、煤气流量的自动调节；煤气介质的稳压、稳流；相对应的料层抽风负压调整及燃烧室的燃烧氛围调节。

与现有技术相比其有益效果在于：

1、本发明中对煤气空气自动调节系统进行升级，打破常规通过人员手动操作现场调节煤气及空气调节阀开度，通过数据处理分析模块对采集到的煤气和空气的温度、压力、流量等数据、点火器的内部状况以及混合料的温度、粒度、水分等各方面数据进行综合分析处理，并由控制模块控制相应的阀门的运作，对相应的变量进行调节优化，以达到符合生产实际需求的点火温度的操作模式，并且可以通过程序编制、设置，设定空煤气的调整比例，部分实现按比例自动调整空煤气使用，也减少了人为控制上的煤气消耗，提升了煤气消耗向智能化管控的思路和方向。

2、增设的弹性机构可以保证隔板紧贴在烧结台车的底部，保证点火器正下方的风箱与其他风箱是相隔绝的，实现了风箱之间不串风、不漏风，通过微负压阀控制该风箱内的压力，使其保持稳定的负压，在改善整体密封效果的同时有效实现风门、风量和负压的独立精准控，全程稳定了点火负压控制，较大程度的降低煤气消耗指标，达到了既定改造项目效益的实现。

附图说明

图1是本发明中控制系统的侧视结构示意图；

图2是本发明中控制系统的仰视结构示意图；

图3是本发明中点火器正下方隔板的结构示意图；

图4是控制方法的流程框图。

图中，1、烧结台车；2、混合料给料仓；3、点火器；4、风箱；5、隔板；6、弹性机构；7、主烟道；8、风管；9、微负压阀；10、预热炉；11、煤气进气管道；12、煤气出气管道；13、空气进气管道；14、空气出气管道；15、煤气压力检测模块；16、煤气热值检测模块；17、煤气快切阀；18、煤气调节阀；19、煤气流量检测模块；20、煤气温度检测模块；21、空气压力检测模块；22、空气调节阀；23、空气流量检测模块；24、空气温度检测模块；25、点火温度检测模块；26、炉膛压力检测模块；27、燃烧状态检测模块；28、风管压力检测模块；29、混合料温度、粒度、水分检测模块。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明的一优选实施例提出了一种烧结煤气消耗的控制系统，整套系统主要包括混合料给料仓2、烧结台车1、预热炉10、点火器3和若干风箱4，其中若干风箱4依次呈直线布置，或者呈环线布置；在若干风箱4的两侧设置有轨道，烧结台车1可以沿着轨道以一定速度在风箱4的上方行驶。

点火器3具有一个前后贯通的通道，烧结台车1可以穿过该通道；混合料给料仓2设置在点火器3的通道的进口处，并位于烧结台车1的上方，当烧结台车1运动到混合料给料仓2的下方时，混合料给料仓2会将按一定比例混合的物料投放到烧结台车1上，然后烧结台车1会均速穿过点火器3，点火器3会将煤气和空气以一定比例混合并点火，将烧结台车1上的物料点燃，对物料进行燃烧。

冷煤气是低温度煤气，一般为常温。由于高炉煤气热值太低,其正常燃烧温度远远满足不了烧结生产对点火温度1100±50℃的要求，为了达到生产需求就要牺牲煤气消耗而达正常烧结所需要的点火及燃烧温度，这就需要将高炉煤气本身和助燃空气均预热后进行点火,以满足生产的要求。

高炉煤气不能直接用于烧结点火的技术关键在于燃烧温度过低，不能满足铁矿石烧结温度的要求。高炉煤气的热值随着高炉新技术的采用，其热值已降至720Kcal/NM3，不预热的高炉煤气根据热值高低,理论燃烧温度只有1100-1230℃左右，可以达到的炉温只有870-950℃左右，远远满足不了1100℃左右点火温度的实际要求。这就是过去国内外烧结点火炉都采用热值为1800～4200Kcal/ M3的混合煤气和焦炉煤气的原因。为提高燃气的燃烧温度，固然可以采用富氧燃烧等措施，但最经济的方式还是将高炉煤气和助燃空气进行预热提高高炉煤气和助燃空气的温度最为有效。

如图2所示，该预热炉10就是用于将煤气和空气进行预热，预热炉10具有煤气进口和出口，空气进口和出口，在煤气进口和出口处分别连接有煤气进气管道11和煤气出气管道12，在空气进口和出口处分别连接有空气进气管道13和空气出气管道14，煤气出气管道12和空气出气管道14均与点火器3连接，预热炉10对煤气和空气预热后，煤气和空气按比例混合后会进入到点火器3中。

当煤气和空气预热温度分别为100～300℃和200～400℃时，煤气的理论燃烧温度可达到1640℃，相应炉温可以达到1100℃左右，从而满足了烧结点火炉的点火温度和点火时间要求。

