一种可均衡点火质量的烧结点火炉及其控制方法与流程

1.本发明涉及烧结点火技术领域，尤其是涉及一种可均衡点火质量的烧结点火炉及其控制方法。


背景技术：

2.烧结点火炉属于高炉炼铁的主要炉料的生产工艺设备，烧结点火炉是烧结生产的关键设备之一，其主要是承担台车布料后的料面点火功能，衡量点火炉优劣的关键指标是满足生产工艺的有效点火和点火煤气消耗量。目前主流设计点火炉的火嘴(某一排)一般共用一根煤气进气管，火嘴个体之间无差别，其存在主要问题是无法满足料面差别化点火需求。台车料面中间区域温度高，点火强度需求较低，而两侧边缘区域温度偏低，点火强度需求大。面对实际料面两侧点火强度要求高状况，主要是通过增加总管煤气流量，而适当控制中间区域火嘴阀门方式来平衡。但单个火嘴支管低开度控制久又易出现管内结焦、结奈堵塞火嘴情况。因此往往出现为确保料面边缘点火好看而导致中间大部分过熔状况。若两侧布料不好或点火炉炉役一长，此问题越显严重。这不仅恶化烧结料层整体透气性，降低经济技术指标，还增加煤气消耗量。目前所公开的烧结点火炉无法解决这一问题。
3.目前烧结点火炉的点火控制一般通过点火温度或点火强度的控制方式，不能实现烧结料面边缘以及料面中间的区别化控制，同时烧结过程中由于烧结生产负荷的调整变化较为频繁，一般根据点火炉温差变化、温差变化率、烧结机机速变化和目标温度自动调节煤气、空气阀位的方法来实现点火炉温度自动控制，其调整精度相对较差，且未能解决料面边缘以及料面中间的点火质量问题。
4.如中国发明专利cn104807326b，公开了一种适应料面波动的烧结点火炉，包括点火段、保温段,其特征在于：在点火段炉顶增设一排以上的备用烧嘴，备用烧嘴比点火段正常烧嘴离正常料面的距离小。通过这种设计，在点火段内设置一排正常烧嘴，这排正常烧嘴满足正常料面正常生产的要求，料面下降到下降料面时，使用备用烧嘴，达到烧嘴适应料面变化，始终保持最佳点火距离的目的，从而降低煤气消耗。其不足之处在于，仍然存在烧结边缘点火强度不足，中间区域点火过熔的问题。
5.又如中国发明专利申请cn107830736a，公开了一种烧结点火炉及其点火控制工艺，属于烧结点火装置领，包括点火膛，在点火膛内增设一排以上的侧边火嘴煤气管，侧边火嘴煤气管两端均设有若干排侧边火嘴，每一排侧边火嘴的数量为1个及以上，均与侧边火嘴煤气管连通。针对现有技术的点火炉存在的料面中间易过熔，两侧点火效果差的问题，它可以确保烧结边缘点火强度，又能使中间区域点火不过熔。其不足之处在于，虽然进行了边缘点火嘴和中间点火嘴的区分设计，但其边缘点火嘴的布置结构不合理，其仍然不能实现中间点火以及边缘点火的区分自动控制，故不能从根本上解决烧结料面宽度方向点火强度不均衡的现象。


技术实现要素：

6.针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种可均衡点火质量的烧结点火炉及其控制方法，其实现中间部位和边缘部位点火质量的均匀性，始终保持不欠烧不过熔的状态，同时可在一定程度上节约点火煤气的使用量。
7.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
8.一种可均衡点火质量的烧结点火炉，包括点火炉膛，所述点火炉膛内用于烧结料面中间位置点火的中间点火嘴结构和用于烧结料面两侧边缘位置点火的边缘点火嘴结构，所述中间点火嘴结构包括并排设置的两排点火嘴，边缘点火嘴结构位于两排点火嘴之间。
9.所述中间点火嘴结构的二排点火嘴包括第一排点火嘴和第二排点火嘴，第一排点火嘴通过第一排火嘴煤气管与煤气总管连通，第二排点火嘴通过第二排火嘴煤气管与煤气总管连通，第一排火嘴煤气管和第二排火嘴煤气管上均设有用于支管煤气流量切断和调整控制的支管煤气流量孔板、支管煤气切断阀以及支管煤气流量调节阀。
