專利名稱：軋鋼工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軋鋼工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試和計算的方法，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軋鋼工業(yè)爐是冶金行業(yè)中用燃料燃燒進行供熱的一種加熱設備，其目的是使鋼坯達到軋鋼工藝要求的溫度，同時保證鋼坯的加熱質(zhì)量。為此，要求爐內(nèi)各區(qū)段溫度控制在一定的范圍，一般要求在士 10°c之內(nèi)。爐內(nèi)由幾個供熱區(qū)段組成，通常分為熱回收段、預熱段、 加熱段和均熱段，以滿足鋼坯加熱工藝要求的溫度曲線。工業(yè)爐是軋鋼生產(chǎn)過程中最大的耗能設備，占整個軋鋼工藝過程總能耗的70%左右。所以，工業(yè)爐能耗水平的動態(tài)檢測與控制非常重要。依據(jù)國家標準《工業(yè)燃料爐熱平衡測定與計算基本規(guī)則》(GB/T13338-1991)，在入爐坯料成分、品種、規(guī)格不變等穩(wěn)定工況下對工業(yè)爐進行熱平衡測試，可以獲得工業(yè)爐與能耗相關(guān)的各項技術(shù)性能指標，得出工業(yè)爐在正常工況下的熱效率，具有一定的指導意義。由于在實際軋鋼生產(chǎn)過程中，工藝條件不可能總是完全符合這些嚴格的測試條件，通過常規(guī)熱平衡測試方法計算出的熱平衡數(shù)據(jù)并不能反映所有生產(chǎn)狀態(tài)下的情況，有一定的局限性。本發(fā)明采用的動態(tài)熱平衡測試和計算方法，就是對工業(yè)爐與熱平衡狀態(tài)有關(guān)的各項數(shù)據(jù)進行連續(xù)采集和記錄，通過專門的分析方法和軟件，計算出不同工藝狀況下的工業(yè)爐熱平衡數(shù)據(jù)，對于工業(yè)爐節(jié)能降耗具有更全面的指導意義，類似于醫(yī)療領(lǐng)域普通靜臥心電圖和動態(tài)心電圖的區(qū)別，動態(tài)心電圖可以連續(xù)M小時監(jiān)測人體心電圖變化，它由美國 Holter先生發(fā)明，故又稱Holter心電圖。工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試技術(shù)可以分析、診斷工業(yè)爐在各種工藝條件下熱平衡狀態(tài)，并能將工業(yè)爐與上下游工序作為一個整體考慮，通過熱效率持續(xù)的監(jiān)測，找到影響工序能耗的真正原因，結(jié)合工業(yè)爐的節(jié)能技術(shù)改造、優(yōu)化生產(chǎn)組織、采用先進的軋鋼工藝技術(shù)等手段，使工業(yè)爐熱效率不斷提高、單位能耗下降。所以工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試是了解工業(yè)爐真實運行情況的有效途徑，是現(xiàn)代冶金企業(yè)節(jié)能管理的又一個重要手段。

發(fā)明內(nèi)容
工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試和計算的前提條件是自動化檢測設備配置齊全，工業(yè)爐的主要熱平衡收入和支出項基礎數(shù)據(jù)可以自動獲取，工業(yè)爐的自動控制采用DCS或PLC系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可以和動態(tài)熱平衡測試裝置進行數(shù)據(jù)交換。依據(jù)1991年制定的國家標準《工業(yè)燃料爐熱平衡測定與計算基本規(guī)則GB/ T13338-1991》，對于工業(yè)燃料爐熱平衡測試作了明確的說明，其測試手段通常采取人工方式進行。