一種半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置及測控方法

2023-12-04 10:43:11

一種半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置及測控方法
【專利摘要】本發明公開了一種半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置及測控方法，測控裝置包括處理器，所述處理器通過含氧量分析儀連接有含氧量傳感器，所述含氧量傳感器的探頭插入半封閉鐵合金礦熱爐煙道或排煙筒內；所述處理器通過AD轉換模塊與半封閉鐵合金礦熱爐的電能表連接，所述處理器通過驅動繼電器與半封閉鐵合金礦熱爐爐門的電控系統連接。本發明根據煙氣的含氧量和礦熱爐當前功率來測量和控制煙氣量，靈敏度高，能有效解決目前使用的測量裝置由於探頭取樣點不同、探頭伸入煙囪內位置不同而測到的煙氣量不同問題。
【專利說明】一種半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置及測控方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鐵合金生產領域，特別是錳系鐵合金半封閉礦熱爐煙氣治理工程和煙氣餘熱發電系統的煙氣量測量與控制。
【背景技術】
[0002]鐵合金(包括S1-Fe、Mn-Fe、Cr-Fe、Mn-S1-Fe等)是在礦熱爐內進行氧化還原反應而得到的合金。在冶煉過程中會產生大量的煙氣。除塵工程和煙氣餘熱利用工程都需要對煙氣量進行測量，並對其進行有效的控制。
[0003]目前，測量煙氣量的方法都多是採用皮托管和均速管流量計、熱平衡式質量流量計測量。由於煙?內同一橫截面不同位置煙氣流速相差很大，常用流量計測量測出的煙氣量只能代表取樣點的煙氣量，而不是煙道的煙氣量。探頭插入煙?位置不同，測到的煙氣量相差很大，人為因素直接影響到測量結果，從而導致爐門電控系統的誤動。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置及測控方法，快速準確測量地測量半封閉鐵合金礦熱爐冶煉過程中產生的煙氣量，避免半封閉鐵合金礦熱爐爐門電控系統誤動，使煙氣量能控制在滿足煙氣治理和利用煙氣餘熱進行發電需要的範圍內。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是:一種半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置，包括處理器，所述處理器通過含氧量分析儀連接有含氧量傳感器，所述含氧量傳感器的探頭插入半封閉鐵合金礦 熱爐煙道或排煙筒內；所述處理器通過AD轉換模塊與半封閉鐵合金礦熱爐的電能表連接(以接收半封閉鐵合金礦熱爐的用功功率信號)，所述處理器通過驅動繼電器與半封閉鐵合金礦熱爐爐門的電控系統連接。
[0006]本發明還提供了一種利用上述測控裝置半封閉鐵合金礦熱爐測量煙氣量的方法，該方法為:
[0007]I)確定單位時間內半封閉鐵合金礦熱爐內冶煉的鐵合金重量
[0008]QFe: Qpe=W Pd ；
[0009]其中，QFe單位為t/h ；ff為半封閉鐵合金礦熱爐輸入變壓器有功功率，單位為kW ；Pd為冶煉I噸鐵合金的電耗，單位為kWh/t ；
[0010]2)確定單位時間半封閉鐵合金礦熱爐內產生CO的數量Vcq:
[0011 ] Vco=1000 XQjX C%+ 12=83QFePjC%=83.3WPjC%+Pd ；
[0012]其中，Vra單位為mol/h ;C%為焦炭中固定炭的重量百分含量；
[0013]3)確定單位時間進入半封閉鐵合金礦熱爐的空氣量Vk:
[0014]因為:C0+0.502=C02 得& =OJVc0=O^Vc02 ；
[0015]Vk=V02 + (%02標 _%02) =41.7QFePjC%+ (%02 標 _%02)
