一種環冷鼓風機控制方法
2023-06-11 21:00:41 3
專利名稱：一種環冷鼓風機控制方法
技術領域：
本發明涉及冶金領域中燒結系統的節能技術，尤其是涉及一種環冷鼓風機控制方法。
背景技術：
隨著現代工業的迅速發展，鋼鐵生產規模越來越大，能源消耗也越來越多，節能環保成為鋼鐵生產的重要指標。在鋼鐵生產中，含鐵原料礦石進入高爐冶煉之前需要經過燒結系統處理。燒結是將各種粉狀含鐵原料配入適量的燃料和熔劑，經混合和造球後在燒結臺車上燃燒，使物料發生一系列物理化學變化，將礦粉顆粒黏結成容易冶煉的塊的過程。燒結系統除了包括燒結臺車外，還包括混合機、給料機、點火風機、環冷鼓風機等多個配套設 備，其總的工藝流程參見圖1所示各種原料在配料室I進行配比，然後進入混合機2進行混勻和造球，再通過圓輥給料機3和九輥布料機4將物料均勻散布在燒結臺車5上，點火風機6和引火風機7為物料點火，而燒結完成後得到的燒結礦經單輥破碎機8破碎後進入環冷鼓風機9進行冷卻，最後經篩分整粒後送至高爐，而廢氣煙塵則經主電除塵器淨化處理後由主抽風機10排出。其中環冷鼓風機即環式冷卻機，用於對燒結後得到的燒結礦進行鼓風冷卻，參見圖2、3所示。圖2是環冷鼓風機9的俯視圖，可以劃分為1、11等四個階段。燒結完成後得到的高溫燒結礦被輸送帶輸送至環冷鼓風機9的臺車91上，此時燒結礦的溫度在7000C 800°C之間。圖2是環冷鼓風機9的垂直剖視圖。進入環冷鼓風機9的燒結礦，在環冷鼓風機臺車91的篦板92上隨臺車91勻速轉動。環冷鼓風機9上的多臺鼓風機鼓入的冷卻風經風管93從臺車91下面由下向上吹向篦板92上的燒結礦，與燒結礦進行充分的熱交換，生成的熱煙氣再從臺車91上面的排煙管道94排出。最終燒結礦溫度會降至150°C以下，然後從環冷鼓風機9輸出並送入下一工序。通過以上對環冷鼓風機的描述可知，作為環冷鼓風機主要工作部件的鼓風機是一個耗電大戶。但是，為了保證冷卻效果，鼓風機一般都是處於滿負荷運轉狀態，鼓風量經常會比實際需要的要大，換句話說鼓風機運行時的功率經常存在著很大的餘量，導致了能源的白白浪費。在目前的燒結廠中，雖然可以依靠工人的經驗來對於鼓風機進行調節，但是顯然該方案存在很大的主觀因素，誤差很大，無法達到很好的節能效果。
發明內容
本發明實施例的目的是提供一種環冷鼓風機控制方法，以有效降低環冷鼓風機的能耗。本發明實施例公開了一種環冷鼓風機控制方法，所述環冷鼓風機包括一臺或多臺鼓風機，所述方法包括獲取所述環冷鼓風機臺車上物料的物料放熱量和所述臺車的臺車散熱量；控制所述一臺或多臺鼓風機中的第一指定數量的鼓風機滿負荷運行；
根據所述物料放熱量、所述臺車散熱量和獲取到的當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，調整所述一臺或多臺臺鼓風機中滿負荷運行的鼓風機數量。優選的，獲取所 述環冷鼓風機臺車上物料的物料放熱量的步驟，具體包括獲取所述臺車上的物料流量，並測量物料在所述臺車上冷卻前、後的溫度值；根據所述物料流量、所述冷卻前的溫度值，獲取物料在冷卻前的熱量值；根據所述物料流量、所述冷卻後的溫度值，獲取物料在冷卻後的熱量值；根據物料的所述冷卻前、後的熱量值獲取物料放熱量。優選的，獲取所述臺車的臺車散熱量的步驟，具體包括獲取所述臺車的表面積，並測量所述臺車溫度、環境溫度及環境風速；根據所述臺車表面積、所述臺車溫度、所述環境溫度及所述環境風速，獲取臺車散熱量。