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，與熱平衡測試有關(guān)的熱量支出項和熱量收入項數(shù)據(jù)， 基本上都可以通過自動檢測手段完成，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理用專門軟件來實現(xiàn)也非難事。通過對工業(yè)爐與熱平衡測試有關(guān)的各項數(shù)據(jù)進行自動檢測和后期數(shù)據(jù)處理，可以獲得工業(yè)爐熱平衡測試數(shù)據(jù)，具有即時性和全面性的優(yōu)點?，F(xiàn)有的熱平衡測試技術(shù)在對工業(yè)爐的熱平衡狀態(tài)進行測試時，存在準備時間較長、對工業(yè)爐正常生產(chǎn)有干擾、后期數(shù)據(jù)處理工作量大等問題。本發(fā)明采用的動態(tài)熱平衡測試技術(shù)，是對工業(yè)爐各種狀態(tài)下的運行狀況進行連續(xù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，通過專門的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和算法，得到工業(yè)爐的動態(tài)熱平衡狀態(tài)，不影響工業(yè)爐正常生產(chǎn)，數(shù)據(jù)處理即時完成，可大大提高熱平衡測試的效率，同時可以得到連續(xù)的熱平衡測試數(shù)據(jù)，對于工業(yè)爐節(jié)能降耗工作具有更全面的指導意義。由熱力學第一定律我們知道，軋鋼工業(yè)爐熱量收入項之和與支出項之和在數(shù)值上必然相等。熱平衡計算，是工業(yè)爐設計的基礎和重要參考依據(jù)，最終能夠通過對運行的工業(yè)爐進行熱平衡測試進行驗證，所以熱平衡測試是改進設計不足、提高設計水平、指導生產(chǎn)操作的重要手段。在熱平衡中的各項，用單位時間的熱量收入和支出的千焦(kj)數(shù)為單位進行表示。本發(fā)明提供的軋鋼工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試方法，包括以下步驟步驟一、原始數(shù)據(jù)獲取，采用DCS或PLC系統(tǒng)對工業(yè)爐進行自動控制，系統(tǒng)自動獲取燃料成分、燃料流量、鋼坯質(zhì)量、鋼坯入爐溫度、鋼坯出爐溫度、入爐時間和出爐時間進行記錄，并通過數(shù)據(jù)庫存儲；步驟二、熱穩(wěn)定狀態(tài)判斷，根據(jù)工業(yè)爐溫度、出鋼節(jié)奏計算出工業(yè)爐的熱負荷，并判斷是否處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，是否符合熱平衡測定和計算的條件；步驟三、以小時為間隔單位，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用符合條件的原始數(shù)據(jù)進行熱平衡計算，得出熱平衡表，同時計算出軋鋼工業(yè)爐的熱效率；步驟四、對工業(yè)爐與熱平衡狀態(tài)有關(guān)的各項數(shù)據(jù)進行連續(xù)測量，通過專門的分析軟件，計算出不同工藝狀況下的工業(yè)爐熱平衡數(shù)據(jù)和實際熱效率。優(yōu)選的，上述步驟三中的熱平衡計算方法為Σ Qr = Σ Q' r，式中，Σ A為體系熱收入總和，Σ Q' r為體系熱支出總和；其中，Σ A的計算方法為Σ Qr = Qrh+Qrw+Qw+Qqt, 式中，Qrh為燃料燃燒的化學熱量， Q 為燃料帶入的物理熱量， 為鋼坯帶入的物理熱量， Qqt為其它熱收入；其中，Σ Q' r的計算方法為Σ Q' r = Q' W+Q' y+Q' sr+Q' fs+Q' 式中，Q' w為鋼坯帶出的物理熱量， Q' y為煙氣帶走的物理熱量， Q' 為爐體及管道表面散失熱量， Q' 為爐門及孔洞輻射熱損失熱量， Q' 為其它熱支出。
