一种半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置及测控方法

摘要

本发明公开了一种半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置及测控方法，测控装置包括处理器，所述处理器通过含氧量分析仪连接有含氧量传感器，所述含氧量传感器的探头插入半封闭铁合金矿热炉烟道或排烟筒内；所述处理器通过AD转换模块与半封闭铁合金矿热炉的电能表连接，所述处理器通过驱动继电器与半封闭铁合金矿热炉炉门的电控系统连接。本发明根据烟气的含氧量和矿热炉当前功率来测量和控制烟气量，灵敏度高，能有效解决目前使用的测量装置由于探头取样点不同、探头伸入烟囱内位置不同而测到的烟气量不同问题。

权利要求

1.一种半封闭铁合金矿热炉测量烟气量的测控方法，其特征在于，该方法为：

1)确定单位时间内半封闭铁合金矿热炉内冶炼的铁合金重量QFe：QFe＝W÷PD；

其中，QFe单位为t/h；W为半封闭铁合金矿热炉输入变压器有功功率，单位为kW；

确定单位时间半封闭铁合金矿热炉内产生CO的数量VCO：VCO＝83.3WPJC％÷PD；

其中，VCO单位为mol/h；C％为焦炭中固定炭的重量百分含量；PD为冶炼1吨铁合金的电耗，kWh/t，PJ为冶炼1吨铁合金消耗干焦碳重量，kg/t；

2)确定单位时间进入半封闭铁合金矿热炉的空气量VK：VK＝41.7WPJC％÷PD(％O2标-％O2)；

其中，％O2标和％O2分别为当地空气含氧量和烟气含氧量；

3)确定单位时间半封闭铁合金矿热炉烟气量VY：

VY＝41.7WPJC％[1÷(％O2标-％O2)+1]÷PD；

4)判断烟气量VY是否低于设定的烟气量下限或者超过设定的烟气量上限；

5)若烟气量VY低于设定的烟气量下限，则处理器输出开大半封闭铁合金矿热炉炉门或烟道野风阀阀门的开关量信号，炉门电控系统动作，开大炉门，直到烟气量VY为设定的烟气量下限和设定的烟气量上限的中值时，炉门电控系统停止动作；若烟气量VY超过设定的烟气量上限，则处理器输出关小半封闭铁合金矿热炉炉门的开关量信号，炉门电控系统动作，关小炉门，直到烟气量VY为设定的烟气量下限和设定的烟气量上限的中值时，炉门电控系统停止动作。

说明书

一种半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置及测控方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铁合金生产领域,特别是锰系铁合金半封闭矿热炉烟气治理工程和烟气余热发电系统的烟气量测量与控制。

背景技术

[0002] 铁合金（包括Si-Fe、Mn-Fe、Cr-Fe、Mn-Si-Fe等）是在矿热炉内进行氧化还原反应而得到的合金。在冶炼过程中会产生大量的烟气。除尘工程和烟气余热利用工程都需要对烟气量进行测量，并对其进行有效的控制。

[0003] 目前，测量烟气量的方法都多是采用皮托管和均速管流量计、热平衡式质量流量计测量。由于烟囱内同一横截面不同位置烟气流速相差很大，常用流量计测量测出的烟气量只能代表取样点的烟气量，而不是烟道的烟气量。探头插入烟囱位置不同，测到的烟气量相差很大，人为因素直接影响到测量结果，从而导致炉门电控系统的误动。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置及测控方法，快速准确测量地测量半封闭铁合金矿热炉冶炼过程中产生的烟气量，避免半封闭铁合金矿热炉炉门电控系统误动，使烟气量能控制在满足烟气治理和利用烟气余热进行发电需要的范围内。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置，包括处理器，所述处理器通过含氧量分析仪连接有含氧量传感器，所述含氧量传感器的探头插入半封闭铁合金矿热炉烟道或排烟筒内；所述处理器通过AD转换模块与半封闭铁合金矿热炉的电能表连接（以接收半封闭铁合金矿热炉的用功功率信号），所述处理器通过驱动继电器与半封闭铁合金矿热炉炉门的电控系统连接。

[0006] 本发明还提供了一种利用上述测控装置半封闭铁合金矿热炉测量烟气量的方法，该方法为：

[0007] 1）确定单位时间内半封闭铁合金矿热炉内冶炼的铁合金重量

[0008] QFe：QFe=W÷PD；

[0009] 其中，QFe单位为t/h；W为半封闭铁合金矿热炉输入变压器有功功率，单位为kW；PD为冶炼1吨铁合金的电耗，单位为kWh/t；

[0010] 2）确定单位时间半封闭铁合金矿热炉内产生CO的数量VCO：

[0011] VCO=1000×QJ×C%÷12=83QFePJC%=83.3WPJC%÷PD；

[0012] 其中，VCO单位为mol/h；C%为焦炭中固定炭的重量百分含量；

[0013] 3）确定单位时间进入半封闭铁合金矿热炉的空气量VK：

[0014] 因为：CO+0.5O2=CO2得

[0015] VK=VO2÷(%O2标-%O2)=41.7QFePJC%÷(%O2标-%O2)