優選的，根據所述物料放熱量、所述臺車散熱量和獲取到的當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，調整所述一臺或多臺臺鼓風機中滿負荷運行的鼓風機數量的步驟，具體為逐漸遞減滿負荷運行的鼓風機的數量，並在遞減的同時獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，直至所述吸熱量、所述物料放熱量和所述臺車散熱量的關係滿足預設的條件。優選的，獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量的步驟，具體包括獲取當前滿負荷運行的鼓風機產生的冷卻風的風量；分別測量所述冷卻風與物料進行熱交換的前、後溫度值；根據所述冷卻風的風量和所述冷卻風熱交換前、後溫度值，獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量。優選的，直至所述吸熱量、所述物料放熱量和所述臺車散熱量的關係滿足預設的條件的步驟，具體包括判斷所述吸熱量是否小於所述物料放熱量與所述臺車散熱量的差值；若否，則繼續遞減；若是，則控制第二指定數量的鼓風機滿負荷運行，其中所述第二指定數量為當前滿負荷運行的鼓風機的數量加I臺。優選的，直至所述吸熱量、所述物料放熱量和所述臺車散熱量的關係滿足預設的條件的步驟，具體包括判斷所述吸熱量是否小於所述物料放熱量與所述臺車散熱量的差值；若否，則繼續遞減；若是，則控制當前滿負荷運行的鼓風機繼續滿負荷運行，同時控制其餘鼓風機中的第三指定數量的鼓風機變頻運行。優選的，控制其餘鼓風機中的第三指定數量的鼓風機變頻運行的步驟之後，還包括以期望的物料冷卻後溫度值與當前的物料冷卻後溫度值的差值為誤差對變頻運行的鼓風機進行模糊控制，以修正所述變頻運行的鼓風機的頻率。本發明實施例通過獲取物料放熱量、冷卻風吸熱量等數據，監測冷卻風與物料的熱交換情況，並據此控制各個鼓風機的運行狀態，將粗獷的風量控制轉變為精確的風量控制，以便提供最恰當的風量，減少風量的浪費，從而也就減少了功率的浪費，降低了能耗，節約了能源。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是燒結系統工作流程示意圖；圖2是環冷鼓風機俯視圖；圖3是環冷鼓風機垂直剖視圖； 圖4是本發明實施例一方法的流程圖；圖5是本發明實施例一中各測量裝置的位置示意圖；圖6是本發明實施例一中模塊控制框圖；圖7是本發明實施例二方法的流程圖；圖8是本發明實施例二鼓風機不意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例一圖4是本發明實施例一一種環冷鼓風機控制方法的流程圖，所述環冷鼓風機包括一臺或多臺鼓風機，所述方法包括以下步驟S401 :獲取所述環冷鼓風機臺車上物料的物料放熱量和所述臺車的臺車散熱量。環冷鼓風機的工作過程本質上就是一個熱交換過程。高溫的物料(燒結礦)輸入環冷鼓風機，同時環冷鼓風機的鼓風機鼓入冷風，冷風與高溫物料進行熱交換，冷風吸熱，物料放熱，最後冷卻後的物料從環冷鼓風機輸出，而冷風也變為熱風經煙道排出。用熱平衡公式描述這個熱交換過程，可以表示為Q 熱風冷風=(Qtmtif-Qtmjs) 臺車散熱 [I]該公式也即本實施例的熱交換模型。在公式[I]中為參與熱交換的冷風本身所攜帶的熱量(內能)-Qfews為物料在熱交換過程中熱量損失，也即物料放熱量；Q