優(yōu)選的，上述體系熱收入總和Σ Qr中的各部分計算方法如下Qrh = BQsdw,式中，B為燃料用量，單位為Nm3/h或kg/h ；為氣體燃料濕成分低位發(fā)熱量，單位為 kJ/Nm3 ；Qsdw = \26COs +108^ + ^Hs2Ss + 358CT； + 59SCmHsn式中，cos、i/2s、Hs2Ss、CHs4、Cot/^分別為氣體燃料各濕成分的體積含量，％ ；Qrw = B (Crtr-Cy0t0)式中、、、分別為燃料入爐溫度和基準溫度，°C;Cr, Cy0分別為0°C至入爐溫度和基準溫度間燃料的平均比熱容，kJ/kg(Nm3)· °C ；Qw = mw(Cwtw-Cw0t0)式中，mw為入爐鋼坯的質(zhì)量，Cw、Cw0分別為0°C至入爐溫度tw和基準溫度、間的平均比熱容，kj/kg· °C。優(yōu)選的，上述體系熱支出總和Σ Q' ^中的各部分計算方法如下Q' w = m' W(C' wt' w_Cw0t0)式中，mw為入爐鋼坯的質(zhì)量，kg/h ；C' w、Cw0分別為0°C至出爐溫度(t' J和基準溫度(tQ)間的平均比熱容，kj/ kg · °C ；t' w為鋼坯的出爐溫度，°C ；Q' y = Vy(Cyty-Cy0t0), kj/h式中Cy、CyQ分別為在0°C至煙氣溫度(ty)和基準溫度(tQ)間的平均比熱容，kj/ Nm3 · "C ；ty—煙道入口處煙氣溫度，。C ；Vy-煙氣量，Nm3/h ；Q' sr =Σ Qi · Ai, kj/h式中A-i部爐體或其它管道表面積，m2，Qi-I部爐體或其它管道表面熱流密度，kj/m2 · h ；
/O’+273)4 (tn +273 V , T/1U β = 20Λ\ Α τ J- - ^- ，kJ/h
J^ 1 I \00 J { 100 J式中=A1-開啟爐門面積，m2 ；tr-爐溫，°C ；τ -1小時內(nèi)爐門開啟時間，h ；Φ -角度系數(shù)。本發(fā)明與普通的熱平衡測試技術(shù)相比，具有計算結(jié)果連續(xù)和全面的特點。它能夠連續(xù)、動態(tài)、直觀地計算出工業(yè)爐的熱能利用效率，在軋鋼工業(yè)爐處于熱穩(wěn)定狀態(tài)時，客觀反映工業(yè)爐的熱效率由各種原因(軋制節(jié)奏、鋼坯熱裝率、煙氣氧含量等)引起的變化情況，對于降低軋鋼工業(yè)爐單位能耗具有重要指導意義。


圖1為軋鋼工業(yè)爐熱量平衡框圖；圖2為動態(tài)熱平衡測試和計算流程圖。
具體實施例方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細描述。如圖1所示為軋鋼工業(yè)爐熱量平衡框圖，軋鋼工業(yè)爐的供給熱量主要為燃料燃燒產(chǎn)生的化學放熱，其有效熱量為被加熱鋼坯帶走的物理熱，煙氣帶走、爐墻散失等為熱損失，從圖1可以看出，這三者間符合能量平衡關(guān)系。即進入工業(yè)爐的有效熱量=被鋼坯帶走的有效熱量+損失的熱量圖2是動態(tài)熱平衡測試和計算流程圖。首先，對熱收入項和熱支出項有關(guān)的各項原始數(shù)據(jù)進行采集，并通過數(shù)據(jù)庫存儲。 再根據(jù)工業(yè)爐溫度、出鋼節(jié)奏等條件判斷工業(yè)爐是否處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，如果具備條件，則從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用出原始數(shù)據(jù)進行熱平衡計算，得出熱平衡表，同時計算出軋鋼工業(yè)爐的熱效率，將結(jié)果進行顯示和存儲，并根據(jù)預先設定的間隔時間，周期不間斷地對正常生產(chǎn)過狀態(tài)下的工業(yè)爐進行熱平衡測試和計算。動態(tài)熱平衡測試的實施方法及步驟一、將工業(yè)爐各項熱收入項和熱支出項有關(guān)的燃料成分、燃料流量、鋼坯質(zhì)量、鋼坯入爐溫度、鋼坯出爐溫度、入爐時間、出爐時間等原始數(shù)據(jù)進行記錄，并通過數(shù)據(jù)庫存儲；二、根據(jù)工業(yè)爐溫度、出鋼節(jié)奏計算出工業(yè)爐的熱負荷，并判斷是否處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，是否符合熱平衡測定和計算的條件；三、以小時為間隔單位，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用符合條件的原始數(shù)據(jù)進行熱平衡計算，得出熱平衡表，同時計算出軋鋼工業(yè)爐的熱效率；η = ^xlOO
