一种烧结余热回收系统循环风机变频控制方法与流程

1.本发明属于余热回收技术领域，涉及一种烧结余热回收系统循环风机变频控制方法。


背景技术：

2.烧结余热回收系统是一种通过回收烧结环冷机烟气余热，用于驱动汽轮机的装置。具体工艺流程为：将环冷机一段、二段烟囱外排的高温烟气通过管道引入余热锅炉，在锅炉中换热后降低至约120～140℃，然后再经循环风机加压后，通过烟囱外排或者返回环冷机进风口用于烧结矿的冷却。
3.实际运行过程中，影响循环风机的风量大小的因素较多，比如：烧结生产负荷的波动、季节交替导致的环境温度变化等。为了便于对调节循环风机负荷进行调节，一般余热回收系统循环风机均采用变频调速的运行方式。在运行过程中，若生产负荷波动或环境因素发生变化，运行人员需通过观测环冷机烟囱的烟气温度、烟气流量以及其他测点数据，根据经验判断是否需要调节转速，进而手工调节风机工作频率，等待系统工作稳定后再次观察判断，直至运行人员认为工作参数达到理想状态。
4.目前的调节方式存在以下问题：调节过程需要人为干预，无法实现风机频率的自动控制；手工调节对运行人员的经验要求比较高，且容易发生操作失误；手工调节由于缺乏可靠的算法支撑，实际调节效果往往无法达到最优，若风机风量偏大或偏小，会导致余热回收效率低或系统能耗增加。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种烧结余热回收系统循环风机变频控制方法，解决人工调节方式存在的自动化程度低及调节精度差的问题。
6.本发明所采用的技术方案是，一种烧结余热回收系统循环风机变频控制方法，具体包括以下步骤：
7.步骤1、计算设计工况下环冷机一段、二段末端处烧结矿的冷却温度t1和t2；
8.步骤2、获取运行工况下环冷机上部烧结矿的实际温度t
′0、t1'、t
′2；
9.步骤3、判断|t2'-t2|≥10℃或|t1'-t1|≥10℃是否成立，若成立则进入步骤4，若不成立则进入步骤6；
10.步骤4、计算环冷机一段、二段所需的最佳冷却风量q1'和q'2；
11.步骤5、根据步骤4得到的最佳冷却风量q1'和q'2，计算循环风机最佳工作转速n'；
12.步骤6、调节循环风机工作频率至步骤5中的n'；调节环冷机一段、二段冷却风道的风门开度，将开度比例控制为一段开度/二段开度＝q1'/q'2；
13.步骤7、调整完成后等待10分钟，待工况稳定后返回步骤2进行循环判定执行。
14.步骤1中根据烧结环冷机及配套鼓风机参数，通过公式(1)、(2)分别计算出设计工况下环冷机一段、二段末端烧结矿的冷却温度t1和t2：
[0015][0016][0017]
式中：
[0018]
t0—烧结矿冷却前的温度，单位℃，一般为750～800℃；t1—环冷机一段末端烧结矿的冷却温度，单位℃；t2—环冷机二段末端烧结矿的冷却温度，单位℃；c0—对应t0温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；c1—对应t1温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；c2—对应t2温度温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；q1—环冷机一段设计冷却风量，单位nm3/h；q2—环冷机二段设计冷却风量，单位nm3/h；t
k0
—进入环冷机下风箱的冷却风温度，单位℃；t
k1
—环冷机一段烟囱排出的烟气温度，单位℃；t
k2
—环冷机二段烟囱排出的烟气温度，单位℃；c
k1
—环冷机一段烟气温度t
k1
对应的空气比热容，单位j/(m3
·
℃)；c
k2
—环冷机一段烟气温度t
k2
对应的空气比热容，单位j/(m3
·
℃)；k—环冷机内冷却空气与烧结矿之间的热交换系数，取0.95；m—环冷机设计冷却能力，单位t/h。
[0019]
烧结矿的平均比热容c0、c1、c2，按c＝a bt计算，其中a、b为系数，与烧结矿的成分有关；t为烧结矿的温度，单位℃；c为烧结矿比热容计算结果，单位j/(kg
·
℃)。
[0020]
进入环冷机下风箱的冷却风温度t
k0
为室外平均空气温度20℃；环冷机一段烟囱排出的烟气温度t
k1
为380～420℃；环冷机二段烟囱排出的烟气温度t
k2
为280～330℃。
[0021]
步骤4中，环冷机一段、二段所需的最佳冷却风量q1'和q'2根据以下公式(3)、(4)计算：
[0022][0023][0024]
其中：
[0025]q′1—根据实测烧结矿温度计算出的环冷机一段最佳冷却风量，单位nm3/h；q
