点火保温炉及点火保温炉高度控制方法与流程

[0001]
本发明涉及烧结技术领域，特别涉及一种点火保温炉及点火保温炉高度控制方法。


背景技术：

[0002]
点火保温炉应用于钢铁烧结行业，是烧结工艺的重要组成设备。点火保温炉一般布置于烧结台车行进方向的起始端。点火炉内布置了一排烧嘴，烧嘴在点火炉内沿台车宽度方向成带状分布，在烧结料面上形成带状火焰，将烧结混合料中的固体燃料点燃，在抽风的作用下使料层继续燃烧。此外，点火炉还可以向料层表面补充热量，改善表层烧结矿强度，减少表层返矿。点火炉后端是保温炉，其作用是防止被点燃的炙热表面料层离开点火炉后骤冷导致烧结矿粉化。
[0003]
现有的烧结点火炉使用焦炉煤气或高炉煤气作为燃料，在烧嘴喷口形成气体火焰。为了充分利用火焰热能，有效增强料面传热，点火炉设计时必须保证气体火焰的外焰正好处于烧结表层料面位置，因此必须选择合适的炉膛高度来达到这一要求。但是，目前市场上的点火炉都是高度固定不可调的，一旦燃料特性发生变化，压力或者热值发生变化，使火焰形状发生变化，由于炉膛高度已经定死，所以不能保持火焰的外焰一直准确的打在烧结料层表面，这样会导致传热效率降低，造成能源的浪费、烧结矿点火质量不达标。
[0004]
因此，如何减少点火工艺的能源浪费，提高点火质量和稳定性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明的目的是提供一种点火保温炉高度控制方法，可根据火焰情况控制点火炉高度，从而保证传热效率，减少点火工艺的能源浪费，提高点火质量和稳定性。本发明的另一目的是提供一种应用上述点火保温炉高度控制方法的点火保温炉，可保证传热效率，减少能源浪费，提高点火质量和稳定性。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]
一种点火保温炉高度控制方法，应用于点火保温炉，包括：
[0008]
实时获取点火保温炉的点火炉中烧嘴喷出的火焰的火焰温度分布情况；
[0009]
根据所述火焰温度分布情况确定最佳点火位置，所述最佳点火位置位于外焰范围中；
[0010]
判断烧结料面的位置与所述最佳点火位置的高度偏差是否超出预设允许范围；
[0011]
若是，调节所述点火炉至点火炉最佳高度，以使所述最佳点火位置与所述烧结料面高度一致。
[0012]
优选地，所述实时获取点火保温炉的点火炉中烧嘴喷出的火焰的火焰温度分布情况，包括：
[0013]
采用非线性双线原子荧光技术实时获取点火保温炉的点火炉中烧嘴喷出的火焰
的火焰温度分布情况。
[0014]
优选地，还包括：
[0015]
实时获取烧结料面的高度。
[0016]
优选地，所述判断烧结料面的位置与所述最佳点火位置的高度偏差是否超出预设允许范围时，若是，还包括：
[0017]
根据所述点火炉最佳高度以及所述点火炉的温度调节所述点火保温炉的保温炉的高度至保温炉最佳高度。
[0018]
一种点火保温炉，包括点火炉、检测装置、点火炉升降机和控制装置，所述点火炉升降机和所述检测装置电连接所述控制装置；
[0019]
所述检测装置用于实时获取所述点火炉中烧嘴喷出的火焰的火焰温度分布情况；
[0020]
所述控制装置用于根据所述火焰温度分布情况确定最佳点火位置，所述最佳点火位置位于外焰范围中，以及用于判断烧结料面的位置与所述最佳点火位置的高度偏差是否超出预设允许范围，若是，控制所述点火炉升降机调节所述点火炉至点火炉最佳高度，以使所述最佳点火位置与所述烧结料面高度一致。
[0021]
优选地，所述点火炉上设有点火炉煤气入口管道，所述点火炉煤气入口管道通过柔性管道连接主煤气管道。
[0022]
优选地，所述检测装置包括激光发射器和激光接收器，所述激光接收器电连接所述控制装置；
[0023]
所述激光发射器用于向火焰发出激光，所述激光接收器用于接收在火焰受到激光后生成的光谱，进而所述控制装置利用非线性双线原子荧光技术确定所述火焰温度分布情况。
[0024]
优选地，还包括用于实时获取烧结料面的高度的高度检测装置，所述高度检测装置电连接所述控制装置。
[0025]
优选地，还包括分体设于所述点火炉一侧的保温炉，所述保温炉连接于保温炉升降机，所述保温炉升降机电连接所述控制装置；
