一种金属化炉料高效预热系统及动态控制方法技术方案

本发明专利技术属于工业固体废物技术领域，尤其涉及一种金属化炉料高效预热系统，其特征在于，由主控制系统、监控子系统、燃料信息采集子系统、烟气净化余热再利用子系统和安全应急响应子系统组成，所述主控制系统包括工业控制器、气体燃料阀门驱动模块、氧气阀门驱动模块、氧燃枪升降驱动模块和动态计算控制模块组成，完成对各个子系统的信息采集及控制。与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果是：具有自动化程度高、人工运行成本低、增加废钢加入量效果显著、高效节能、性能稳定、安全可靠性高、操作方便、可长时间持续工作、应用范围广的特点，可用于其他需要高速升温及高温熔化的场合，如钢渣、铁渣的熔化清除设备等。渣的熔化清除设备等。渣的熔化清除设备等。

【技术实现步骤摘要】
一种金属化炉料高效预热系统及动态控制方法


[0001]本专利技术属于工业固体废物
，尤其涉及一种金属化炉料高效预热系统及动态控制方法。

技术介绍

[0002]随着国内废钢资源的增加，环保压力的增加，废钢价格和铁水的差价将增大。从成本的角度考虑，废钢的使用量会进一步增加；铁水资源的使用在提效、降耗上仍会发挥着重要作用。如何提高废钢的使用量，平衡废钢和铁水在成本、消耗上的影响，需要结合设备、工艺实际，要求我们在电炉和转炉冶炼上更精细化。
[0003]申请号为201911140071.0的中国专利技术专利公开了一种电炉烟气余热利用方法，包括：利用电炉烟气预热废钢；使电炉烟气中的可燃组分至少部分地燃烧，得到高温烟气并使烟气中的二噁英类物质分解；将高温烟气送入余热锅炉进行余热回收；余热锅炉所排烟气经净化后进行排放。相应地提供一种电炉烟气余热利用系统，包括与电炉连接的绝热烟道以及通过烟气管道依次连接的废钢预热室、烟气燃烧装置、余热锅炉和烟气净化单元。由于烟气余热温度低，预热不均，局部易发生熔融堵料，该方法已局限了废钢在钢铁行业的应用。
[0004]申请号为202010542896.1的中国专利技术专利公开了一种废钢预热控制系统及控制方法，系统包括上位机、控制器、信号采集组件和动作控制组件，信号采集组件包括温度采集单元、压力采集单元、流量采集单元和火焰检测单元，动作控制组件包括管路调节阀门、管路气动阀门、行程开关、动作控制电机和打火装置，上位机和控制器之间通过交换机连接，动作控制电机通过变频器或软启动器也连接在交换机上，信号采集组件和管路调节阀门、管路气动阀门、行程开关、打火装置均分别与控制器连接，信号采集组件用于采集废钢预热装置各部位的温度、压力和流量，动作控制组件用于对废钢预热装置各部位进行控制调节。该控制方法只涉及生产过程参数，没有对烟气净化和安全应急进行进一步控制，方案不完整，精度不高，不能保证生产安全。
[0005]目前，气体燃气和工业纯氧的混合燃烧具有较好的能量利用率，纯氧燃烧具有大幅减少排气量、氮氧化物排放、节省燃料、以及缩小设备尺寸等诸多优点，但是人们普遍担心氧气混合后的安全隐患、容易爆炸等安全使用问题，以及金属铁被大量氧化和损失大的问题，还有燃烧后烟气净化、余热回收等环境污染问题，混合应用的难度较高，使实际设备制造和应用受到了限制。因此，通过控制精度更高的动态控制来提高预热系统的预热效率，降低其不利因素的影响是个可行的技术方向，但是相关内容还未见有报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种金属化炉料高效预热系统及动态控制方法，克服现有技术的不足，系统具有监控子系统、燃料信息采集子系统、动态控制子系统、烟气净化余热再利用子系统和安全应急响应子系统等五个子系统构成，通过动态控制方法，对金属化炉
料高效预热系统中气体燃料与工业纯氧的混合燃烧进行控制，提高加热温度和加热速度，增加钢的产量。
[0007]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种金属化炉料高效预热系统，其特征在于，由主控制系统、监控子系统、燃料信息采集子系统、烟气净化余热再利用子系统和安全应急响应子系统组成，所述主控制系统包括工业控制器、气体燃料阀门驱动模块、氧气阀门驱动模块、氧燃枪升降驱动模块和动态计算控制模块组成，并完成对各个子系统的信息采集及控制，其中：所述主控制系统控制现场燃气管道、氧气管道、水管道相关阀门的开启闭合及顺序控制；控制氧燃枪的提升/下降、限位和抱闸连锁动作；主控制系统通过与上位机通讯，实现远程多地控制；主控制系统通过控制监控子系统，实时采集监控子系统收集的温度数据，进行数据计算与分析；主控制系统通过对燃料信息采集子系统的数据进行计算、分析，进行燃气、氧气、水等流量的自动调节；主控制系统通过实时采集烟气净化余热再利用子系统中的数据，对燃气的流量及氧气流量进行调节，使燃气与氧气充分燃烧；主控制系统根据烟气的温度、压力等数值，实时调节烟气阀门的开度大小，防止烟气外泄；主控制系统通过实时采集安全应急响应子系统内的安全等级数据，按相应的等级进行应急处理；所述监控子系统包括显示器、温度检测单元和视频监控单元，温度检测单元包括低温段检测模块和超高温段检测模块，通过低温段检测模块与高温段检测模块相结合实时采集出炉内温度，作为后期数据分析；视频监控单元包括低温环境视频监控模块和超高温环境视频监控模块，用于对该系统主要设备进行全面监控及将炉内预热情况实时反映给操作人员，并参与后期预热质量的分析与调整；所述燃料信息采集子系统由设置在管道内的压力、流量、温度仪表组成，实时反馈相关管道内相应介质的状态，反馈给主控制系统进行分析控制；所述烟气净化余热再利用子系统由复合式烟气收集单元、烟气负压及含氧量检测单元、余热交换单元和烟气阀门调节单元组成，余热交换单元包括烟气净化和余热交换模块；所述安全应急响应子系统由可燃气体高低压报警模块、防爆区欠氧和过氧报警模块、可燃气体点火及熄火模块、可燃气体欠过压保护模块、高温设备冷却水温度及断流保护模块、设备间安全联锁保护模块组成。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1）具有自动化程度高、人工运行成本低、增加废钢加入量效果显著、高效节能、性能稳定、安全可靠性高、操作方便、可长时间持续工作、应用范围广的特点，可用于其他需要高速升温及高温熔化的场合，如钢渣、铁渣的熔化清除设备等。