10.所述边缘点火嘴结构通过边缘火嘴煤气管与煤气总管相连通，边缘火嘴煤气管上设有用于支管煤气流量切断和调整控制支管煤气流量孔板、支管煤气切断阀以及支管煤气流量调节阀；边缘火嘴煤气管位于两排点火嘴之间。
11.所述边缘点火嘴结构包括一组边缘点火嘴，边缘点火嘴呈弧形布置；相邻的边缘点火嘴之间的间距小于相邻的中间点火嘴之间的间距。
12.所述边缘点火嘴结构的靠近烧结台车边缘位置的相邻点火嘴的布置间距小于远离烧结台车边缘位置的相邻点火嘴之间的布置间距。
13.对应所述第一排点火嘴和第二排点火嘴的端部均设有边缘点火嘴，两侧的边缘点火嘴采用相向对称布置。
14.所述点火炉膛内在第一排点火嘴和第二排点火嘴之间的中间位置设有两点中间位置点火测温孔；所述点火炉膛内在两侧边缘点火嘴之间的中间位置均设有一点边缘位置点火测温孔。
15.所述煤气总管上设有在线气体分析仪。
16.一种可均衡点火质量的烧结点火炉的控制方法，采用与点火炉下方风箱压力进行煤气量补偿调整及点火温度pid调整的双闭环控制方式。
17.所述控制方法中，点火炉风箱压力变动时的煤气补偿量调整优先对边缘点火嘴进行调整以消除边缘效应对边缘点火温度的影响，按煤气补偿量的75％
‑
85％调整点火炉边缘点火嘴的煤气流量，按煤气补偿量的25％
‑
15％调整点火炉第一排点火嘴和第二排点火嘴的煤气流量。
18.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
19.该可均衡点火质量的烧结点火炉及其控制方法设计合理，可实现中间部位和边缘部位点火温度的区别精准控制和调节；同时根据烧结生产过程中不同点火炉下方风箱压力的变化进行煤气量的自动补偿前置性调整，从而实现中间部位和边缘部位点火质量的均匀性，始终保持不欠烧不过熔的状态，同时可在一定程度上节约点火煤气的使用量。
附图说明
20.下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
21.图1为本发明点火炉结构示意图。
22.图中：
23.1.在线气体分析仪，2.煤气总管，3.支管煤气流量孔板，4.支管煤气切断阀，5.支管煤气流量调节阀，6.第一排火嘴煤气管，7.边缘火嘴煤气管，8.第二排火嘴煤气管，9.第一排点火嘴，10.第二排点火嘴，11.点火炉膛，12保温炉膛，13.中间位置点火测温孔，14.边缘位置点火测温孔，15.边缘点火嘴，16.相邻点火嘴。
具体实施方式
24.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
25.如图1所示，该可均衡点火质量的烧结点火炉，包括点火炉膛11，对应点火炉膛设有保温炉膛12；点火炉膛内用于烧结料面中间位置点火的中间点火嘴结构和用于烧结料面两侧边缘位置点火的边缘点火嘴结构，中间点火嘴结构包括并排设置的两排点火嘴，边缘点火嘴结构位于两排点火嘴之间。
26.中间点火嘴结构的二排点火嘴包括第一排点火嘴9和第二排点火嘴10，第一排点火嘴通过第一排火嘴煤气管6与煤气总管2连通，第二排点火嘴通过第二排火嘴煤气管8与煤气总管连通，第一排火嘴煤气管和第二排火嘴煤气管上均设有用于支管煤气流量切断和调整控制的支管煤气流量孔板3、支管煤气切断阀4以及支管煤气流量调节阀5，支管煤气流量孔板3、支管煤气切断阀4以及支管煤气流量调节阀5按照煤气流向依次设置。
27.边缘点火嘴结构通过边缘火嘴煤气管7与煤气总管相连通，边缘火嘴煤气管上设有用于支管煤气流量切断和调整控制支管煤气流量孔板、支管煤气切断阀以及支管煤气流量调节阀；边缘火嘴煤气管位于两排点火嘴之间，结构紧凑，便于布置。