通过预热炉10可以实现煤气空气双预热，采用先进的工艺和技术提升了空煤气的预热温度及能力，并降低了煤气消耗。

如图2所示，在煤气进气管道11上离预热炉10由远到近依次设置有煤气压力检测模块15、煤气热值检测模块16、煤气快切阀17、煤气调节阀18和煤气流量检测模块19，在煤气出气管道12上离预热炉10由近到远依次设置有煤气温度检测模块20、煤气调节阀18和煤气流量检测模块19，煤气压力检测模块15用于检测煤气预热前（即来源煤气）的压力，并通过煤气调节阀18对流量进行调节；煤气热值检测模块16用于检测来源煤气的热值，煤气快切阀17用于快速切换煤气管道的开启和关闭，煤气流量检测模块19用于检测煤气预热前后的流量，煤气温度检测模块20用于检测煤气预热后的温度。

如图2所示，在空气进气管道13上离预热炉10由远到近依次设置有空气压力检测模块21、空气调节阀22、空气流量检测模块23，在空气出气管道14上设置有空气温度检测模块24，其中空气压力检测模块21用于检测预热前空气的压力，空气调节阀22用于调节管道内空气的流量，空气流量检测模块23用于检测空气的流量，空气温度检测模块24用于检测预热后空气的温度。

如图2所示，在点火器3内部设置有点火温度检测模块25、燃烧状态检测模块27和炉膛压力检测模块26，分别对点火温度、物料及煤气的燃烧状态、及点火器3内部炉膛的压力进行检测；在混合料给料仓2内设置有混合料温度29、粒度、水分检测模块粒度，用于对物料的温度、粒度、水分进行检测，该物料即为混合料，是将多种料按一定比例在混料机中混合形成。

参考图1，每个风箱4之间都通过隔板5隔断，隔板5的顶面与烧结台车1的底部之间具有一定间隙，一般该间隙在20mm左右，若干风箱4通过风管8依次与主烟道7连接，主烟道7向外抽风，使得风箱4内产生负压，由于烧结台车1上具有若干透气孔，烧结台车1的底部产生负压后，空气就会由上往下，向烧结台车1底部的风箱4流通，这样有助于烧结台车1上物料的燃烧。

参考图2、图3，本实施例中根据点火器3的长度设计，在点火器3的正下方设置有三个风箱4，这三个风箱4中之间以及与其他风箱4之间的隔板5的底部设置有弹性机构6，也就是四个隔板5的底部都设置弹性机构6，该弹性机构6采用的是弹簧或者橡胶，对隔板5起支撑作用，使得位于点火器3正下方的这几个隔板5的顶面紧贴在烧结台车1的底面，这样就可以将这三个风箱4与其他风箱4相隔绝，同时在这三个风箱4的出口处，连接主烟道7的风管8上设置有微负压阀9，可以调节这三个风箱4内的负压压力。

由于其他风箱4的隔板5与烧结台车1的底面具有一定间隙，因此在抽气过程中风箱4之间会串风、漏风，从而导致位于点火器3正下方的这三个风箱4内的负压无法达到设定压力，如果将不设置弹性机构6直接将隔板5的顶面贴在烧结台车1的底面，烧结台车1在运动的过程中由于隔板5无法上下浮动，隔板5会被蹭掉落，影响使用；采用了由弹簧或者橡胶组成的弹性机构6，隔板5在弹力的作用下可以上下浮动，始终保证隔板5的顶面与烧结台车1的底部摩擦接触，将这三个风箱4与其他风箱4相隔绝，这样就可以保证这三个风箱4内部的负压稳定，这个三个风箱4产生的微负压有助于点火器3点火。

由于烧结点火过程的热交换是个非常复杂的过程，影响的因素很多。目前，世界各国使用的烧结点火炉有两种点火方式。一种是利用燃烧的高温火焰直接点燃混合料。另一种是把点火炉当作燃烧室，借助燃烧室的高温气氛来点燃混合料。目前采用高温火焰瞬时直接点火，其原理是利用燃烧的高温火焰直接冲击烧结混合料，实现瞬时点火。其火焰在台车宽度方向上呈幕帘状，具有温度分布均匀、点火时间短、煤气能源消耗低等特点。

采用微负压点火其主要理论是基于烧结气体动力学而来，实际措施主要是通过对点火炉下方的1#~3#风箱4风量和负压的合理分配、控制使点火炉内部形成-10~-50pa的微负压。点火负压过低或过高都不行，点火负压过低，点火炉火焰内收，冷空气从点火炉四周吸入，降低炉膛温度，烧结台车1两侧点火效果差；点火燃料的可燃成分过早地被吸入料层，表层点火热量不足，抽入过多风量破坏原始料层透气性，增加料层阻力，增加进入风箱4支管的灰量。点火负压过高，点火炉火焰外扑(向台车外扩散)，点火炉的燃烧产物不能全部抽入料层，浪费能源，且烧损烧结台车1栏板。

