一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统及方法与流程

本发明涉及高炉渣余热回收技术领域，特别涉及一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统及方法。

背景技术：

目前，中国是全球最大的钢铁生产国，钢铁产量已连续17年保持世界第一。2014年中国生铁产量达到7.11亿吨，约占世界钢铁总产量60％。在钢铁冶炼过程中，将产生大量高温炉渣。据估计，高炉渣的出炉渣温可高达1400～1550℃，通过计算可知每吨高温高炉渣的显热值可高达1260～1880mj/吨，相当于60kg标准煤/吨。据统计，基于我国现有的钢铁冶炼技术，每生产1吨生铁将产生0.3吨高炉渣，以目前我国生铁产量7.11亿吨进行计算，可折合产生2.13亿吨以上的高炉渣，其显热量相当于1278万吨标准煤。

目前，我国钢厂对高温高炉渣常用的处理方法为水淬粒化法，通过对高温高炉渣进行水淬粒化处理后，用于水泥生产原料。水淬粒化法虽然实现了高炉渣的大规模利用，但处理过程需消耗大量水资源，据估计处理1吨高温熔渣，约需消耗新水1吨，循环用水约10吨。另外，水淬过程中释放出大量的h2s和so2气体，腐蚀建筑、破坏设备和恶化工作环境，同时产生大量水蒸气，造成了高炉渣所含高值显热的巨大浪费。

干法处理技术利用高温高炉渣与传热介质间接或直接接触进行渣粒化及显热回收，处理过程中不耗费宝贵的水资源，也几乎不释放h2s和so2等有害气体。随着我国对钢铁行业节能减排工作的全力推进，高温高炉渣干法离心粒化技术受到了业内的高度关注。在干法离心粒化处理过程中，高温高黏度的炉渣由高速旋转的转盘甩离转盘表界面，在空中形成液滴，这些微小的液滴与空间中的传热介质，一般为空气，进行强烈的直接换热，使液滴温度降低，使其液滴表面发生相变，形成凝固层，随着温度进一步降低，液滴逐渐转变成固体小颗粒。由于粒化过程中转盘的转速极快，一般可高达1000-2000r/min，导致液滴的切向速度极快，使得液滴在转盘周向空间上的换热有限，此时液滴表面仅能形成一层较薄的凝固层，内层仍呈液相，颗粒整体温度仍可高达800-900℃。为进一步降低颗粒温度，需加强颗粒在移动床内的换热。此时，高温颗粒(高温固体散料)在移动床内的冷却时间、冷却风量及排料速度，成为了钢渣余热回收利用技术的控制关键因素。因此，必须寻求一种可靠的、有效的新控制系统及方法，控制移动床内高温固体散料的适度冷却效果，最终实现理想的排渣温度。

技术实现要素：

本发明的目在于提供一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统及方法，通过监测移动床内高温固体散料的重要参数，通过控制振动出料机的排料速率、风机风量及落渣管流量，使得床内料层维持在一定高度，并保证适度冷却，使高温散料在移动床内达到理想的换热要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统，包括粒化仓、落渣管和转盘；落渣管的落渣口从粒化仓顶部中心伸入粒化仓中；转盘位于落渣管的落渣口正下方；转盘连接有转杯旋转电机，转杯旋转电机的转轴外周设有边缘风管壁；粒化仓包括水冷壁，水冷壁的顶部安装有第一红外测温仪、第一雷达料位计、第二雷达料位计和第二红外测温仪；水冷壁的顶部还设有若干出风口；水冷壁的底部安装有第一振动床及第二振动床，第一振动电机及第二振动电机分别位于第一振动床及第二振动床下方；第一振动床上方侧边分别布置第一排料口及第一风室入口，第二振动床上方侧边布置第二排料口及第二风室入口；第一风室入口及第二风室入口上方均布置排列整齐的风帽，第一振动床及第二振动床与边缘风管壁间通过第一振动弹簧与第二振动弹簧进行软连接；转盘正上方为落渣管出口，第一振动床及第二振动床上方直接与粒化仓内散料堆积层接触；第一排料口及第二排料口处分别布置第一热电偶及第二热电偶。

