一种钛渣电炉烟气温度预测方法与流程

1.本发明涉及钛渣烟气冷却和煤气回收技术领域，特别是涉及一种钛渣电炉烟气温度预测方法。


背景技术：

2.钛渣冶炼实质是钛精矿与还原剂(焦炭或煤)混合加入电炉进行还原熔炼。还原过程生成大量co气体，其热值为1800-3000kcal/m3，回收煤气具有较高经济价值。由于电炉生成烟气进入烟道处温度较高(1200～1400℃)，通常在烟道和电炉连接处不安装温度测试点，而实际温度测试点距电炉与烟道连接处有较大距离，使得烟道入口处气体温度得不到及时反馈，从而得到的烟气温度存在一定滞后性，实际生产操作仅仅凭经验来控制，严重影响电炉稳定生产，且无法及时应对电炉出现突发异常情况。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种钛渣电炉烟气温度预测方法，实现不同条件下电炉连接烟道入口处气体温度预测，为加料和送电控制提供依据。
4.为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
5.一种钛渣电炉烟气温度预测方法，包括：根据选定区段烟道的烟气带走热量和烟尘带走热量之和与烟道换热热量相同原则得到选定区段烟道的烟道换热系数，根据选定区段烟道的烟道换热系数与整个烟道的烟道换热系数相同原则建立烟道入口处气体温度模型。
6.进一步地，按摩尔百分比计烟气成分中一氧化碳含量为30-80％，二氧化碳含量为1.5-10％，氮气含量为15-50％，氢气含量为2％-5％，烟气流量为2000-6000nm3/h。
7.进一步地，方法包括建立选定区段烟道的烟气带走热量和选定区段烟道的烟气温度的关系。
8.进一步地，选定区段烟道的烟气带走热量与烟气比热、烟气产生量、以及选定区段烟道的烟道进口处气体温度和烟道出口处气体温度的温差的关系为：
9.q1＝m1c1△
t1；
10.其中，
△
t1＝t
进-t
出
；
11.t
进
、t
出
分别为选定区段烟道的烟道进口处气体温度、烟道出口处气体温度，℃；
12.q1表示选定区段烟道的烟气带走热量，kj/h；
13.c1为烟气比热，kcal/(kg
·
℃)；
14.m1为选定区段烟道的烟气产生量，kg/h。
15.进一步地，方法包括建立选定区段烟道的烟尘带走热量和选定区段烟道的烟气温度的关系。
16.进一步地，选定区段烟道的烟尘带走热量与烟尘比热、烟尘产生量以及选定区段烟道的烟道进口处气体温度和烟道出口处气体温度的温差的关系为：
17.q2＝m2c2△
t2，
18.其中，
△
t2＝
△
t1＝t
进-t
出
；
19.t
进
、t
出
分别为选定区段烟道的烟道进口处气体温度、烟道出口处气体温度，℃；
20.q2表示选定区段烟道的烟尘带走热量，kj/h；
21.c2为烟尘比热，kj/(kg
·
℃)；
22.m2为选定区段烟道的烟尘产生量，kg/h。
23.进一步地，烟尘产生量为200-1200kg/h。
24.进一步地，方法包括建立选定区段烟道的烟道换热热量和选定区段烟道的烟气温度的关系。
25.进一步地，选定区段烟道的烟道换热热量与烟道换热系数、水冷烟道传热面积、烟道对数平均温差的关系为：
26.q3＝kf(
△
t)lm，
27.其中，(
△
t)lm＝(
△
t1‑△
t2)/ln(
△
t1/
△
t2)，
△
t1＝t
进-t
进
，
△
t2＝t
出-t
出
；
28.t
进
、t
出
分别为选定区段烟道的烟道进口处气体温度、烟道出口处气体温度，℃；
29.t
进
、t
出
分别为选定区段烟道的烟道进口处水温、烟道出口处水温，℃；
30.q3表示选定区段烟道的烟道换热热量，kj/h；
31.k为选定区段烟道的烟道换热系数，w/(m2·
℃)；
32.f＝4.93dl；
33.f为选定区段烟道的水冷烟道传热面积，m2；
34.d为选定区段烟道的烟道直径，m；