[0026]
所述控制装置还用于在判定烧结料面的位置与所述最佳点火位置的高度偏差超出预设允许范围时，根据所述点火炉最佳高度以及所述点火炉的温度控制所述保温炉升降机运行，以调节所述保温炉的高度至保温炉最佳高度。
[0027]
优选地，所述保温炉连接有保温炉空气入口管道和保温炉空气出口管道，所述保温炉空气入口管道经柔性管道连接主空气管道；所述保温炉空气出口管道经柔性管道连接所述点火炉上的点火炉空气入口管道。
[0028]
本发明提供的点火保温炉高度控制方法，基于实时的火焰温度分布情况，相应调整最佳点火位置高度，以确保外焰能够准确打在烧结料层的表面，无论火焰形状如何变化，均能够保证传热效率，减少能源浪费，保证点火质量和稳定性。
[0029]
本发明提供的点火保温炉，可进行火焰的自动检测及点火炉炉膛高度自动调节，在点火燃料特性发生变化时，自动调节炉膛高度，使烧结料面始终处于烧嘴的最佳点火位置，有效解决了燃料特性变化造成的料层表面传热恶化，破除了炉膛高度对料层厚度增加的限制，对提高点火传热效率、增加烧结矿产质量具有积极意义。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0031]
图1为本发明所提供点火保温炉的主视图；
[0032]
图2为本发明所提供点火保温炉的俯视图；
[0033]
图3为典型的火焰温度分布图；
[0034]
图4为ntlaf的原理图；
[0035]
图5为ntlaf的激光系统图；
[0036]
图6为本发明所提供控制方法的流程图。
[0037]
附图标记：
[0038]
保温炉空气入口管道1，保温炉空气出口管道2，点火炉空气入口管道3，点火炉煤气入口管道4，烧嘴5，煤气管道支架6，空气管道支架7，视窗8，点火炉升降机9，烧结料面10，激光发射器11，iccd相机12，反光镜13，法兰14，柔性管道15，主煤气管道16，主空气管道17，保温炉升降机18，保温炉19，点火炉20，火焰21。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
本发明的核心是提供一种点火保温炉高度控制方法，可根据火焰情况控制点火炉高度，从而保证传热效率，减少能源浪费，提高点火质量和稳定性。本发明的另一核心是提供一种应用上述点火保温炉高度控制方法的点火保温炉，可保证传热效率，减少能源浪费，提高点火质量和稳定性。
[0041]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0042]
本发明所提供点火保温炉高度控制方法，应用于点火保温炉，该方法的一种具体实施例中，请参考图6，包括以下步骤：
[0043]
s1：实时获取点火保温炉的点火炉20中烧嘴5喷出的火焰的火焰温度分布情况。
[0044]
s2：根据火焰温度分布情况确定最佳点火位置，最佳点火位置位于外焰范围中。
[0045]
具体地，以如图3所示的典型的火焰温度分布情况为例，线a、线b、线c、线d、线e均为等温线，其中，线a为1400k；线b为2200k，即火焰的最高等温曲线；线c为1400k；线d为1200k；线e为900k。在该典型火焰中，定义温度在1400k以上为火焰的外焰区域，即线a和线c合围之区域。其中，点a0为线a的最高点，点c0为线c的最高点，定义线段a0c0的中点为最佳点火位置，烧结料面10处于该位置时，火焰对料面的传热效率最高。当然，外焰区域的定义以及对外焰区域中最佳点火位置的定义不限于此实施例，例如，最佳点火位置也可以为线
段a0c0中与点a0的距离为1/3线段a0c0长度的位置。即，本实施例中，外焰区域为所定义的外焰最低温度对应的两个等温线的合围区域，最佳点火位置被定位为此两个等温线的顶点连线的中点，在其他实施例中，最佳点火位置也可以为该连线上的其他点。基于此，在实时确定火焰温度分布情况后，最佳点火位置在火焰中的位置可按照控制装置中预先定义的方式进行确定。
[0046]
其中，优选地，步骤s2中，具体采用非线性双线原子荧光技术实时获取点火保温炉的点火炉20中烧嘴5喷出的火焰的火焰温度分布情况，具有空间分辨率高、信号信噪比高、测温精度较高、时间分辨率高、抗干扰能力强及测温范围宽等优点。关于非线性双线原子荧光技术可参考后文的介绍，此处不再赘述。