Scgj或1-·Χ100
“ —^gj式中η-設備熱效率，％ ；知一供給熱量，kj;Qra-有效熱量，kj;Qss-損失熱量，kj。軋鋼工業(yè)爐的主要目的是為了加熱鋼坯，其鋼坯帶走的熱量與燃氣供給的熱量之比可以反映工業(yè)爐的熱能利用效率。因此采用公式η =計算軋鋼工業(yè)爐的熱效率。
scgj式中:Qgj= Qrh = BQl,kmQyx = Q' W-QW
Qw = mw(Cwtw-Cw0t0)Q' w = m' W(C' wt' w_Cw0t0)Qyx = m' W(C' wt' w-Cw。t。)-mw(Cwtw-Cw。t。)，kJ/h式中Q' w、 分別為鋼坯帶出和帶入的熱量，m' w、mw分別為鋼坯出爐和入爐時的質(zhì)量，假定m' w = mw貝IJ:QYX = m' w(C' wt' w-Cwtw) , kj/hη = ^ χ 100% = m\(C wt w-Cjw) I BQsdw X 100%
Scgj四、將熱平衡計算得出熱平衡表數(shù)據(jù)和工業(yè)爐熱效率，通過以下格式記錄和存儲在數(shù)據(jù)庫中。A1 (Qrh, Qrw, Qw, Qqt, Q' w，Q' y，QA2(Qrh, Qrw, Qw, Qqt, Q' w，Q' y，QAn(Qrh, Qrw, Qw, Qqt, Q' w，Q' y，Q式中η—以小時為單位的時間間隔；Qrh-燃料燃燒的化學熱；Qrw-燃料帶入的物理熱；Qw-鋼坯帶入的物理熱；Qqt-其它熱收入；Q' w-鋼坯帶出的物理熱；Q' y__煙氣帶走的物理熱；Q' 爐體和其它管道表面散熱損失；Q' 爐門和空洞輻射熱損失；Q' 其它熱支出；η—實際熱效率。以上所述，僅是用以說明本發(fā)明的具體實施案例而已，并非用以限定本發(fā)明的可實施范圍，舉凡本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員在未脫離本發(fā)明所指示的精神與原理下所完成的一切等效改變或修飾，仍應由本發(fā)明權(quán)利要求的范圍所覆蓋。
sr，Q fs' Q qt，rL ) sr，Q fs' Q qt，rL )
sr，Q fs' Q qt，rL )
權(quán)利要求
1.一種軋鋼工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試方法，其特征在于步驟一、原始數(shù)據(jù)獲取，采用DCS或PLC系統(tǒng)對工業(yè)爐進行自動控制，系統(tǒng)自動獲取燃料成分、燃料流量、鋼坯質(zhì)量、鋼坯入爐溫度、鋼坯出爐溫度、入爐時間和出爐時間進行記錄，并通過數(shù)據(jù)庫存儲；步驟二、熱穩(wěn)定狀態(tài)判斷，根據(jù)工業(yè)爐溫度、出鋼節(jié)奏計算出工業(yè)爐的熱負荷，并判斷是否處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，是否符合熱平衡測定和計算的條件；步驟三、以小時為間隔單位，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用符合條件的原始數(shù)據(jù)進行熱平衡計算，得出熱平衡表，同時計算出軋鋼工業(yè)爐的熱效率；步驟四、對工業(yè)爐與熱平衡狀態(tài)有關(guān)的各項數(shù)據(jù)進行連續(xù)測量，通過專門的分析軟件， 計算出不同工藝狀況下的工業(yè)爐熱平衡數(shù)據(jù)和實際熱效率。