35.l为选定区段烟道的水冷烟道长度，m。
36.更进一步地，烟道换热系数为3-11w/(m2·
℃)。
37.本发明的有益效果为：
38.本发明的钛渣电炉烟气温度预测方法，可以实现不同条件下电炉连接烟道入口处气体温度预测，为加料和送电控制提供依据，有效降低电炉异常情况发生概率，同时为烟道设计和煤气回收装备选择提供参考。
附图说明
39.图1显示本发明的钛渣电炉烟气温度预测方法的过程简图。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.本发明提供的钛渣电炉烟气温度预测方法，包括：根据选定区段烟道的烟气带走热量和烟尘带走热量之和与烟道换热热量相同原则得到该选定区段烟道的烟道换热系数，根据选定区段烟道的烟道换热系数与整个烟道的烟道换热系数相同原则建立烟道入口处气体温度模型。
42.本发明的钛渣电炉烟气温度预测方法，如图1所示，包括以下步骤：
43.步骤1，建立选定区段烟道的烟气带走热量和该选定区段烟道的烟气温度的关系；
44.步骤2，建立该选定区段烟道的烟尘带走热量和该选定区段烟道的烟气温度的关系；
45.步骤3，建立该选定区段烟道的烟道换热热量和该选定区段烟道的烟气温度的关系，求解该选定区段烟道的烟道换热系数；
46.步骤4，建立烟道入口处气体温度模型。
47.首先，建立选定区段烟道的烟气带走热量和该选定区段烟道的烟气温度的关系包括：根据烟气成分、烟气流量，建立选定区段烟道的烟气带走热量q1与该选定区段烟道的烟道进口处气体温度和烟道出口处气体温度的温差
△
t1的关系。即q1＝m1c1△
t1，
△
t1＝t
进-t
出
；其中t
进
为选定区段烟道的烟道进口处气体温度、t
出
为选定区段烟道的烟道出口处气体温度，℃；c1为烟气比热kcal/(kg
·
℃)；m1为烟气产生量，kg/h。
48.其中按摩尔百分比计烟气成分中一氧化碳(co)含量为30-80％，二氧化碳(co2)含量为1.5-10％，氮气(n2)含量为15-50％，氢气(h2)含量为2％-5％，烟气流量为2000-6000nm3/h。
49.其次，建立该选定区段烟道的烟尘带走热量和该选定区段烟道的烟气温度的关系包括：根据钛渣冶炼物料平衡原则，得到烟尘(除尘灰)产生量，由此建立该选定区段烟道的烟尘带走热量q2与该选定区段烟道的烟道进口处烟尘温度和烟道出口处烟尘温度的温差
△
t2的关系。即q2＝m2c2△
t2，
△
t
2＝
△
t1；其中在本发明方法中烟道进口处烟尘温度、烟道出口处烟尘温度分别与烟道进口处气体温度t
进
、烟道出口处气体温度t
出
相同，
△
t2为该选定区段烟道的烟道进口处烟尘温度与烟道出口处烟尘温度的温差也就是等同于该选定区段烟道的烟道进口处气体温度t
进
和烟道出口处气体温度t
出
的温差，℃；c2为烟尘比热，0.22-0.26kj/(kg
·
℃)；m2为烟尘产生量，200-1200kg/h。
50.其次，建立该选定区段烟道的烟道换热热量和该选定区段烟道的烟气温度的关系包括：在给定烟道条件下，建立该选定区段烟道的烟道换热热量q3与该选定区段烟道的烟道对数平均温差(
△
t)lm的关系，即q3＝kf(
△
t)lm，(
△
t)lm＝(
△
t1‑△
t2)/ln(
△
t1/
△
t2)，
△
t1＝t
进-t
进
，
△
t2＝t
出-t
出
，t
进
为该选定区段烟道的烟道进口处水温、t
出
为该选定区段烟道的烟道出口处水温，℃；k，烟道换热系数，w/(m2·
℃)；f＝4.93dl，f为水冷烟道传热面积，m2；d，烟道直径，m；l为水冷烟道长度，m。
51.其次，求解该选定区段烟道的烟道换热系数包括：根据该选定区段烟道的烟气带走热量q1和烟尘带走热量q2之和与烟道换热量q3相同原则，即q1 q2＝q3，在该选定区段烟道的烟道进口处气体温度t
进
、烟道出口处气体温度t
出
、烟道进口处水温t
进
、烟道出口处水温t