28.对应所述第一排点火嘴和第二排点火嘴的端部均设有边缘点火嘴，两侧的边缘点火嘴采用相向对称布置；边缘点火嘴结构包括一组边缘点火嘴，边缘点火嘴呈弧形布置；相邻的边缘点火嘴之间的间距小于相邻的中间点火嘴之间的间距；边缘点火嘴结构的靠近烧结台车边缘位置的相邻点火嘴的布置间距小于远离烧结台车边缘位置的相邻点火嘴之间的布置间距，以起到强化边缘点火的强度的作用。
29.点火炉膛内在第一排点火嘴和第二排点火嘴之间的中间位置设有两点中间位置点火测温孔13，用于测温热电偶的测温，其测温结果参与点火炉的中间料面的点火温度联锁控制，即参与第一排点火嘴9和第二排点火嘴10的煤气流量调整控制；点火炉膛内在两侧边缘点火嘴之间的中间位置均设有一点边缘位置点火测温孔14，用于测温热电偶的测温，其测温结果参与点火炉联测料面边缘的点火温度联锁控制，即参与边缘点火嘴15的煤气流量调整控制。
30.煤气总管上设有在线气体分析仪1；用于实施检测煤气的各组分的体积分数，且参与烧结点火控制。本发明的控制方法，采用与点火炉下方风箱压力进行煤气量补偿调整及点火温度pid调整的双闭环控制方式。
31.点火炉风箱压力变动时的煤气补偿量调整优先对边缘点火嘴进行调整以消除边缘效应对边缘点火温度的影响，按煤气补偿量的75％
‑
85％调整点火炉边缘点火嘴的煤气流量，按煤气补偿量的25％
‑
15％调整点火炉第一排点火嘴和第二排点火嘴的煤气流量。
32.本发明点火炉设置二排点火嘴，由于中部位置的点火；且设置边缘点火嘴用于烧结料面边缘位置的点火；边缘点火嘴呈弧形布置，并采用相向对称布置，以起到强化边缘点火的强度的作用。其对应相邻点火嘴的布置间距小于第一排点火嘴和第二排点火嘴上相邻点火嘴的间距，以起到强化边缘点火质量的目的；边缘点火嘴的靠近烧结台车边缘位置的相邻点火嘴的布置间距略小于远离烧结台车边缘位置的相邻点火嘴之间的布置间距；边缘点火嘴、第一排点火嘴和第二排点火嘴的点火嘴的数量可根据烧结料面宽度以及点火嘴的结构性能参数形式进行合理选择。
33.本发明可实现中间部位和边缘部位点火温度的区别精准控制和调节；同时根据烧结生产过程中不同点火炉下方风箱压力的变化进行煤气量的自动补偿前置性调整，从而实现中间部位和边缘部位点火质量的均匀性，始终保持不欠烧不过熔的状态，同时可在一定程度上节约点火煤气的使用量。
34.本发明建立了烧结点火炉仿真计算模型，对点火炉在不同烧结料下部风箱负压下的流场进行了仿真模拟计算；以获取烧结料下部风箱负压对点火效果的影响规律，计算出点火炉漏风量与点火炉下方风箱负压的对应关系，并利用能量守恒的原理用于点火炉下方风箱压力不同时的煤气量补偿调整。
35.点火炉第一排点火嘴和第二排点火嘴的煤气流量控制以及第一排和第二排边缘点火嘴的煤气流量控制采用单独与其对应的检测温度进行闭环调整，其边缘以及中间部位的设定点火温度可根据生产实际情况进行区分不等设置。
36.本发明优选具体实例为：
37.本发明可均衡点火质量的烧结点火炉包括点火炉膛和保温炉膛，在点火炉膛内设有二排点火嘴，即第一排点火嘴9及第二排点火嘴10，用于烧结料面中间位置的点火。
38.第一排点火嘴9与第一排火嘴煤气管6联通，第一排火嘴煤气管6与煤气总管2联通，其中第一排火嘴煤气管6上依次设有支管煤气流量孔板3、支管煤气切断阀4以及支管煤气流量调节阀5，用于支管煤气流量的切断和调整控制。
39.第二排点火嘴10与第二排火嘴煤气管8联通，第二排火嘴煤气管10与煤气总管2联通，其中第二排火嘴煤气管10上依次设有支管煤气流量孔板、支管煤气切断阀以及支管煤气流量调节阀，用于支管煤气流量的切断和调整控制。