為經煙道排出的熱風所攜帶的熱量為環冷鼓風機臺車的散熱量。本實施例的核心思想為在物料流量穩定的前提下，因為物料量固定、且輸入到環冷鼓風機的物料的溫度和從環冷鼓風機輸出的冷卻後的物料的溫度都是固定或可以設定的，所以物料放熱星(Qtwtif-QtifiJS)可以看成是Iv定值，冋時臺車的散熱Q#￠1 基本上也是定值，那麼在環冷鼓風機工作時公式[I]等號的右邊部分也就是一個確定的量了。根據這個確定的量便可以對鼓風機的數量、頻率等做出調整以控制風量，使得風量可以處於一個合理的狀態，避免浪費，從而節約了能源。為了得到公式[I]等號右邊部分的數值，需要分別獲取物料的放熱量(Qww-Qfe料後)和臺車的散熱Q臺4 熱。在某些實施例中，優選的，可以通過以下步驟獲取所述環冷鼓風機臺車上物料的物料放熱量S401A1 :獲取所述臺車上的物料流量，並測量物料在所述臺車上冷卻前、後的溫度值。對於物料流量在本實施例中，物料流量通過測量獲得。因為臺車的寬度、物料的密度等數據易知，所以測量物料流量時主要對臺車上物料的厚度及臺車速度進行檢測即 可。具體的，可以在環冷鼓風機臺車入口側設置一個紅外線高度檢測儀和一個臺車速度檢測儀，每隔一個採樣周期T分別對物料厚度、臺車速度進行檢測，並傳入計算機等設備以對物料流量進行計算。當然，在本發明其他實施例中，物料流量還可以不通過測量而是根據產量等數據確定，對於獲取物料流量的具體方式，本發明實施例不做限制。對於物料溫度值在本實施例中，物料冷卻前、後的溫度值通過溫度檢測裝置測量得到。在本實施例中，具體採用高精度的紅外線測溫器對所需溫度值進行測量，參見圖5所示，在環冷鼓風機9入口側臺車邊沿雙向設置兩對紅外線測溫器A，每隔一個採樣周期T對物料入口溫度進行一次檢測，並傳入計算機等設備，以對4個檢測溫度值進行平均值計算，以該平均值作為入口溫度值，即物料冷卻前溫度值。同樣的，在環冷鼓風機9出口位置沿環冷鼓風機臺車邊沿設置兩對紅外線測溫器B，每隔一個採樣周期對物料出口溫度進行一次檢測，並傳入計算機等設備以對4個檢測溫度值進行平均值計算，以該平均值作為出口溫度值，即物料冷卻後溫度值。S401A2 :根據所述物料流量、所述冷卻前的溫度值，獲取物料在冷卻前的熱量值。S401A3 :根據所述物料流量、所述冷卻後的溫度值，獲取物料在冷卻後的熱量值。S401A4 :根據物料的所述冷卻前、後的熱量值獲取物料放熱量。無論是放熱前還是放熱後，溫度為t的物料所攜帶的熱量Qw4均可以用以下公式表不:Q物料=V物料 XCXt [2]公式[2]中，V·為物料流量，單位可以是kg/h，即千克/小時；C為物料在該溫度下的比熱，單位可以是KJ/kg°C。物料流量、物料冷卻前後溫度在前面已經測出，而物料在不同溫度下的比熱也可以通過查手冊等途徑獲取到，所以物料在冷卻前所含的熱量Q 以及物料在冷卻後所含的熱量Qw4js便可以由公式[2]算出，而物料放熱量(Qww-Qfews)也就能得到了。在某些實施例中，優選的，可以通過以下步驟獲取所述環冷鼓風機臺車散熱量S401B1 :獲取所述臺車的表面積，並測量所述臺車溫度、環境溫度及環境風速。S401B2 :根據所述臺車表面積、所述臺車溫度、所述環境溫度及所述環境風速，獲取臺車散熱量。具體的，可以使用燒結手冊上給出的以下經驗公式來計算臺車散熱Q臺車散熱=Q外部散熱+QtJ撒熱=KXAX Δ t/1000 [3]