2.如權(quán)利要求1所述的軋鋼工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試方法，其特征在于所述步驟三中的熱平衡計算方法為Σ Qr = Σ Q' r，式中，Σ &為體系熱收入總和，Σ Q' r為體系熱支出總和；其中，Σ &的計算方法為Σ Qr = Qrh+Qrw+Qw+Qqt'式中，Qrh為燃料燃燒的化學熱量，Qnt為燃料帶入的物理熱量， 為鋼坯帶入的物理熱量，Qqt為其它熱收入；其中，Σ Q' ^的計算方法為Σ Q' r = Q' W+Q' y+Q' sr+Q' fs+Q' qt,式中，Q' w為鋼坯帶出的物理熱量，Q' y為煙氣帶走的物理熱量，Q' α為爐體及管道表面散失熱量，Q' fs為爐門及孔洞輻射熱損失熱量，Q' 為其它熱支出。
3.如權(quán)利要求2所述的軋鋼工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試方法，其特征在于所述體系熱收入總和Σ Qr中的各部分計算方法如下Qrh=BQs-,式中，B為燃料用量，單位為Nm3/h或kg/h ；為氣體燃料濕成分低位發(fā)熱量，單位為 kJ/Nm3 ；Qsdw = \26COs +108/72 + ^Hs2Ss + 358CT； + 59SCmHsn式中，cos、i/2s、Hs2Ss、CHs4、Cot/^分別為氣體燃料各濕成分的體積含量，<%;Qrw — B (Crtr_Cyot〇)式中、、、分別為燃料入爐溫度和基準溫度，°c;t;、Cy(l分別為0°C至入爐溫度和基準溫度間燃料的平均比熱容，kJ/kg(Nm3) · V ； Qw — mw (Cwtw_Cw0t0)式中，mw為入爐鋼坯的質(zhì)量，Cw、Cw0分別為0°C至入爐溫度tw和基準溫度、間的平均比熱容，kj/kg· °C。
4.如權(quán)利要求2所述的軋鋼工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試方法，其特征在于所述體系熱支出總和Σ Q' r中的各部分計算方法如下 Q w — m w (C wt W-Cw010) 式中，mw為入爐鋼坯的質(zhì)量，kg/h ；C' W、CW(I分別為0°C至出爐溫度(t' w)和基準溫度(O間的平均比熱容，kj/kg t' w為鋼坯的出爐溫度，°C; Q' y = Vy(Cyty-Cy0t0)，kJ/h式中Cy、Cy(l分別為在0°C至煙氣溫度(ty)和基準溫度(、)間的平均比熱容，kj/ Nm3 · "C ；ty-煙道入口處煙氣溫度，°C;Vy-煙氣量，Nm3/h;Q' sr =Σ Qi · Ai, kj/h式中A-i部爐體或其它管道表面積，m2，Qi-i部爐體或其它管道表面熱流密度，kj/m2 · h ；/O’ +273)4 (tn +273 V , T/1 Q fs = 20AlY A φτ J- - ^- ，kJ/hJ^ 1 I \00 J { 100 J式中·Α-開啟爐門面積，m2; tr-爐溫，V ； τ_1小時內(nèi)爐門開啟時間，h ； Φ-角度系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軋鋼工業(yè)爐動態(tài)熱平衡測試方法。本發(fā)明采用的動態(tài)熱平衡測試技術(shù)，是對工業(yè)爐各種狀態(tài)下的運行狀況進行連續(xù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，通過專門的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和算法，得到工業(yè)爐的動態(tài)熱平衡狀態(tài)，不影響工業(yè)爐正常生產(chǎn)，數(shù)據(jù)處理即時完成，可大大提高熱平衡測試的效率，同時可以得到連續(xù)的熱平衡測試數(shù)據(jù)，對于工業(yè)爐節(jié)能降耗工作具有更全面的指導意義。
文檔編號G01K17/00GK102243117SQ20111009198
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者楊建波, 汪漢清, 黃安凱 申請人:湖北趨勢能源技術(shù)有限公司