′2—根据实测烧结矿温度计算出的环冷机二段最佳冷却风量，单位nm3/h；t
′0—烧结矿冷却前的实测温度,单位℃；t1'—环冷机一段末端烧结矿的实测温度,单位℃；t
′2—环冷机二段末端烧结矿的实测温度,单位℃；c'0—对应t
′0温度温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)c1'—对应t1'温度温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；c'2—对应t
′2温度温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；m'—实际运行工况下进入环冷机的烧结矿产量，单位t/h。
[0026]
步骤4中进入环冷机下风箱的冷却风温度t
k0
为环冷机余热锅炉排出的烟气温度为120～140℃。
[0027]
步骤5中，循环风机的最佳工作转速由公式(5)计算，
[0028][0029]
其中：n'为风机的最佳工作转速；n为风机的设计转速；qb为风机设计风量；λ为环冷机的漏风率为5％～15％。
[0030]
本发明的有益效果是：
[0031]
实现循环风机自动变频控制，提高系统的自动化程度；可实现风机频率的精准控制，使系统能耗达到最优；可通过计算模型直接得出最佳工作频率并一次调整到位，提高调节效率及响应速度。避免人为判断失误或经验不足导致的误操作。
附图说明
[0032]
图1是本发明烧结余热回收系统循环风机变频控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0034]
如图1所示：一种烧结余热回收系统循环风机变频控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
[0035]
步骤1、计算设计工况下环冷机一段、二段末端处烧结矿的冷却温度t1和t2；
[0036]
步骤2、获取运行工况下环冷机上部烧结矿的实际温度t
′0、t1'、t
′2；
[0037]
步骤3、判断|t2'-t2|≥10℃或|t1'-t1|≥10℃是否成立，若成立则进入步骤4，若不成立则进入步骤6；
[0038]
步骤4、计算环冷机一段、二段所需的最佳冷却风量q
′1和q'2；
[0039]
步骤5、根据步骤4得到的最佳冷却风量q
′1和q'2，计算循环风机最佳工作转速n'；
[0040]
步骤6、调节循环风机工作频率至步骤5中的n'；调节环冷机一段、二段冷却风道的风门开度，将开度比例控制为一段开度/二段开度＝q
′1/q'2；
[0041]
步骤7、调整完成后等待10分钟，待工况稳定后返回步骤2进行循环判定执行。
[0042]
步骤1中根据烧结环冷机及配套鼓风机参数，通过公式(1)、(2)分别计算出设计工况下环冷机一段、二段末端烧结矿的冷却温度t1和t2：
[0043][0044][0045]
式中：
[0046]
t0—烧结矿冷却前的温度，单位℃，一般为750～800℃；t1—环冷机一段末端烧结矿的冷却温度，单位℃；t2—环冷机二段末端烧结矿的冷却温度，单位℃；c0—对应t0温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；c1—对应t1温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；c2—对应t2温度温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；q1—环冷机一段设计冷却风量，单位nm3/h；q2—环冷机二段设计冷却风量，单位nm3/h；t
k0
—进入环冷机下风箱的冷却风温度，单位℃；t
k1
—环冷机一段烟囱排出的烟气温度，单位℃；t
k2
—环冷机二段烟囱排出的烟气温度，单位℃；c
k1
—环冷机一段烟气温度t
k1
对应的空气比热容，单位j/(m3
·
℃)；c
k2
—环冷机一段烟气温度t
k2
对应的空气比热容，单位j/(m3
·
℃)；k—环冷机内冷却空气与烧结矿之间的热交换系数，取0.95；m—环冷机设计冷却能力，单位t/h。
[0047]
烧结矿的平均比热容c0、c1、c2，按c＝a bt计算，其中a、b为系数，与烧结矿的成分
有关；t为烧结矿的温度，单位℃；c为烧结矿比热容计算结果，单位j/(kg
·
℃)。
[0048]
进入环冷机下风箱的冷却风温度t
k0
为室外平均空气温度20℃；环冷机一段烟囱排出的烟气温度t
k1