[0016]=41.7WPjC%+Pd (%02 標 _%02)；[0017]其中，νω單位為mol/h ;C%為焦炭中固定炭的重量百分含量；PD為冶煉I噸鐵合金的電耗，kffh/t, Pj為冶煉I噸鐵合金消耗的幹焦碳重量，kg/t ；
[0018]4)確定單位時間半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量Vy:
[0019]Vy=Vk-0.5V02+Vc02=Vk+0.5Vco
[0020]=41.7WPjC% + [Pd (%02 標-%02) ] +41.7WPjC%+Pd
[0021]=41.7WPjC%[1+ (%02標_%02)+1] +Pd
[0022]5)判斷煙氣量Vy是否低於設定的煙氣量下限或者超過設定的煙氣量上限(因煙氣量和礦熱爐的爐型、冶煉品種的不同而不同，甚至同一臺爐在不同時期，其煙氣量也變化。所以，上限、下限參數要根據實際情況設定)；
[0023]6)若煙氣量Vy低於設定的煙氣量下限，則處理器輸出開大半封閉鐵合金礦熱爐爐門或煙道野風閥閥門的開關量信號，爐門電控系統構動作，開大爐門，直到煙氣量\為設定的煙氣量下限和設定的煙氣量上限的中值時，爐門電控系統構停止動作；若煙氣量Vy超過設定的煙氣量上限，則處理器輸出關小半封閉鐵合金礦熱爐爐門的開關量信號，爐門電控系統構動作，關小爐門，直到煙氣量Vy為設定的煙氣量下限和設定的煙氣量上限的中值時，爐門電控系統構停止動作。
[0024]本發明的煙氣量計算原理為:半封閉鐵合金礦熱爐中每噸鐵合金冶煉需要的焦炭是固定的，每噸焦炭燃燒放出的一氧化碳氣體量也是固定的。半封密鐵合金礦熱爐內氧化還原反應放出的一氧化碳氣體，將在爐口與空氣接觸而燃燒為二氧化碳。煙氣量的多少，一是取決於爐內單位時間內產生的一氧化碳量，二是取決於助燃空氣量。據此原理，通過測量出煙氣中的含氧量，即可計算出煙氣總量。
[0025]與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為:本發明在系統不漏氣的前提下，煙氣含氧量不受取樣點和取樣位置影響，安裝在排煙筒任意位置就能快速準確測出爐膛煙道入口處的煙氣量；本發明能快速準確測量地測量半封閉鐵合金礦熱爐冶煉過程中產生的煙氣量，避免半封閉鐵合金礦熱爐爐門電控系統誤動，使煙氣量能控制在滿足煙氣治理和利用煙氣餘熱進行發電需要的範圍內；本發明裝置靈敏度高，能有效避免目前使用的測控裝置誤動作現象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發明一實施例半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置；
[0027]圖2為本發明一實施例半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置外部結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本發明一實施例半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置，包括處理器，所述處理器通過含氧量分析儀連接有含氧量傳感器，所述含氧量傳感器的探頭插入半封閉鐵合金礦熱爐煙道或排煙筒內；所述處理器通過功率信號接收模塊接收半封閉鐵合金礦熱爐有功功率信號，所述處理器通過驅動繼電器與半封閉鐵合金礦熱爐爐門或煙道野風閥閥門連接；所述處理器連接有顯示模塊和鍵盤驅動模塊；所述含氧量傳感器測量的煙氣含氧量範圍是0-25%。
[0029]所述處理器連接有報警器，如蜂鳴器，報警器可以在煙氣量超過設定的煙氣量上限或低於設定的煙氣量下限時發出報警信號。
[0030]本發明裝置對煙氣量的測控範圍是不小於0.5m3/h。
[0031]顯示模塊為LED顯示屏，顯示處理器輸出的煙氣量信號。
[0032]處理器還連接有通信模塊，用於將本發明的測控裝置與其他自動化設備、自動化控制系統連接，通過通信模塊可以接收和傳輸指令、數據，如:將煙氣量、煙氣溫度、電爐功率等數據顯示到遠處的電腦屏幕上，控制半封閉鐵合金礦熱爐電動機開停、轉速高低等。