[0047]
s3：判断烧结料面10的位置与最佳点火位置的高度偏差是否超出预设允许范围。
[0048]
其中，预设允许范围可根据实际需要在控制装置中预设，例如，烧结料面10的位置与最佳点火位置的高度偏差的值为图3中的线段a0c0长度的1/2或者1/3之内为预设允许范围，又或者，烧结料面10的位置与最佳点火位置的高度偏差/点火炉炉顶至烧结料面10≤5％(或其他设定值)为预设允许范围。
[0049]
在烧结料面10的位置与最佳点火位置的高度偏差不超出预设允许范围时，则可以视为烧结料面10处于火焰的外焰中。在烧结料面10的位置与最佳点火位置的高度偏差超出预设允许范围时，可视为烧结料面10位于火焰的外焰之外，传热效率较低，则进行s4。
[0050]
s4：调节点火炉20至点火炉最佳高度，以使最佳点火位置与烧结料面10高度一致，从而保证烧结料面10处于火焰的外焰中，保证传热效率。
[0051]
其中，通过对点火炉20高度的调节，即同步调节烧嘴5高度，相应调节了烧嘴5喷出的火焰位置。例如，设定基准面为烧结料面10，通过调节点火炉20炉顶与烧结料面10的高度差调节火焰位置。
[0052]
本实施例提供的控制方法，基于实时的火焰温度分布情况，相应调整最佳点火位置高度，以确保外焰能够准确打在烧结料层的表面，无论火焰形状如何变化，均能够保证传热效率，减少能源浪费，保证点火质量和稳定性。
[0053]
进一步地，在s4中，还包括：根据点火炉最佳高度以及点火炉20的温度调节点火保温炉的保温炉19的高度至保温炉最佳高度。
[0054]
其中，保温炉19的热量主要来自于料面及点火炉20烟气的热辐射，因此点火炉20温度和炉膛高度发生变化会导致保温炉19接受的辐射以及自身流场发生变化。在点火炉20高度调节后，为了维持保温炉19自身流场的基本稳定、保证保温炉19热损失达到最小，需要调整保温炉19的高度h2，以使保温炉19的保温效果达到最大化。
[0055]
其中，保温炉最佳高度与点火炉20的温度和点火炉20的高度这些影响流场的参数相关，具体可参考下文提供的三者的计算关系进行确认。
[0056]
进一步地，该控制方法还包括：实时获取烧结料面10的高度，则在s3中，由于烧结料面10的位置是实时更新的，故可以提高对烧结料面10与最佳点火位置高度差判断的准确性。另外，由于当前烧结生产已经向厚料层发展，料层增厚可以增加烧结产量，料层厚度改变也会影响装置料面的位置，而基于本步骤的设置，在点火炉20运行的初始时刻，点火炉20高度可进行适应性调节，从而可适应各种厚度的料层，减少对料层可选用厚度的限制。
[0057]
其中，对于烧结料面10的位置判断，具体可以通过电连接于控制装置的红外传感
器、摄像装置等设备进行确定。
[0058]
除了上述点火保温炉火焰控制方法，本发明还公开了一种点火保温炉，应用以上任一实施例所提供的控制方法，有益效果可对应参考以上各实施例。
[0059]
具体地，如图1所示，点火保温炉包括点火炉20、检测装置、点火炉升降机9和控制装置。点火炉20底部固定有点火炉支撑脚，点火炉升降机9的输出端固定在点火炉支撑脚上。可选地，点火炉升降机9为电动液压升降机。点火炉升降机9和检测装置电连接控制装置。控制装置设于烧结主控室中。
[0060]
检测装置用于实时获取点火炉20中烧嘴5喷出的火焰的火焰温度分布情况。
[0061]
控制装置用于根据检测装置检测到的火焰温度分布情况实时确定最佳点火位置，最佳点火位置位于外焰范围中。控制装置还用于判断烧结料面10的位置与最佳点火位置的高度偏差是否超出预设允许范围，若是，控制装置控制点火炉升降机9调节点火炉20至点火炉最佳高度，以使最佳点火位置与烧结料面10高度一致。
[0062]
本实施例提供的点火保温炉，基于检测装置实时的火焰温度分布情况，控制装置能够控制点火炉升降机9相应调整最佳点火位置高度，以确保外焰能够准确打在烧结料层的表面，无论火焰形状如何变化，均能够保证传热效率，减少能源浪费，保证点火质量和稳定性。另外，由于当前烧结生产已经向厚料层发展，料层增厚可以增加烧结产量，料层厚度改变也会影响装置料面的位置，而基于点火炉升降机9的设置，在点火炉20运行的初始时刻，点火炉20高度可进行适应性调节，从而可适应各种厚度的料层，减少对料层可选用厚度的限制。
