[发明专利]一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置及方法

说明书

一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置，它包括立式冷却机、余热锅炉、除尘器及循环风机，按照烟气流动方向，位于立式冷却机塔壁上部的高温气体出口经由第一管道连接至余热锅炉的进风口，从余热锅炉的出风口引出的第二管道经由除尘器和循环风机连接至位于立式冷却机塔壁下部的低温气体入口，其特征在于：该装置在立式冷却机的低温气体入口处设有第一测温装置、第一流量检测装置和氧浓度检测装置，在立式冷却机的高温气体出口处设有第二测温装置和第二流量检测装置。本发明能够精准判断热烧结矿冷却过程中残碳是否发生了二次燃烧，同时计算出需要的氮气流量并通入相应量的氮气对残碳的二次燃烧进行有效控制。

技术领域

本发明涉及监测热烧结矿残碳燃烧的装置及方法，具体涉及一种监测及控制热烧结矿冷却过程残碳燃烧的装置及方法，属于钢铁行业烧结矿生产领域。

背景技术

能源可持续利用对人类的生存和发展关系重大，是世界上各国面临的最重要的社会问题之一。随着钢铁工业生产流程的逐步优化和工序能耗的不断下降，回收利用各生产工序的余热余能成为钢铁企业节能减排最有效的途径之一。我国大中型钢铁企业1t烧结矿所携带的余热资源约为0.94～1.02GJ，分别约占烧结工序以及钢铁企业余热资源总量的65％～71％和11％～12％。但由于历史原因，与发达国家的大中型钢铁企业相比，我国钢铁企业烧结矿余热资源的回收率低于国外主要大中型钢铁企业的平均水平的30％～45％，仅为28％～30％。因此，烧结矿余热资源高效回收与利用成为降低烧结工序能耗及合理化生产工艺中急需解决的重大问题。

烧结过程余热资源主要由两部分组成：一部分是来自于烧结机尾部、温度约为800～950℃烧结矿所携带的显热即烧结矿显热，这部分显热约占烧结过程余热资源总量的70％；另一部分来自于烧结机主排烟管道的烧结烟气显热，这部分约占余热资源总量的30％。比较而言，两种余热资源中，烧结矿显热数量较大、品质较高，其可被空气介质所携带；而烧结烟气显热数量较小、品质较低(烧结烟气平均温度为150～200℃，且成分比较复杂，尤其是含有SO₂、O₂、NOx及粉尘等有害杂质)。基于此，烧结矿显热的高效回收与利用是整个烧结余热回收与利用的核心与重点。

当前，世界上各国的烧结矿余热资源回收与利用主要是通过鼓风式环冷机或带式冷却机实现的，目前冷却机的结构和操作参数已经很难适应烧结矿显热的高效回收与利用，其存在着冷却系统漏风率较高、烧结矿余热部分回收、热载体(即出冷却机的冷却空气)品质较低等难以克服的弊端。其中，冷却系统漏风使得烧结废气显热损失15％～20％，冷却台车表面散热使得烧结矿显热损失约5％，冷却系统漏风造成了我国烧结工序能耗增加3％～4％；仅回收利用温度较高的余热，导致了烧结矿余热中的36％被放散；热载体的能级仅约为0.27～0.30。

基于此，借鉴干法熄焦(CDQ)中干熄炉结构与工艺，同时参考炼铁高炉的结构形式，提出了烧结矿立式冷却余热回收工艺，同传统的冷却机形式的余热回收系统相比，这种立式回收系统具有料层高(传统冷却机料层高度在1.5m以下，而立式冷却系统料层可达6～7m)、漏风率几乎为零、气固热交换充分、出口热空气能级较高等优点。

但是在烧结矿立式冷却装置中，由于烧结矿中有可能夹杂未燃烧完全的残碳，而立式冷却装置的顶部温度可以高达750～850℃，因此残碳非常有可能在冷却装置的顶部发生二次燃烧，释放大量的热量，导致残碳燃烧区域附近的烧结矿发生熔融结块现象，不但影响烧结矿的透气性，降低烧结矿成品率，不利于高炉顺行，且极易造成立冷机下料口处产生大量高温烧结矿，烧坏皮带，严重时造成火灾引发安全事故。

在正常运行时，一般要求气体循环系统中氧含量Y₀控制在8％以下，否则热烧结矿中的残碳很容易发生二次燃烧，引起烧结矿结块。在正常工况下，即循环系统没有漏风时，氧浓度会维持在一个恒定的水平，热烧结矿中的残碳不会发生二次燃烧。但是当系统(尤其是立式冷却装置进料和排料处)有漏风，循环气体氧含量快速增加，而氧含量检测装置没有及时反应给控制系统时，就很有可能导致残碳的二次燃烧，此时需要用其他方法来对残碳的燃烧状态进行判断。