CN103591988A - 一种转炉煤气回收量计量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转炉煤气回收量计量装置及方法，属于气体计量设备及方法技术领域，用于对转炉煤气回收量进行准确计量。其技术方案是：本发明的变频器与除尘风机的电机连接，三通阀、压力测量装置、温度测量装置分别安装在除尘管道上，变频器、三通阀、压力测量装置、温度测量装置分别检测除尘电机的转速、回收煤气的时间、回收煤气的压力和温度，并将这些检测信号输入到现场控制站中，由现场控制站计算转炉煤气的回收量。本发明可以准确计量煤气回收量，用于指导炼钢煤气回收的生产，解决了转炉煤气回收投产运行后，煤气计量不准且无法安装流量计或由于工艺参数问题没有可选流量仪表的难题，无需增加额外成本，可以带来可观的经济效益。

Description

一种转炉煤气回收量计量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种转炉煤气回收量计量装置及方法，属于气体计量设备及计量方法技术领域。

背景技术

转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源，转炉煤气回收量的计量存在以下难点：一是为了减少压力损失和工艺扩产后的管道能继续使用，工艺管径往往过大，工艺管道是3至4座转炉的总管，但实际回收时仅1至3座转炉回收，转炉煤气回收量过小，不能满足***式差压流量计的最低流速要求，从而使计量数据不准，误差较大（回收量大时，仪表误差较小），无法满足工艺生产的需要；二是生产运行后，当初安装的流量计由于回收量小大都无法使用，但由于没有停产机会，管道无法缩径来提高流速，也无法安装孔板等节流装置；三是超声波气体流量计价格昂贵，备品备件成本高，不宜推广；四是现场工艺管道连接复杂，有些转炉找不到一个总管用于安装转炉煤气计量装置。由于以上原因，使转炉煤气回收量计量缺失，仅能靠工艺理论计算来估算回收量。因此，设计一种计量转炉煤气回收量的装置势在必行，这对于二次能源高效利用及减少排放都具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种转炉煤气回收量计量装置及方法，这种计量装置及方法不使用流量仪表设备，可以间接、准确地计量转炉煤气回收量，用于指导炼钢煤气回收的生产，并带来可观的经济效益。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种转炉煤气回收量计量装置，它的构成中包括变频器、三通阀、压力测量装置、温度测量装置、现场控制站，变频器与除尘风机的电机连接，三通阀安装在除尘管道上，变频器、三通阀的输入信号和控制信号分别与现场控制站相连接，压力测量装置、温度测量装置分别安装在除尘管道上，压力测量装置、温度测量装置的输出信号分别与现场控制站相连接。

上述转炉煤气回收量计量装置，所述压力测量装置为压力变送器，温度测量装置为Pt100热电阻。

上述转炉煤气回收量计量装置，所述现场控制站由输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、总线底板模件组成，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上。

一种使用上述转炉煤气回收量计量装置的方法，它采用以下步骤：

1．计算回收瞬时流量

式中：

F_i----第i次回收的煤气瞬时流量，单位Nm³/s；

κ----比例系数，κ=风机额定工作流量Q_额(m³/s)/风机额定转速n_额 (转/min) ，风机标牌给出，min* m³/(转*s)；

η----风机效率(0-100%)，根据现场整定；

P₁----风机工作绝对压力，P₁=100+p₁（p₁为工作压力，由压力测量装置3测得），单位KPa；

T₀----1标准大气压下的绝度温度，T₀=273+20=293K；

T₁----风机工作状态下的绝度温度T₁=273+t₁（t₁为工作温度℃，由温度测量装置测得），单位K；

P₀----1标准大气压，P₀=100KPa；

P₁*T₀/T₁/P₀----由工作状态下的流量换算成标准状态下（1大气压，20℃）的流量；

n_i----第i次回收的风机的转速(0-n_额)，由变频器控制并检测，随时变化，单位转/min。

上式中：Q_额、n_额、η在操作员站上输入；

2．计算回收时间

当三通阀的回收侧到位信号为1时，触发定时器开始计时，表示煤气回收开始，当三通阀的回收侧到位信号为0时，定时器停止计时， 计算出这段时间为τ_i，表示第i次回收的煤气回收时间为τ_i秒（s）。