[0009]2）各子系统组成单元为模块化生产，可多台并联使用，可统一控制，也可分别控制，解决了氧气混合后容易爆炸等安全问题的担忧，可根据不同情况分别采取手动控制和自动控制。
[0010]3）在视频和温度检测方面采用高低温视频及高低温温度叠加混合监控模式，这样就解决了超高温短波红外检测不到低温段，长波红外检测不准高温段的难题。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例金属化炉料高效预热系统动态控制方法拓扑结构图。
[0012]图2是本专利技术实施例监控子系统拓扑结构图。
[0013]图3是本专利技术实施例燃料信息采集子系统拓扑结构图。
[0014]图4是本专利技术实施例主控制系统拓扑结构图。
[0015]图5是本专利技术实施例烟气净化余热再利用子系统拓扑结构图。
[0016]图6是本专利技术实施例安全应急响应子系统拓扑结构图。
[0017]图7是本专利技术实施例金属化炉料高效预热系统及动态控制方法软件程序运行框图。
[0018]图8是本专利技术实施例采用纯氧气和空气进行废钢预热的加热能力比较图。
[0019]图9是本专利技术实施例中的主控制系统示意图。
[0020]图10是本专利技术实施例中的阀门和仪表布置示意图。
[0021]图11是本专利技术实施例中的烟气采集和热交换设备布置示意图。
[0022]图12是本专利技术实施例中的超高温段检测设备与控制箱连接示意图。
[0023]图中：1
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钢水包；2
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采集烟气设备；3
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余热交换设备；4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属化炉料高效预热系统，其特征在于，由主控制系统、监控子系统、燃料信息采集子系统、烟气净化余热再利用子系统和安全应急响应子系统组成，所述主控制系统包括工业控制器、气体燃料阀门驱动模块、氧气阀门驱动模块、氧燃枪升降驱动模块和动态计算控制模块组成，并完成对各个子系统的信息采集及控制，其中：所述主控制系统控制现场燃气管道、氧气管道、水管道相关阀门的开启闭合及顺序控制；控制氧燃枪的提升/下降、限位和抱闸连锁动作；主控制系统通过与上位机通讯，实现远程多地控制；主控制系统通过控制监控子系统，实时采集监控子系统收集的温度数据，进行数据计算与分析；主控制系统通过对燃料信息采集子系统的数据进行计算、分析，进行燃气、氧气、水等流量的自动调节；主控制系统通过实时采集烟气净化余热再利用子系统中的数据，对燃气的流量及氧气流量进行调节，使燃气与氧气充分燃烧；主控制系统根据烟气的温度、压力等数值，实时调节烟气阀门的开度大小，防止烟气外泄；主控制系统通过实时采集安全应急响应子系统内的安全等级数据，按相应的等级进行应急处理；所述监控子系统包括显示器、温度检测单元和视频监控单元，温度检测单元包括低温段检测模块和超高温段检测模块，通过低温段检测模块与高温段检测模块相结合实时采集出炉内温度，作为后期数据分析；视频监控单元包括低温环境视频监控模块和超高温环境视频监控模块，用于对该系统主要设备进行全面监控及将炉内预热情况实时反映给操作人员，并参与后期预热质量的分析与调整；所述燃料信息采集子系统由设置在管道内的压力、流量、温度仪表组成，实时反馈相关管道内相应介质的状态，反馈给主控制系统进行分析控制；所述烟气净化余热再利用子系统由复合式烟气收集单元、烟气负压及含氧量检测单元、余热交换单元和烟气阀门调节单元组成，余热交换单元包括烟气净化和余热交换模块；所述安全应急响应子系统由可燃气体高低压报警模块、防爆区欠氧和过氧报警模块、可燃气体点火及熄火模块、可燃气体欠过压保护模块、高温设备冷却水温度及断流保护模块、设备间安全联锁保护模块组成。2.根据权利要求1所述的一种金属化炉料高效预热系统，其特征在于，所述压力、流量、温度检测单元的检测对象为气体燃料、纯氧、冷却进水、冷却回水和氮气。3.根据权利要求1所述的一种金属化炉料高效预热系统，其特征在于，所述氧含量检测单元的检测对象为炉体烟气中的含氧量，通过含氧量的分析确认燃气与氧气是否充分燃烧，将此数据反馈给主控制系统实时进行燃气量、氧气量的调整。4.根据权利要求1所述的一种金属化炉料高效预热系统，其特征在于，所述低温段检测模块和低温环境视频监控模块为短波红外线采集设备，该短波红外线采集设备的...

【专利技术属性】
技术研发人员：童宏涛，王良润，崔险，孔德喜，
申请(专利权)人：辽宁科大科信电力电子有限公司，
类型：发明
国别省市：