[0016] =41.7WPJC%÷PD(%O2标-%O2)；

[0017] 其中，VCO单位为mol/h；C%为焦炭中固定炭的重量百分含量；PD为冶炼1吨铁合金的电耗，kWh/t，PJ为冶炼1吨铁合金消耗的干焦碳重量，kg/t；

[0018] 4）确定单位时间半封闭铁合金矿热炉烟气量VY：

[0019] VY=VK-0.5VO2+VCO2=VK+0.5VCO

[0020] =41.7WPJC%÷[PD(%O2标-%O2)]+41.7WPJC%÷PD

[0021] =41.7WPJC%[1÷(%O2标-%O2)+1]÷PD

[0022] 5）判断烟气量VY是否低于设定的烟气量下限或者超过设定的烟气量上限(因烟气量和矿热炉的炉型、冶炼品种的不同而不同，甚至同一台炉在不同时期，其烟气量也变化。所以，上限、下限参数要根据实际情况设定)；

[0023] 6）若烟气量VY低于设定的烟气量下限，则处理器输出开大半封闭铁合金矿热炉炉门或烟道野风阀阀门的开关量信号，炉门电控系统构动作，开大炉门，直到烟气量VY为设定的烟气量下限和设定的烟气量上限的中值时，炉门电控系统构停止动作；若烟气量VY超过设定的烟气量上限，则处理器输出关小半封闭铁合金矿热炉炉门的开关量信号，炉门电控系统构动作，关小炉门，直到烟气量VY为设定的烟气量下限和设定的烟气量上限的中值时，炉门电控系统构停止动作。

[0024] 本发明的烟气量计算原理为：半封闭铁合金矿热炉中每吨铁合金冶炼需要的焦炭是固定的，每吨焦炭燃烧放出的一氧化碳气体量也是固定的。半封密铁合金矿热炉内氧化还原反应放出的一氧化碳气体，将在炉口与空气接触而燃烧为二氧化碳。烟气量的多少，一是取决于炉内单位时间内产生的一氧化碳量，二是取决于助燃空气量。据此原理，通过测量出烟气中的含氧量，即可计算出烟气总量。

[0025] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明在系统不漏气的前提下，烟气含氧量不受取样点和取样位置影响，安装在排烟筒任意位置就能快速准确测出炉膛烟道入口处的烟气量；本发明能快速准确测量地测量半封闭铁合金矿热炉冶炼过程中产生的烟气量，避免半封闭铁合金矿热炉炉门电控系统误动，使烟气量能控制在满足烟气治理和利用烟气余热进行发电需要的范围内；本发明装置灵敏度高，能有效避免目前使用的测控装置误动作现象。

附图说明

[0026] 图1为本发明一实施例半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置；

[0027] 图2为本发明一实施例半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置外部结构示意图。

具体实施方式

[0028] 如图1所示，本发明一实施例半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置，包括处理器，所述处理器通过含氧量分析仪连接有含氧量传感器，所述含氧量传感器的探头插入半封闭铁合金矿热炉烟道或排烟筒内；所述处理器通过功率信号接收模块接收半封闭铁合金矿热炉有功功率信号，所述处理器通过驱动继电器与半封闭铁合金矿热炉炉门或烟道野风阀阀门连接；所述处理器连接有显示模块和键盘驱动模块；所述含氧量传感器测量的烟气含氧量范围是0-25%。

[0029] 所述处理器连接有报警器，如蜂鸣器，报警器可以在烟气量超过设定的烟气量上限或低于设定的烟气量下限时发出报警信号。

[0030] 本发明装置对烟气量的测控范围是不小于0.5m3/h。

[0031] 显示模块为LED显示屏，显示处理器输出的烟气量信号。

[0032] 处理器还连接有通信模块，用于将本发明的测控装置与其他自动化设备、自动化控制系统连接，通过通信模块可以接收和传输指令、数据，如：将烟气量、烟气温度、电炉功率等数据显示到远处的电脑屏幕上，控制半封闭铁合金矿热炉电动机开停、转速高低等。

[0033] 关于传感器探头的安装位置，如果系统不漏风，安装在从炉膛烟道入口到排气出口之间任一位置都可，如果系统漏风，则应该尽可能安装在近烟道入口位置。

[0034] 半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置的使用方法如下：

[0035] 1）把测控装置安装在机箱内，把机箱安装在控制室或其他合适位置；

[0036] 2）将机箱输出端口与原有的炉门电控系统的开关、限位等控制线路相连接；

[0037] 3）通过键盘驱动模块（本实施例中为6×4键盘）在处理器（CPU）内设定烟气量控制的上限和下限值；

[0038] 4）将含氧量传感器的探头插入烟道或排烟筒内检测烟气含氧量，当用于烟气治理的布袋除尘工程时，传感器探头宜安装在除尘器前端，尽可能靠近电炉端的烟囱段。当用于烟气余热利用时，安装在要检测的烟气管道和排烟筒的任意位置；