3．计算煤气累积流量

式中：

Q----n次回收的煤气累积流量，单位Nm³；

F_i----第i次回收的煤气瞬时流量，步骤1中的F_i值，单位Nm³/s；

τ_i----第i次回收的煤气回收时间，步骤2中的τ_i值，单位s；

本发明的有益之处在于：

本发明的变频器、三通阀、压力测量装置、温度测量装置分别检测除尘电机的转速、回收煤气的时间、回收煤气的压力和温度，并将这些检测信号输入到现场控制站中，由现场控制站进行处理计算，准确计算转炉煤气的回收量，这种装置和方法可以不使用流量仪表设备间接计量转炉煤气回收量，用于指导炼钢煤气回收的生产，无需增加额外成本，可以带来可观的经济效益。特别解决了转炉煤气回收投产运行后，煤气计量不准且无法安装流量计或或由于工艺参数问题没有可选流量仪表的难题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中标记如下：变频器1、三通阀2、压力测量装置3、温度测量装置4、现场控制站5、除尘风机6、除尘管道7、煤气柜8、操作员站9。

具体实施方式

本发明的转炉煤气回收量计量装置包括变频器1、三通阀2、压力测量装置3、温度测量装置4、现场控制站5。

图中显示，变频器1与除尘风机6的电机连接，用于控制回收时的风机转速。三通阀2安装在除尘管道7上用于控制煤气回收与放散。变频器1、三通阀2的输入信号和控制信号分别与现场控制站5相连接。 

图中显示，压力测量装置3、温度测量装置4分别安装在除尘管道7上检测煤气的压力和温度，用于流量补偿。压力测量装置3、温度测量装置4的输出信号与现场控制站5相连接。压力测量装置3为压力变送器，温度测量装置4为Pt100热电阻。

本发明的现场控制站5由输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、总线底板模件组成，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上。

现场控制站5的接口模件与操作员站9连接，接口模件为工业交换机、以太网模板、现场总线等，操作员站9为工业计算机或工业触摸屏。

本发明的变频器1、三通阀2、压力测量装置3、温度测量装置4分别检测除尘电机6的转速、回收煤气的时间、回收煤气的压力和温度，并将这些检测信号输入到现场控制站5中，由现场控制站5进行处理计算，准确提供转炉煤气的回收量。 

本发明的转炉煤气回收量计量装置的一个实施例的各个部件如下：

变频器1的型号为6ES70；

三通阀2的型号为SQD643X-1；

压力测量装置3的型号为EJA530A；

温度测量装置4的型号为WZP-240；

现场控制站5的构成器件如下：

输入模件的型号为6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 321-1BL00-0AA0；输出模件的型号为6ES7 332-7KF02-0AB0和6ES7 322-1BL00-0AA0；电源模件的型号为6ES7 307-1KA01-0AA0；CPU控制器件的型号为6ES7 315-2AH14-0AB0；接口模件的型号为Moxa EDS-G205、6ES7 343-1EX30-0XE0和6ES7 153-1AA03-0XB0；总线底板模件的型号为6ES7390-1GF30-0AA0。

操作员站9的型号为研华IPC-610H型。

本发明的使用上述转炉煤气回收量计量装置的方法，它的一个实施例采用以下步骤：

1．计算回收瞬时流量

式中：

F_i ----第i次回收的煤气瞬时流量，单位Nm³/s；

κ----比例系数，κ=风机额定工作流量Q_额(m³/s)/风机额定转速n_额 (转/min) ，风机标牌给出。

本实施例中：风机标牌的风机额定工作流量Q_额= 64.2(m³/s)，风机额定转速n_额=2035 (转/min)，κ=64.2/2035=0.03155(min* m³/(转*s))；

η----风机效率(0-100%)，根据现场整定，η=79.25%；

P₁----风机工作绝对压力P₁=100+p₁（p₁为工作压力，由压力测量装置3测得），单位KPa；本实施例中， p₁₌9KPa，P₁=100+p₁=100+9=109KPa；

T₀----1标准大气压下的绝度温度，T₀=273+20=293K；

T₁----风机工作状态下的绝度温度T₁=273+t₁（t₁为工作温度℃，由温度测量装置4测得），单位K；本实施例中，t₁=70℃，T₁=273+t₁=273+70=343K；

P₀----1标准大气压，P₀=100KPa；

n_i----第i次回收的风机的转速(0-n_额)，由变频器1控制并检测，随时变化，转/min，n=0-2035转/min；本实施例中，回收时n在1000-1900转/min之间；