出
条件下，可以得到烟道换热系数k，3-11w/(m2·
℃)。
52.最后，建立烟道入口处气体温度模型。根据选定区段烟道的烟道换热系数与整个烟道的烟道换热系数相同原则，当已知烟道出口处气体温度时，由此建立烟道入口处气体温度模型。通过改变烟道尺寸、烟尘产生量、烟气流量、烟气成分等条件，由此预测出不同条件下烟道入口处气体温度。
53.在本发明的钛渣电炉烟气温度预测方法中，选定区段烟道为烟道的任意区段。选定区段烟道的截面形状及尺寸与烟道的截面形状及尺寸一致。
54.本发明的钛渣电炉烟气温度预测方法，在下面进行详细描述。
55.实施例1
56.根据按摩尔百分比计的烟气成分中co含量为40％、co2含量为9.5％、n2含量为45.5％、h2含量为4％，烟气流量为3200nm3/h，得到烟气比热c1为0.29kcal/(kg
·
℃)，烟气产生量m1为4074.29kg/h；采用200目比例93％的钛精矿进行冶炼钛渣，根据钛渣冶炼物料平衡原则，得到烟尘产生量m2为300kg/h，烟尘比热c2为0.225kj/(kg
·
℃)；已知烟道直径d为1.2m，选定区段烟道的水冷烟道长度l为18m，该选定区段烟道的烟道进口处气体温度t
进
为1050℃、烟道出口处气体温度t
出
为713℃，则烟气带走热量q1为1688166kj/h，烟尘带走热量q2为22747.5kj/h；按照烟气带走热量q1和烟尘带走热量q2之和与烟道换热热量q3相同原则，选定区段烟道的烟道进口处水温t
进
为33℃、烟道出口处水温t
出
为39℃，则烟道换热系数k为5.35w/(m2·
℃)；按照烟道换热系数k相同原则，已知电炉连接的烟道入口处与最近的烟道热电偶测温点距离为10.8m，则烟道入口处气体温度为1328℃。
57.实施例2
58.根据按摩尔百分比计的烟气成分中co含量为59.3％、co2含量为6.8％、n2含量为29.3％、h2含量为3.8％，烟气流量为5500nm3/h，得到烟气比热c1为0.29kcal/(kg
·
℃)，烟气产生量m1为6907.41kg/h；采用200目比例75％的钛精矿进行冶炼钛渣，根据钛渣冶炼物料平衡原则，得到烟尘产生量m2为800kg/h，烟尘比热c2为0.235kj/(kg
·
℃)；已知烟道直径d为1.2m，选定区段烟道的水冷烟道长度l为36m，该选定区段烟道的烟道进口处气体温度t
进
为950℃、烟道出口处气体温度t
出
为408℃，则烟气带走热量q1为4618668.26kj/h，烟尘带走热量q2为101896kj/h；按照烟气带走热量q1和烟尘带走热量q2之和与烟道换热热量q3相同原则，选定区段烟道的烟道进口处水温t
进
为33℃、烟道出口处水温t
出
为39℃，则烟道换热系数k为10.23w/(m2·
℃)；按照烟道换热系数k相同原则，已知电炉连接的烟道入口处与最近的烟道热电偶测温点距离为14.5m，则烟道入口处气体温度为1350℃。
59.本发明的钛渣电炉烟气温度预测方法，根据已知烟气成分和流量、烟道进出口处气体温度、进出水温，烟道长度和烟道直径，按公式q1＝m1c1△
t1、q2＝m2c2△
t2、q3＝kf(
△
t)lm、f＝4.93dl和q1 q2＝q3，计算出烟道传热系数k。然后，根据电炉连接的烟道入口处与最近的烟道热电偶测温点的距离，根据已知烟气成分和流量、烟道出口处气体温度、进出水温，按公式q1＝m1c1△
t1、q2＝m2c2△
t2、q3＝kf(
△
t)lm、f＝4.93dl和q1 q2＝q3计算出烟道入口处气体温度。
60.本发明的钛渣电炉烟气温度预测方法，可以实现不同条件下电炉连接烟道入口处气体温度预测，为加料和送电控制提供依据，有效降低电炉异常情况发生概率，同时为烟道设计和煤气回收装备选择提供参考。
61.以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。