点火器3下风箱4间隔板5采用浮动式隔板5代替原有的隔板5，利用弹性原理使密封时刻紧贴烧结台车1的底部，使1#~3#风箱4各自分离形成独立风箱4，实现了风箱4之间不串风、不漏风，在改善整体密封效果的同时有效实现风门、风量和负压的独立精准控制，进一步提升煤气的降耗空间。

在点火器3正下方的这三个风箱4的风管8上均设置有风管8压力检测模块，用于检测风箱4的压力，其中风管8压力检测模块、以及上述的煤气压力检测模块15、煤气热值检测模块16、煤气流量检测模块19、煤气温度检测模块20、空气压力检测模块21、空气流量检测模块23、空气温度检测模块24、点火温度检测模块25、燃烧状态检测模块27、炉膛压力检测模块26、混合料温度29、粒度、水分检测模块粒度均与数据处理分析模块电性连接，会将检测到的相应的数据发送给数据处理分析模块。

数据处理分析模块与控制模块电性连接，数据处理分析模块会将测得的煤气的压力、流量、温度、热值等数据，空气的压力、流量、温度等数据，点火器3内的压力、温度和燃烧状态等数据，以及混合料给料仓2内的混合料的温度、粒度、水分等参数数据进行综合分析处理，数据处理分析模块再综合烧结机的运动速度、烧结料车上点火料面的厚度、物料的水分粒度等工况信息，根据煤气特性、燃烧形式、燃烧环境及煤气来源的质量、压力、流量、温度，空气来源的流量、温度，点火器3正下方的三个风箱4内抽风负压压力，燃烧室的燃烧温度、炉膛压力等影响因素，制定相应的变量因素控制措施，如对空气、煤气的混合比例进行调节，对空气、煤气流量进行自动调节，对煤气介质的压力和流量稳定性进行调节，对相应的风箱4内的负压压力进行调整，对燃烧室内的燃烧温度、压力进行调节等等。

以上控制措施是根据整个煤气消耗控制系统中的变量进行调节从而实现的，主要变量包括煤气来源的质量、压力、流量、温度，空气来源的流量、温度，点火器3正下方的三个风箱4内的抽风负压压力，以及燃烧室的燃烧温度、压力等等。

系统会根据以上因素，在系统内建立煤气和空气的调节预测模型、信息储存和分享模块、自动调节模块、跟踪预警模块、联动调节模块，使得工作人员可以对相应的信息快速跟踪并预警，系统会根据预测模型采取相应的措施，对燃烧模型进行优化，由控制模块对煤气调节阀18、煤气快切阀17、空气调节阀22以及微负压阀9进行控制，调节对介质的压力和流量进行调控。

煤气调节阀18、煤气快切阀17、空气调节阀22、微负压阀9采用是启动控制或者电动控制，因此这四个阀门均与控制模块电性连接，能够对这四个阀门实时控制。

系统会根据点火器3内烧结台车1上的物料的燃烧状态实时对相应的变量进行调控。

数据处理分析模块和控制模块一般都集成在PLC控制系统中，因此可以联网，能够实现在线数据跟踪、在线参数检测、在线自动调节、在线自动检测、在线自动预警、在线检测燃烧状态等功能，根据数据互联、自动技术以及实际需求，实现烧结煤气燃烧及消耗的最优控制，具体控制方法参考图4。

由于烧结台车1的两侧具有挡板，因此混合料给料仓2在给烧结台车1进行上料时，物料多会堆积在烧结料车的中间，从而导致烧结台车1的中间区域料厚，两侧料薄，这就导致物料在燃烧的过程中产生边缘效应，即烧结机台车两侧的漏风和物料的偏析影响烧结矿的质量，烧结台车1中间的物料和两侧的物料燃烧时间和速度不一样。另一方面，烧结边缘效应差，也涉及点火炉热值浪费，边缘点火差会增加煤气用量，提高点火温度，提高煤气消耗。

为此本发明还采取相应的改进措施，一是控制混合料给料仓2左右往复运动的换向时间，使得物料落料更加均匀，控制两侧物料偏析问题；二是在烧结台车1的两侧增加物料压辊，将台车两侧的物料压实，提高物料厚实程度，降低透气性；三是在烧结台车1的两侧加弊条封堵气孔，防止台车的底部透气，也可以减缓台车两侧的物料的燃烧速度，起到抑制边缘效应的作用。

通过以上措施可以抑制物料燃烧时的边缘效应，从而降低煤气的消耗。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。