为380～420℃；环冷机二段烟囱排出的烟气温度t
k2
为280～330℃。
[0049]
步骤4中，环冷机一段、二段所需的最佳冷却风量q1'和q'2根据以下公式(3)、(4)计算：
[0050][0051][0052]
其中：
[0053]q′1—根据实测烧结矿温度计算出的环冷机一段最佳冷却风量，单位nm3/h；q'2—根据实测烧结矿温度计算出的环冷机二段最佳冷却风量，单位nm3/h；t
′0—烧结矿冷却前的实测温度,单位℃；t1'—环冷机一段末端烧结矿的实测温度,单位℃；t
′2—环冷机二段末端烧结矿的实测温度,单位℃；c'0—对应t
′0温度温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)c
′1—对应t1'温度温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；c'2—对应t
′2温度温度下的烧结矿比热，单位j/(kg
·
℃)；m'—实际运行工况下进入环冷机的烧结矿产量，单位t/h。
[0054]
步骤4中进入环冷机下风箱的冷却风温度t
k0
为环冷机余热锅炉排出的烟气温度为120～140℃。
[0055]
步骤5中，循环风机的最佳工作转速由公式(5)计算，
[0056][0057]
其中：n'为风机的最佳工作转速；n为风机的设计转速；qb为风机设计风量；λ为环冷机的漏风率为5％～15％。
[0058]
步骤1中一段、二段末端处烧结矿的冷却温度t1、t2也可不通过计算，直接根据经验给定数值，不影响后续步骤的计算与执行。
[0059]
通过上述算法对某环冷机余热回收项目的相关数据进行了模拟计算，具体结果如下：
[0060]
已知某环冷机原始设计参数为：矿料冷却前温度t0＝750℃，一段冷却风量q1＝202500nm3/h，二段冷却风量q2＝202500nm3/h，环境温度t
k0
＝20℃，一段烟气温度t
k1
＝410℃，二段烟气温度t
k2
＝330℃，环冷机设计冷却能力m＝364t/h。空气比热容根据对应的温度通过查询物性表获得，其中c0＝1067j/(kg
·
℃)、c1＝996j/(kg
·
℃)、c2＝882j/(kg
·
℃)。烧结矿比热容按照c＝a bt计算，其中a＝646.85，b＝0.559，计算可知c0＝1066j/(kg
·
℃)，c1＝966j/(kg
·
℃)，c2＝882j/(kg
·
℃)。将以上数据代入公式(1)、(2)，可得：
[0061][0062][0063]
上述t1、t2数值为环冷机设计条件下，一段、二段末端的烧结矿的冷却温度。
[0064]
对比工况一：采用本发明所述的方法进行调节
[0065]
假设实际运行过程中，烧结矿的产量发生变化，实测产量m'＝338t/h，矿料冷却前温度与设计值一致t0'＝750℃,对应c0'＝1066j/(kg
·
℃)，而烧结矿实测温度与设计温度出现较大偏差，|t2'-t2|与|t1'-t1|均大于10℃。根据控制流程，需对风量进行修正。此时，取环冷机冷却风(余热锅炉排烟温度)温度t
k0
＝120℃，一段烟气温度t
k1
＝410℃，二段烟气温度t
k2
＝330℃通过公式(3)、(4)计算最佳风量：
[0066][0067][0068]
已知循环风机设计转速n＝1500r/min，设计风量qb＝650000nm3/h，进而通过公式(5)得出循环风机的最佳工作转速。
[0069][0070]
通过自控系统将风机工作转速调整到上述值，并按比例调节一段、二段风门开度，等待10min后重复检测，直到系统运行稳定。
[0071]
对比工况二：采用人工手动调节
[0072]
采用手动调节，通常无法预知需要调节的准确转速，只能通过不断尝试的方式进行调整，直到系统接近最佳工况为止。
[0073]
假设经过不断反复尝试，运行人员最终将t1、t2分别控制在590℃和450℃，一段矿料温度与预设目标偏差20℃，二段矿料温度与预设目标偏差30℃。此时对应的循环风机转速约为1200r/min，一段烟气量253000nm3/h、温度410℃，二段烟气量245000nm3/h、温度330℃。
[0074]
若将以上两种对比工况下的一段、二段烟气用于余热回收发电，两种工况对应的技术经济效益分析如下：
[0075][0076]
相对于对比工况二，对比工况一发电量增加1041kw，循环风机耗电量增加374kw，每小时多发电667kw。
[0077]
由以上分析可知，采用本发明所述方法，可对风机转速及矿料温度进行精确控制，快速将系统调整至最佳状态，可以提高系统自动化程度，提高余热发电量。