[0033]關於傳感器探頭的安裝位置，如果系統不漏風，安裝在從爐膛煙道入口到排氣出口之間任一位置都可，如果系統漏風，則應該儘可能安裝在近煙道入口位置。
[0034]半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置的使用方法如下:
[0035]I)把測控裝置安裝在機箱內，把機箱安裝在控制室或其他合適位置；
[0036]2)將機箱輸出埠與原有的爐門電控系統的開關、限位等控制線路相連接；
[0037]3)通過鍵盤驅動模塊(本實施例中為6X4鍵盤)在處理器(CPU)內設定煙氣量控制的上限和下限值；
[0038]4)將含氧量傳感器的探頭插入煙道或排煙筒內檢測煙氣含氧量，當用於煙氣治理的布袋除塵工程時，傳感器探頭宜安裝在除塵器前端，儘可能靠近電爐端的煙囪段。當用於煙氣餘熱利用時，安裝在要檢測的煙氣管道和排煙筒的任意位置；
[0039]5)將礦熱爐當前有功功率信號送至功率信號接收模塊；
[0040]6)給機箱煙氣量測控裝置接通220V電源，測控裝置開始工作，機箱內的測控裝置依據傳感器傳遞的煙氣含氧量信號運算出煙氣量，完成煙氣量測量任務；
[0041]7)當煙氣量超過設定的煙氣量上限或低於設定的煙氣量下限時，處理器輸出控制爐門或閥門開關的開關量信號。
[0042]8)除塵系統原有風量調節的爐門電控系統，在接到開關信號後，自動打開或關小礦熱爐爐門，增加或減少進入爐內的空氣量，從而降低或提高煙氣量，完成煙氣量控制。
[0043]實施例1
[0044]本發明應用於煙氣餘熱發電的煙氣量測控。某20MVA錳矽鐵合金礦熱爐安裝有煙氣餘熱鍋爐，爐內煙氣在變頻引風機的作用下，通過餘熱鍋爐進行熱交換，再送到布袋除塵裝置淨化煙氣，經布袋淨化後的煙氣從排氣筒排出。煙氣餘熱發電的管道及餘熱鍋爐系統要求煙氣量控制在30000Nm3/h?53000萬N m3/h範圍。可通過下述實施辦法達到上述目的。
[0045]把傳感器的探頭安裝在礦熱爐煙氣除塵後的淨化煙氣排氣筒2 - 3米高處，探頭伸入到排氣橫截面內任一位置進行煙氣取樣；傳感器在I秒內將探測到的煙氣含氧量信號輸送到處理器；同時，功率信號接收模塊將從電能表接收礦熱爐當前有功功率信號，輸送到處理器。在處理器內，即時完成數據處理，自動計算出煙氣量。處理器將煙氣量信號送至機箱LED顯示屏上顯示煙氣量。舉例說明:當測到當時入爐功率為16.5MW、煙氣含氧量為16%時，此時，該礦熱爐的煙氣量為32651Nm3/h，LED顯示屏顯示即時的煙氣量。此時煙氣量位於煙氣量控制上限和下限之間，煙氣量測控裝置不輸出開關量，爐門電控系統不做動作。保持爐子輸入功率不變，當測到煙氣含氧量為17.99%時，煙氣量顯示為53000Nm3/h，煙氣量達到了控制上限，此時，處理器向爐門電控系統輸出降低變頻調速風機速度的指令，使礦熱爐爐膛吸入的空氣量逐步減少，煙氣量逐步下降，直到煙氣量達到設定的煙氣量範圍的中值41500Nm3/h(對應的煙氣含氧量17.28%)時動作停止。反之，當測到的煙氣含氧量為15.54%時，煙氣量顯示為30000Nm3/h，此時因為煙氣量達到了下限，需要提升煙氣的煙氣量，處理器會向電控系統輸出提高變頻風機轉速的信號，直到煙氣量達到設定的煙氣量範圍的中值41500Nm3/h時動作停止，從而確保煙氣量在設定的控制範圍內。
[0046]實施例2
[0047]本發明應用於礦熱爐煙氣除塵淨化治理。某公司2X25麗礦熱爐煙氣除塵器系統，抽風能力和壓頭可滿足最大負荷需要。該除塵系統的礦熱爐爐門設置有電動開關裝置，公司原來是通過人工電動控制爐膛煙罩爐門大小來控制爐膛吸入空氣量。除塵器設計濾袋處理煙氣量即額定煙氣量為250000Nm3/h，最小不低於150000Nm3/h，除塵器前面設置了可調機力冷卻器，冷卻能力可以滿足最惡劣的爐況要求。可通過下述實施辦法來確保除塵器濾袋處理煙氣量在額定煙氣量內。
[0048]實施辦法