其中A為環冷鼓風機臺車的表面積，單位是m2 ; At為臺車溫度與環境溫度之差，單位。C ;1000為焦轉化為千焦；κ為臺車散熱比例係數，根據環境風速不同而變化，當環境風速為Wf時，可以使用燒結手冊上給出的以下經驗公式[4]來計算K:K= (5. 3+3. 6fff) X 4. 1868，kj/ (m2 · h · °C ) [4]S402 :控制所述一臺或多臺鼓風機中的第一指定數量的鼓風機滿負荷運行。在調整鼓風機時，本實施例的核心思想是從較大風量開始，通過比較冷卻風的吸熱與物料放熱臺車散熱的大小關係來逐漸降低風量，直至風量達到合理水平。所以在初始時會控制所述一臺或多臺鼓風機中的第一指定數量的鼓風機滿負荷運行，以產生一個較大風量。所述第一指定數量可以是鼓風機的全部數量。S403:根據所述物料放熱量、所述臺車散熱量和獲取到的當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，調整所述一臺或多臺臺鼓風機中滿負荷運行的鼓風機數量。在步驟S402中 已開啟了各個鼓風機，而在步驟S401中也已經獲取到公式[I]等號右邊部分(Q -Q 4後的數值，相當於有了一個標準，那麼便可以令獲取到的當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量根據這一標準相比較來調整所述一臺或多臺臺鼓風機中滿負荷運行的鼓風機數量。在某些實施例中，優選的，S403具體可以為S4031 :逐漸遞減滿負荷運行的鼓風機的數量，並在遞減的同時獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，直至所述吸熱量、所述物料放熱量和所述臺車散熱量的關係滿足預設的條件。優選的，獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量的步驟，具體可以包括I)獲取當前滿負荷運行的鼓風機產生的冷卻風的風量。鼓風機鼓出的風的吸熱量為熱風所含熱量Qiw減去冷風所含熱量Qaw，而溫度為t的風所含的熱量(^可以根據以下公式獲得Q風=V風 Xt風 XC風 X60/1000MJ/h [5]其中VmS冷卻風的風量，單位可以是mVmin ;CW為溫度為t°C的風的比熱，單位kJ/m3°C。通過公式[5]可知，首先應該獲取到冷卻風的風量。在理想情況下，鼓入的冷卻風的風量Vm與排除的熱風的風量Viw應該是一致的，所以具體可以在圖5中即每個熱風收集口處設置一個流量計對熱風流量進行檢測，每隔一個採樣周期T對熱風溫度進行檢測，並傳入計算機等設備，從而獲得風量值。但是，在檢測過程中，會發現鼓風機鼓入的冷卻風VΛ與熱風風量Viw不一致，這是由於系統存在不參與熱交換過程的漏風，這種漏風可稱為無效風量。所以在測得Viw後鼓風量鼓入的冷卻風的風量Vm可通過以下公式算得V風=V 熱風/η [6]其中用η表示有效風率，有效風率可通過經驗獲得，或根據熱風流量檢測值與鼓風量檢測值比較得出。2)分別測量所述冷卻風與物料進行熱交換的前、後溫度值。要想根據公式[5]獲得冷卻風所含的熱量，則測得風量後，還需要對風的溫度進行測量。具體的，冷風的溫度即為環境溫度，可在現場設定一個環境溫度計進行測量。而熱風的溫度可以在每個熱風出口處設置兩個紅外線測溫器C進行測量，如圖5所示，每隔一個採樣周期T對經過熱交換的空氣溫度進行檢測，並傳入計算機等設備進行平均值計算，以確定熱風的溫度。3)根據所述冷卻風的風量和所述冷卻風熱交換前、後溫度值，獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量。獲取到冷卻風風量V風及冷卻風熱交換前、後溫度值，並通過資料獲取到相應的比熱後，便可以根據公式[5]獲得冷卻風的吸熱量。優選的，直至所述吸熱量、所述物料放熱量和所述臺車散熱量的關係滿足預設的條件的步驟，具體可以是以下兩種方式方式一判斷所述吸熱量是否小於所述物料放熱量與所述臺車散熱量的差值；若否，則繼續遞減； 若是，則控制第二指定數量的鼓風機滿負荷運行，其中所述第二指定數量為當前滿負荷運行的鼓風機的數量加I臺。