[0039] 5）将矿热炉当前有功功率信号送至功率信号接收模块；

[0040] 6）给机箱烟气量测控装置接通220V电源，测控装置开始工作，机箱内的测控装置依据传感器传递的烟气含氧量信号运算出烟气量，完成烟气量测量任务；

[0041] 7）当烟气量超过设定的烟气量上限或低于设定的烟气量下限时，处理器输出控制炉门或阀门开关的开关量信号。

[0042] 8）除尘系统原有风量调节的炉门电控系统，在接到开关信号后，自动打开或关小矿热炉炉门，增加或减少进入炉内的空气量，从而降低或提高烟气量，完成烟气量控制。

[0043] 实施例1

[0044] 本发明应用于烟气余热发电的烟气量测控。某20MVA锰硅铁合金矿热炉安装有烟气余热锅炉，炉内烟气在变频引风机的作用下，通过余热锅炉进行热交换，再送到布袋除尘装置净化烟气，经布袋净化后的烟气从排气筒排出。烟气余热发电的管道及余热锅炉系统3 3
要求烟气量控制在30000Nm/h～53000万N m/h范围。可通过下述实施办法达到上述目的。

[0045] 把传感器的探头安装在矿热炉烟气除尘后的净化烟气排气筒2－3米高处，探头伸入到排气横截面内任一位置进行烟气取样；传感器在1秒内将探测到的烟气含氧量信号输送到处理器；同时，功率信号接收模块将从电能表接收矿热炉当前有功功率信号，输送到处理器。在处理器内，即时完成数据处理，自动计算出烟气量。处理器将烟气量信号送至机箱LED显示屏上显示烟气量。举例说明：当测到当时入炉功率为16.5MW、烟气含氧量为16%3
时，此时，该矿热炉的烟气量为32651Nm/h，LED显示屏显示即时的烟气量。此时烟气量位于烟气量控制上限和下限之间，烟气量测控装置不输出开关量，炉门电控系统不做动作。保
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持炉子输入功率不变，当测到烟气含氧量为17.99%时，烟气量显示为53000Nm/h，烟气量达到了控制上限，此时，处理器向炉门电控系统输出降低变频调速风机速度的指令，使矿热炉炉膛吸入的空气量逐步减少，烟气量逐步下降，直到烟气量达到设定的烟气量范围的中值
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41500Nm/h（对应的烟气含氧量17.28%）时动作停止。反之，当测到的烟气含氧量为15.54%
3
时，烟气量显示为30000Nm/h，此时因为烟气量达到了下限，需要提升烟气的烟气量，处理器会向电控系统输出提高变频风机转速的信号，直到烟气量达到设定的烟气量范围的中值
3
41500Nm/h时动作停止，从而确保烟气量在设定的控制范围内。

[0046] 实施例2

[0047] 本发明应用于矿热炉烟气除尘净化治理。某公司2×25MW矿热炉烟气除尘器系统，抽风能力和压头可满足最大负荷需要。该除尘系统的矿热炉炉门设置有电动开关装置，公司原来是通过人工电动控制炉膛烟罩炉门大小来控制炉膛吸入空气量。除尘器设计滤袋3 3
处理烟气量即额定烟气量为250000Nm/h，最小不低于150000Nm/h，除尘器前面设置了可调机力冷却器，冷却能力可以满足最恶劣的炉况要求。可通过下述实施办法来确保除尘器滤袋处理烟气量在额定烟气量内。

[0048] 实施办法

[0049] 把烟气含氧量传感器的探头安装在除尘系统管道与直排烟囱接壤的位置。把3 3
250000Nm/h、和150000Nm/h这两个值设定为处理器发出开关量动作指令的控制点。当测
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到烟气含氧量为20.01%时，处理器运算得出的烟气量为250000Nm/h，此时烟气量达到了控制上限，处理器输出开关量动作信号，炉门电动机构动作，关小炉门，进入炉膛的空气减少，烟气量逐步降低；当烟气含氧量减少到19.76%时动作停止，此时，烟气量为设定的上、
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下限的中值，机箱LED显示200000Nm/h。当测到的烟气含氧量为19.37%，烟气量显示为
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150000Nm/h时，此时烟气量达到了控制下限，处理器输出开关量动作信号，炉门电动机构动作，开大炉门，进入炉膛的空气增加，烟气量逐步升高，直到烟气含氧量提升到19.76%时
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动作停止(中值)。从而确保滤袋在设定的250000Nm/h和150000Nm/h烟气量范围内工作，既防止了处理烟气量过大导致系统能耗增加和滤袋过负荷工作，又避免了处理量过小，系统风速太慢，导致积尘堵塞现象发生。

[0050] 本发明实施例中的中间值指设定的烟气量的上限值和下限值的算术平均值的±10%。