计算结果：

F_i=κ*η*P₁*T₀/T₁/P₀*n_i=64.2/2035*0.7925*109*293/343/100*n=0.02328*n_i (Nm³/s)。

若回收时，风机恒转速，F_i为定值。例如某100吨转炉F_i=18.5 Nm³/s；某150吨转炉F_i=28Nm³/s。

2．计算回收时间

当三通阀2的回收侧到位信号为1时，触发定时器开始计时，表示煤气回收开始，当三通阀2的回收侧到位信号为0时，定时器停止计时， 计算出这段时间为τ_i，表示第i次回收的煤气回收时间为τ_i秒（s）。实施例中，回收时间一般为9-13min。

3．计算累积流量

式中：

Q-----n次回收的煤气累积流量，单位Nm³；

F_i----第i次回收的煤气瞬时流量，步骤1中的F_i值，单位Nm³/s；

τ_i----第i次回收的煤气回收时间，步骤2中的τ_i值，单位s；

n_i----第i次回收的风机的转速(0-n_额)，由变频器1控制并检测，随时变化，转/min，n=0-2035转/min；本实施例中，回收时n在1000-1900转/min之间。

在本发明中，由于煤气回收是间断进行的，统计出8小时内的每次煤气回收时间与每次流量乘积的累加和，可以求出班累积流量；统计出24小时内的每次煤气回收时间与每次流量乘积的的累加和，可以求出日累积流量；统计出1个月时间内的每次煤气回收时间与每次流量乘积的的累加和，可以求出月累积流量；以此类推。

以上的数据在操作员站9上进行监视操作。

使用本发明的某120吨3号转炉回收36炉数据列表如下：

风机转速始终调节，不是恒速。从表中可以看出，对比的36炉的回收量虽然有时偏差大，有时偏差小，但累积量偏差计算公式较西门子仪表检测的非常接近，累积误差仅为-0.12%，工艺认为该数据非常准确。该方法，误差可以控制在±2%，完全满足工艺生产的需要，解决了回收流量较小时，计量仪表无法准确计量的难题。

Claims (4)

1.一种转炉煤气回收量计量装置，其特征在于：它的构成中包括变频器（1）、三通阀（2）、压力测量装置（3）、温度测量装置（4）、现场控制站（5），变频器（1）与除尘风机（6）的电机连接，三通阀（2）安装在除尘管道（7）上，变频器（1）、三通阀（2）的输入信号和控制信号分别与现场控制站（5）相连接，压力测量装置（3）、温度测量装置（4）分别安装在除尘管道（7）上，压力测量装置（3）、温度测量装置（4）的输出信号分别与现场控制站（5）相连接。

2.根据权利要求1所述的转炉煤气回收量计量装置，其特征在于：所述压力测量装置（3）为压力变送器，温度测量装置（4）为Pt100热电阻。

3.根据权利要求2所述的转炉煤气回收量计量装置，其特征在于：所述现场控制站（5）由输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、总线底板模件组成，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上。

4.一种使用上述转炉煤气回收量计量装置的方法，它采用以下步骤：

a．计算回收瞬时流量

F_i=κ*η*P₁*T₀/T₁/P₀*n_i

式中：

F_i----第i次回收的煤气瞬时流量，单位Nm³/s；

κ----比例系数，κ=风机额定工作流量Q_额(m³/s)/风机额定转速n_额 (转/min) ，风机标牌给出，min* m³/(转*s)；

η----风机效率(0-100%)，根据现场整定；

P₁----风机工作绝对压力，P₁=100+p₁（p₁为工作压力，由压力测量装置测得），单位KPa；

T₀----1标准大气压下的绝度温度，T₀=273+20=293K；

T₁----风机工作状态下的绝度温度T₁=273+t₁（t₁为工作温度℃，由温度测量装置测得），单位K；

P₀----1标准大气压，P₀=100KPa；

P₁*T₀/T₁/P₀----由工作状态下的流量换算成标准状态下（1大气压，20℃）的流量；

n_i----第i次回收的风机的转速(0-n_额)，由变频器控制并检测，随时变化，单位转/min；

上式中：Q_额 、n_额、η在操作员站上输入；

b．计算回收时间

当三通阀的回收侧到位信号为1时，触发定时器开始计时，表示煤气回收开始，当三通阀的回收侧到位信号为0时，定时器停止计时， 计算出这段时间为τ_i，表示第i次回收的煤气回收时间为τ_i秒（s）；

c．计算煤气累积流量

Q=                                                

_，(n=1,2，3,…)

式中：

Q----n次回收的煤气累积流量，单位Nm³；

F_i----第i次回收的煤气瞬时流量，步骤1中的F_i值，单位Nm³/s；

τ_i----第i次回收的煤气回收时间，步骤2中的τ_i值，单位s。

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