方式二判斷所述吸熱量是否小於所述物料放熱量與所述臺車散熱量的差值；若否，則繼續遞減；若是，則控制當前滿負荷運行的鼓風機繼續滿負荷運行，同時控制其餘鼓風機中的第三指定數量的鼓風機變頻運行。第三指定數量可以為多臺也可以為I臺，當為I臺時，則該變頻運行的鼓風機需要吸收的熱量9$ 為Q變頻=(Q物料U -Q物料後)-Q臺車*熱-(Q熱風-Q冷風)有了該熱量值後，結合變頻風機參數表或通過調試等方式便可以確定出該變頻風機的頻率。以上兩種方式都是逐漸遞減全負荷運行的鼓風機的數量，直至所述吸熱量剛剛小於所述物料放熱量與所述臺車散熱量的差值為止，然後再通過重新增加I臺滿負荷運行的鼓風機、或是使其它鼓風機變頻運行的方式，令風量再略微增加，從而達到剛好滿足用來吸熱所需風量的目的，從而儘可能的減少了風量的浪費，節約了能源。此外，由於鼓風后會造成環境的變化，熱風溫度等各種狀態都會發生改變，所以在設定了變頻運行的鼓風機的初始頻率後，還可以根據現場情況對變頻風機的頻率進行微調，即，在本實施例中優選的，在控制其餘鼓風機中的第三指定數量的鼓風機變頻運行的步驟之後，還可以包括以期望的物料冷卻後溫度值與當前的物料冷卻後溫度值的差值為誤差對變頻運行的鼓風機進行模糊控制，以修正所述變頻運行的鼓風機的頻率。圖7為本實施例模糊控制框圖。誤差E為期望的物料冷卻後溫度(即設定的物料冷卻後溫度)與實際測得的物料冷
「P dE
卻後溫度之差，K =I誤差Ε、誤差變化率EC作為模糊控制輸入，通過模糊控制器輸出控
制指令，對鼓風機的變頻電機進行調速控制，被控對象為公式[I]即本實施例的熱交換模型。模糊控制器包含了五個主要部分，即定義變量、模糊化、知識庫、邏輯判斷及反模糊化。一般控制問題上，輸入變量有輸出誤差E與輸出誤差之變化率EC，而控制變量則為下一個狀態之輸入U。其中E、EC、U統稱為模糊變量；將輸入值以適當的比例轉換到論域的數值，利用口語化變量來描述測量物理量的過程，依適合的語言值(linguistic value)求該值相對之隸屬度，即為模糊化過程；知識庫包括資料庫和規則庫，資料庫是提供處理模糊數據之相關定義，而規則庫則藉由一群語言控制規則描述控制目標和策略；邏輯判斷是模仿人類下判斷時的模糊概念，運用模糊邏輯和模糊推論法進行推論，而得到模糊控制訊號；將模糊控制訊號轉換為明確控制信號，為反模糊化。在本發明某些實施例中，模糊規則推理可以按表I中的方式進行表I
權利要求
1.一種環冷鼓風機控制方法，其特徵在於，所述環冷鼓風機包括一臺或多臺鼓風機，所述方法包括 獲取所述環冷鼓風機臺車上物料的物料放熱量和所述臺車的臺車散熱量； 控制所述一臺或多臺鼓風機中的第一指定數量的鼓風機滿負荷運行； 根據所述物料放熱量、所述臺車散熱量和獲取到的當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，調整所述一臺或多臺臺鼓風機中滿負荷運行的鼓風機數量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，獲取所述環冷鼓風機臺車上物料的物料放熱量的步驟，具體包括 獲取所述臺車上的物料流量，並測量物料在所述臺車上冷卻前、後的溫度值； 根據所述物料流量、所述冷卻前的溫度值，獲取物料在冷卻前的熱量值； 根據所述物料流量、所述冷卻後的溫度值，獲取物料在冷卻後的熱量值； 根據物料的所述冷卻前、後的熱量值獲取物料放熱量。