[0063]
进一步地，该点火保温炉中的保温炉19分体设于点火炉20一侧，保温炉19连接于保温炉升降机18，保温炉19、点火炉20高度可分别调节。保温炉19底部固定有保温炉支撑脚，保温炉升降机18的输出端连接保温炉支撑脚。保温炉升降机18具体为电动升降液压机。保温炉升降机18电连接控制装置。控制装置还用于在判定烧结料面10的位置与最佳点火位置的高度偏差超出预设允许范围时，根据点火炉最佳高度以及点火炉20的温度控制保温炉升降机18运行，以调节保温炉19的高度至保温炉最佳高度。
[0064]
在实际控制中，可对点火炉20炉顶位置、烧结料面位置进行利用。根据实时的火焰温度分布图，最佳点火位置距离点火炉20炉顶的高度差为h，当燃料特性发生变化时，h值也会相应的发生变化。
[0065]
点火炉20炉顶距离料面的实际高度差为h1，h1受点火炉升降机9的直接控制，以保证h1＝h，其中，h1与点火炉升降机9调节的高度h1存在唯一映射：
[0066]
h1＝f(h1)＝h1+b1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0067]
或
[0068]
h1＝g(h1)＝h1
–
b1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0069]
式(1)和式(2)中，b1为与点火炉20结构设计尺寸及料面高度相关的值，点火炉20结构确定后，在生产工况不变的情况下，b1值唯一确认。如果生产工况发生变化，比如由于增产导致台车烧结矿厚度增加，料面位置发生变化，则b1需要重新确定，并与料层位置唯一相关。
[0070]
保温炉19主要是对出点火炉20的料面进行保温，保温炉19的高度h2与点火炉20的温度及点火炉20的高度相关。保温炉19的高度h2具体可以料面为基准，保温炉炉顶与料面
的高度差为保温炉19的高度h2。
[0071]
保温炉19的高度h2由下式确认：
[0072]
h2＝(alnt+c)h1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0073]
式中，t为点火炉20温度，具体可为点火炉20的炉顶的温度，更具体地，可确定为点火炉20的炉顶至少两个点的温度的平均值，℃；lnt为t的自然对数，a和c均为与点火炉20结构和生产条件相关的系数。在设备投入初期，a和c的值需要根据点火炉20具体尺寸和生产条件进行选取，经过长时间的运行之后，可根据前期的运行参数进行大数据拟合获得经验值。因此，保温炉19的升降调节高度h2与保温炉19实际高度h2之间也存在唯一映射：
[0074]
h2＝g(h2)＝h2
–
b2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0075]
式中，b2的确定方式与b1类似。
[0076]
进一步地，检测装置包括激光发射器11和激光接收器，激光接收器电连接控制装置。激光发射器11用于向火焰发出激光，激光接收器用于接收在火焰受到激光后生成的光谱，进而控制装置利用非线性双线原子荧光技术确定火焰温度分布情况。
[0077]
具体请参考图2，激光接收器为iccd相机12，具体可设置两台，分别设置在点火炉20的不同位置。激光发射器11和激光接收器设置在点火炉20外，点火炉20上开设有视窗8，形状大小按需设定，以供激光发射器11向点火炉20内发射激光，以及激光接收器接收光线。另外，点火炉20外设置有可改变光路的反光镜13，以调节激光发射器11发出光线的角度，保证激光进入点火炉20中烧嘴5喷出的火焰处。
[0078]
该检测装置为火焰在线激光诊断装置，采用非线性双线原子荧光技术(nonlinear two-line atomic fluorescence，ntlaf)对火焰形状和温度分布进行实时在线检测。非线性双线原子荧光技术(nonlinear two-line atomic fluorescence，ntlaf)是一种非常有前景的燃烧场二维温度光学测量技术，具有空间分辨率高、信号信噪比高、测温精度较高、时间分辨率高、抗干扰能力强及测温范围宽等优点。
[0079]