[0049]把煙氣含氧量傳感器的探頭安裝在除塵系統管道與直排煙囪接壤的位置。把250000Nm3/h、和150000Nm3/h這兩個值設定為處理器發出開關量動作指令的控制點。當測到煙氣含氧量為20.01%時，處理器運算得出的煙氣量為250000Nm3/h，此時煙氣量達到了控制上限，處理器輸出開關量動作信號，爐門電動機構動作，關小爐門，進入爐膛的空氣減少，煙氣量逐步降低；當煙氣含氧量減少到19.76%時動作停止，此時，煙氣量為設定的上、下限的中值，機箱LED顯示200000Nm3/h。當測到的煙氣含氧量為19.37%，煙氣量顯示為150000Nm3/h時，此時煙氣量達到了控制下限，處理器輸出開關量動作信號，爐門電動機構動作，開大爐門，進入爐膛的空氣增加，煙氣量逐步升高，直到煙氣含氧量提升到19.76%時動作停止(中值)。從而確保濾袋在設定的250000Nm3/h和150000Nm3/h煙氣量範圍內工作，既防止了處理煙氣量過大導致系統能耗增加和濾袋過負荷工作，又避免了處理量過小，系統風速太慢，導致積塵堵塞現象發生。
[0050]本發明實施例中的中間值指設定的煙氣量的上限值和下限值的算術平均值的
± 10% O
【權利要求】
1.一種半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置，其特徵在於，包括處理器，所述處理器通過含氧量分析儀連接有含氧量傳感器，所述含氧量傳感器的探頭插入半封閉鐵合金礦熱爐煙道或排煙筒內；所述處理器通過AD轉換模塊與半封閉鐵合金礦熱爐的電能表連接，所述處理器通過驅動繼電器與半封閉鐵合金礦熱爐爐門的電控系統連接。
2.根據權利要求1所述的半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置，其特徵在於，所述處理器連接有顯示模塊和鍵盤驅動模塊。
3.根據權利要求1或2所述的半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置，其特徵在於，所述處理器連接有報警器。
4.根據權利要求1或2所述的半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量測控裝置，其特徵在於，所述處理器連接有通信模塊。
5.一種利用權利要求1或2所述測控裝置測控半封閉鐵合金礦熱爐測量煙氣量的方法，其特徵在於，該方法為: 1)確定單位時間內半封閉鐵合金礦熱爐內冶煉的鐵合金重量QFe:QFe=W^PD ； 其中，Qpe單位為t/h ；ff為半封閉鐵合金礦熱爐輸入變壓器有功功率，單位為kW ； 確定單位時間半封閉鐵合金礦熱爐內產生CO的數量:
Vco=83.3WPjC%+Pd ； 其中，Vra單位為mol/h ；C%為焦炭中固定炭的重量百分含量；PD為冶煉I噸鐵合金的電耗，kffh/t, Pj為冶煉I噸鐵合金消耗幹焦碳重量，kg/t ； 2)確定單位時間進入半封閉鐵`合金礦熱爐的空氣量Vk:
VK=41.TWPjCo/o+PdC/oO^-o/oC^)； 其中，％02；g和%02分別為當地空氣含氧量和煙氣含氧量； 3)確定單位時間半封閉鐵合金礦熱爐煙氣量Vy:
VY=41.7WPjC%[1+ (%02標-%02)+1] +Pd ； 4)判斷煙氣量Vy是否低於設定的煙氣量下限或者超過設定的煙氣量上限； 5)若煙氣量Vy低於設定的煙氣量下限，則處理器輸出開大半封閉鐵合金礦熱爐爐門或煙道野風閥閥門的開關量信號，爐門電控系統構動作，開大爐門，直到煙氣量Vy為設定的煙氣量下限和設定的煙氣量上限的中值時，爐門電控系統構停止動作；若煙氣量Vy超過設定的煙氣量上限，則處理器輸出關小半封閉鐵合金礦熱爐爐門的開關量信號，爐門電控系統構動作，關小爐門，直到煙氣量Vy為設定的煙氣量下限和設定的煙氣量上限的中值時，爐門電控系統構停止動作。
【文檔編號】F27D19/00GK103512378SQ201310486517
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】曾世林, 賈豔樺, 農韋健, 蘇繼才, 黃祖誠, 黃積福, 陳忠健, 趙洪洋 申請人:廣西鐵合金有限責任公司, 廣西來賓銘鴻發電有限公司