40.同时在点火炉膛11内设有边缘点火嘴15，用于烧结料面两侧边缘位置的点火；其与边缘火嘴煤气管7联通，边缘火嘴煤气管7与煤气总管2联通，边缘火嘴煤气管7上依次设有支管煤气流量孔板、支管煤气切断阀以及支管煤气流量调节阀，用于支管煤气流量的切断和调整控制。
41.更进一步地，上述边缘点火嘴15呈弧形布置，其对应相邻点火嘴16的布置间距小于第一排点火嘴9和第二排点火嘴10上相邻点火嘴16的间距，以起到强化边缘点火质量的目的。
42.更进一步地，上述边缘点火嘴15的靠近烧结台车边缘位置的相邻点火嘴16的布置间距略小于远离烧结台车边缘位置的相邻点火嘴16之间的布置间距。边缘点火嘴15、第一排点火嘴9和第二排点火嘴10的点火嘴16的数量可根据烧结料面宽度以及点火嘴的结构性能参数形式进行合理选择。
43.更进一步地，上述第一排和第二排边缘点火嘴15的弧形布置形式采用相向对称布
置，以起到强化边缘点火的强度的作用。
44.点火炉膛11内在第一排点火嘴9和第二排点火嘴10之间的中间适宜位置设有两点中间位置点火测温孔13，用于测温热电偶的测温，其测温结果参与点火炉的中间料面的点火温度联锁控制，即参与第一排点火嘴9和第二排点火嘴10的煤气流量调整控制。
45.点火炉膛11内在两侧第一排和第二排边缘点火嘴15之间的中间适宜位置各设有一点边缘位置点火测温孔14，用于测温热电偶的测温，其测温结果参与点火炉联测料面边缘的点火温度联锁控制，即参与边缘点火嘴15的煤气流量调整控制。
46.在煤气总管2上设有在线气体分析仪1，用于实施检测煤气的各组分的体积分数，且参与烧结点火控制。上述点火炉第一排和第二排边缘点火嘴15的煤气流量控制：采用上述边缘位置点火测温孔14的边缘检测温度的均值与第一排和第二排边缘点火嘴15的控制设定温度进行pid调整控制来控制其煤气量及助燃空气量，其中助燃空气量按期设定的空煤比随煤气量的调整进行同步调节。
47.上述点火炉第一排点火嘴9和第二排点火嘴10的煤气流量控制：采用上述2点中间位置点火测温孔13的检测温度的均值与第一排点火嘴9和第二排点火嘴10的控制设定温度进行pid调整控制来控制其煤气量及助燃空气量，其中助燃空气量按期设定的空煤比随煤气量的调整进行同步调节。
48.上述点火炉第一排点火嘴9和第二排点火嘴10的煤气流量控制以及第一排和第二排边缘点火嘴15的煤气流量控制采用单独与其对应的检测温度进行闭环调整，其边缘以及中间部位的设定点火温度可根据生产实际情况进行区分不等设置。
49.在不同烧结生产过程中，由于烧结点火炉下方的风箱压力是不同的。随着点火炉下方风箱压力的增加，烧结矿表面的高温区域逐渐向中心收缩，烧结料面上的温度场均匀性明显下降。当点火炉下方风箱压力过小时，点火炉炉膛为正压状态，炉膛内热烟气从点火炉与台车之间的缝隙往外冒，克服了料面边缘由于散热导致的温度不均，料面温度均匀性较好。随着点火炉下方风箱压力的增加，炉膛由正压状态变为负压状态，炉膛外冷风从点火炉与台车之间的缝隙抽入，导致料层边缘温度降低，影响点火效果。
50.正由于上述的原因，进一步地，上述点火炉温度控制采用与点火炉下方风箱压力进行煤气量补偿调整及点火温度pid调整的双闭环控制方式。
51.本发明具体的建立烧结点火炉仿真模型为：仿真计算选取烧结机点火炉炉膛及对应炉膛下方烧结料层作为仿真对象，按1：1等比例模型建立了烧结点火炉仿真计算模型。
52.湍流模型采用可实现的k
‑
e双方程模型，燃烧模型采用涡耗散模型，即假设化学反应速率较湍流混合速率快，燃料在点火炉炉膛的燃烧速率由湍流混合速率控制。求解算法采用simple算法，压力方程采用二阶格式，湍流扩散速率采用一阶迎风格式，动量方程，能量方程以及化学反应均采用二阶迎风格式。