ntlaf的原理是利用激光诱导铟原子荧光的stokes与anti-stokes过程获取温度，如图4所示。在stokes过程中，采用波长为410nm的入射激光，将处于5p
1/2
态的粒子激发到6s
1/2
态，探测波长为451nm的荧光。在反stokes过程中，采用的入射激光波长为451nm，而探测荧光的波长为410nm。通过入射激光强度与荧光强度可以获得基态5p
1/2
与5p
3/2
的粒子数分布，进一步根据波尔兹曼分布律得出温度分布。稳态平衡近似假定下，温度与入射激光强度、荧光强度之间的关系可表示为：
[0080][0081]
式(5)中，t为温度，i
20
与i
21
分别表示stokes与anti-stokes过程中入射激光的强度，f
21
与f
20
分别表示stokes与anti-stokes过程中探测的荧光强度，δe表示铟原子5p
1/2
与5p
3/2
态的能级差，k为波尔兹曼常数。
[0082]
式(5)表明，要想获得温度，在已知荧光强度与入射激光强度的情况下，还需要已知三个标定常数c
a
、c
s
和c
t
。ntlaf测试的激光系统图如图5所示，通过对温度已知火焰进行标定，可以获得三个标定常数，然后可以就可以对未知火焰进行测试，获取未知火焰的温度分布。
[0083]
图5中，中心线x具体为波长为410nm和450nm的激光光源，入射中心火焰之后，使火
焰中铟原子电子层粒子发生能级变迁，发出荧光，两台iccd相机12分别测量其stokes和anti-stokes光谱，按照(4)式标定或测量火焰温度分布。
[0084]
当然，在其他实施例中，检测装置也可以基于热电偶、红外热像仪、三板照相等技术实现，以对火焰的瞬态二维温度测量。
[0085]
进一步地，点火炉20上设有点火炉煤气入口管道4，点火炉煤气入口管道4通过柔性管道15连接主煤气管道16。保温炉19连接有保温炉空气入口管道1和保温炉空气出口管道2，保温炉空气入口管道1经柔性管道15连接主空气管道17。保温炉空气出口管道2经柔性管道15连接点火炉20上的点火炉空气入口管道3。
[0086]
在运行过程中，装载烧结矿的烧结台车依次通过点火炉20、保温炉19的下方。烧结厂的主空气管道17的空气经保温炉空气入口管道1后进入保温炉19，在保温炉19内进行预热，再依次经保温炉空气出口管道2、点火炉空气入口管道3进入烧嘴5。煤气由烧结厂的主煤气管道16送入后，经过点火炉煤气入口管道4进入烧嘴5，空气与煤气在装置烧嘴5中混合之后，在烧嘴5下端形成具有一定长度的火焰。
[0087]
其中，由于烧结厂的主空气管道17、主煤气管道16位置不可变，通过柔性管道15进行主空气管道17与保温炉空气入口管道1、主煤气管道16与点火炉煤气入口管道4的软连接，可避免主空气管道17、主煤气管道16对点火炉20、保温炉19的高度调节造成限制或干涉。而保温炉空气出口管道2和点火炉空气入口管道3之间的柔性管道15可实现保温炉空气出口管道2与点火炉空气入口管道3的软连接，保温炉19与点火炉20之间进行不同步的高度调节时，彼此不会相互影响与约束。
[0088]
进一步地，点火保温炉还包括用于实时获取烧结料面10的高度的高度检测装置，如，红外传感器、摄像装置。高度检测装置电连接控制装置，以利用烧结料面10实时高度控制点火炉的高度。
[0089]
本实施例所提供点火保温炉的一种具体工作流程如下：
[0090]
在一个调节周期内，由检测装置通过激光信号的发射和接收，获得实时的火焰温度分布图，控制装置获得点火炉炉顶与最佳点火位置的高度差h，控制装置比较点火炉炉顶与料面高度差和与h，以此确定烧结料面的位置与所述最佳点火位置的高度关系是否超过预设允许范围，如果没有超过，则目前点火炉实际高度符合要求；如果超过，则控制装置控制点火炉升降机运行，以调节点火炉炉顶与料面的实际高度差至h，料面处于烧嘴5的最佳点火位置，调节结束。
[0091]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0092]
以上对本发明所提供的点火保温炉高度控制方法及点火保温炉进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除