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，獲取所述臺車的臺車散熱量的步驟，具體包括 獲取所述臺車的表面積，並測量所述臺車溫度、環境溫度及環境風速； 根據所述臺車表面積、所述臺車溫度、所述環境溫度及所述環境風速，獲取臺車散熱量。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據所述物料放熱量、所述臺車散熱量和獲取到的當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，調整所述一臺或多臺臺鼓風機中滿負荷運行的鼓風機數量的步驟，具體為 逐漸遞減滿負荷運行的鼓風機的數量，並在遞減的同時獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，直至所述吸熱量、所述物料放熱量和所述臺車散熱量的關係滿足預設的條件。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量的步驟，具體包括 獲取當前滿負荷運行的鼓風機產生的冷卻風的風量； 分別測量所述冷卻風與物料進行熱交換的前、後溫度值； 根據所述冷卻風的風量和所述冷卻風熱交換前、後溫度值，獲取當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，直至所述吸熱量、所述物料放熱量和所述臺車散熱量的關係滿足預設的條件的步驟，具體包括 判斷所述吸熱量是否小於所述物料放熱量與所述臺車散熱量的差值； 若否，則繼續遞減； 若是，則控制第二指定數量的鼓風機滿負荷運行，其中所述第二指定數量為當前滿負荷運行的鼓風機的數量加I臺。
7.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，直至所述吸熱量、所述物料放熱量和所述臺車散熱量的關係滿足預設的條件的步驟，具體包括 判斷所述吸熱量是否小於所述物料放熱量與所述臺車散熱量的差值； 若否，則繼續遞減； 若是，則控制當前滿負荷運行的鼓風機繼續滿負荷運行，同時控制其餘鼓風機中的第三指定數量的鼓風機變頻運行。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，控制其餘鼓風機中的第三指定數量的鼓風機變頻運行的步驟之後，還包括 以期望的物料冷卻後溫度值與當前的物料冷卻後溫度值的差值為誤差對變頻運行的鼓風機進行模糊控制，以修正所述變頻運行的鼓風機的頻率。
全文摘要
本發明的實施例公開了一種環冷鼓風機控制方法，所述環冷鼓風機包括一臺或多臺鼓風機，所述方法包括獲取所述環冷鼓風機臺車上物料的物料放熱量和所述臺車的臺車散熱量；控制所述一臺或多臺鼓風機中的第一指定數量的鼓風機滿負荷運行；根據所述物料放熱量、所述臺車散熱量和獲取到的當前滿負荷運行的鼓風機的吸熱量，調整所述一臺或多臺臺鼓風機中滿負荷運行的鼓風機數量。本發明實施例通過獲取物料放熱量、冷卻風吸熱量等數據，監測冷卻風與物料的熱交換情況，並據此控制各個鼓風機的運行狀態，將粗狂的風量控制轉變為精確的風量控制，以便提供最恰當的風量，減少風量的浪費，從而也就減少了功率的浪費，降低了能耗，節約了能源。
文檔編號C22B1/26GK103014329SQ20121057964
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者孫超, 袁立新, 盧楊權, 申偉傑, 高鵬雙, 諶浩渺 申請人:中冶長天國際工程有限責任公司