53.运用上述点火炉仿真模型，对点火炉在不同烧结料下部风箱负压下的流场进行了仿真模拟计算。以获取烧结料下部风箱负压对点火效果的影响规律。
54.建立点火炉风箱负压和点火炉漏风量的仿真模拟及其拟合曲线，规定由点火炉向外漏风为负，由外部向点火炉漏风为正。随着烧结料下部负压值增加，漏风量由负值逐渐变为正值，表明点火炉由正压状态转变为负压状态。在正压状态时，高温烟气从点火炉与台车之间的缝隙流向外部环境，漏风量表现为负值，在负压状态下，外部环境中常温空气被吸入
点火炉膛，漏风量表现为正值。漏风量与烧结料下部负压基本呈线性变化，对曲线进行线性拟合，可以得到式(1)烧结点火炉下部风箱负压
‑
漏风量关系式。式中，q为漏风量，单位kg/s，p为点火炉下部风箱负压，单位kpa，a为拟合回归系数。
55.q＝a*p
‑
2.28
ꢀꢀꢀ
(1)
56.实际烧结生产过程中，由于烧结混合料原始透气性的变化、烧结生产负荷的变动调整时对应所需风量需进行跟进调整、对应烧结总管负压随着烧结主抽风机风门开度或变频赫兹数调整而发生变化，则点火炉下部风箱负压也随着上述过程的变化而发生改变。随着点火炉料层下部风箱负压的增加，从外部环境吸点火炉炉膛的冷空气量逐渐增大，要想保持预定的点火温度，则需要的理论燃气量会相应增加。依据热平衡理，并结合按上述计算公式，将物性参数和仿真计算获得的漏风量带入，进行点火炉下部风箱负压改变时对应的理论燃气量进行分析计算。这是由于，随着负压的增加，漏入点火炉膛内的风量也随着增加，为了将这部分漏入的冷风加热至预定点火温度，需要额外提供燃料，导致理论燃料量增加。
57.根据能量守恒方程可知，输入和输出系统能量的差值便为燃料提供的热量。已知燃料热值，通过热量计算出了燃料的喷入量。具体计算过程如下：
58.气体燃料密度：
59.气体燃料比热容：
60.气体燃料带入热量：
61.空气密度：
62.空气比热容：
63.空气带入热量：
64.烟气密度：
65.烟气比热容：
66.烟气携带的热量：
67.气体燃料放出的热量：q＝q
烟气
‑
q
气体燃料
‑
q
空气
ꢀꢀꢀ
式(11)
68.气体燃料的低位热值：
69.需要的气体燃料量：q
气体燃料
＝q/q
低位热值
ꢀꢀꢀ
式(13)
70.其中n为组分数；为体积分数；cp为比热容；ρ
k
为密度。
71.更进一步地，按上述计算方法可获得不同点火炉下方风箱压力下对应维持点火温度相对稳定的煤气补偿用量。实际控制过程中建立点火炉下方风箱压力的数据自动跟踪，并将当前一定时间周期内的风箱平均压力与前一时间周期内的风箱压力进行比较，若当前一定时间周期内的风箱平均压力波动差值与前一时间周期内的风箱压力的绝对比值大于或等于5％
‑
8％时，按上述计算的煤气补偿量进行对煤气量的调整。
72.更进一步地，上述在点火炉风箱压力变动时的煤气补偿量调整优先对边缘点火嘴进行调整以消除边缘效应对边缘点火温度的影响，具体的按上述计算的煤气补偿量的75％
‑
85％调整点火炉第第一排和第二排边缘点火嘴15的煤气流量，并按上述计算的煤气补偿量的25％
‑
15％调整点火炉第一排点火嘴9和第二排点火嘴10的煤气流量。
73.更进一步地，优先按上述点火炉下方风箱压力的变化进行煤气补偿调整，在此基础上再按各自设定的点火温度进行pid进一步的细化调整，按上述控制可减少烧结过程状态变化时点火温度的稳定控制，其调整具有一定的前置性，同时可实现点火炉中间部位和边缘部位点火温度的区别精准控制和调节。
74.上述仅为对本发明较佳的实施例说明，上述技术特征可以任意组合形成多个本发明的实施例方案。
75.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。