进一步的，第一雷达料位计及第二雷达位计的安装位置位于第一振动床及第二振动床中心线上；第一红外测温仪及第二红外测温仪安装位置位于第一振动床及第二振动床上方顶部中心。

进一步的，第还包括二级液态熔渣缓存系统；二级液态熔渣缓存系统包括渣包外壳、塞棒、落渣管和密封罩；渣包外壳的上部有进渣口，底部侧面设有若干出渣口，出渣口由座砖与定径水口组成；一个出渣口对应设置一个塞棒，塞棒包括塞棒头、塞棒杆和塞棒控制装置，座砖上设有相互连通的座砖流道和定径水口容置腔，定径水口安装于定径水口容置腔内；座砖流道一端连通渣包外壳内部容置熔渣的内腔，另一端连通定径水口的定径水口内流道的入口；塞棒杆一端连接塞棒头，另一端连接塞棒控制装置；塞棒控制装置用于控制塞棒头与定径水口之间的通流面积；定径水口外设置密封罩，密封罩底部设置落渣管。

进一步的，第渣包外壳的顶部设置有非接触式液位监测装置和燃烧器，用于监测渣包内的液态熔渣液位和液态熔渣的补热。

进一步的，第密封罩外壳的顶部设置有非接触式温度监测装置和非接触式液位监测装置，密封罩侧面与顶面能够开启，密封罩与渣包外壳法兰密封连接。

进一步的，第定径水口、塞棒头为抗腐蚀磨蚀的耐火材料制成，塞棒杆为耐高温金属材料制成，塞棒杆与塞棒头螺纹连接。

进一步的，第落渣管外包覆保温材料；落渣管设置在渣包外壳侧部。

进一步的，第塞棒设置在渣包外部，塞棒与水平方向呈10°-30°夹角，定径水口内流道为先渐缩后渐扩的非等截面流道；定径水口内流道入口渐缩段上部与水平方向夹角为100°-110°，径水口内流道入口渐缩段下部与水平方向夹角为15°-25°，径水口内流道出口渐扩段为倒圆锥形结构，渐扩段上部与水平方向夹角为15°-25°，渐扩段下部与水平方向夹角为5°-15°。

进一步的，第流量超过设定值时，塞棒控制装置向前给进，减小塞棒头与定径水口流道间的流通面积，进而减小熔渣流量；流量低于设定值时，塞棒控制装置向后给出，扩大塞棒头与定径水口流道间的流通面积，进而增加熔渣流量。

一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统的控制方法，包括：

1)通过第一红外测温仪及第二红外测温仪监测第一振动床及第二振动床上方散料堆积层表面的温度；通过第一雷达料位计及第二雷达位计监测第一振动床及第二振动床上方散料堆积层的料位高度；通过第一热电偶及第二热电偶监测第一排料口及第二排料口处散料的温度；

2)为确保运行过程中重要参数得到合理调控，对重要参数的优先等级进行合理排序，即散料堆积层料位控制为第一优先级，散料堆积层表面温度控制为第二优先级，第一排料口及第二排料口处散料的温度控制为第三优先级；

3)为确保运行过程中散料堆积层的料位高度维持在额定范围内，具体包括：当散料堆积层的料位高度高于高警戒料位时，增加第一振动床及第二振动床的排料速度，使散料堆积层维持在额定范围内；当散料堆积层的料位高度低于低警戒料位时，降低第一振动床及第二振动床的排料速度，使散料堆积层维持在额定范围内；

4)为确保运行过程中散料堆积层表面温度控制在额定范围内，具体包括：当散料堆积层表面温度高于高警戒温度时，减小落渣管流量，使散料堆积层表面温度维持在额定范围内；当散料堆积层表面温度低于低警戒温度时，增加落渣管流量，使散料堆积层表面温度维持在额定范围内；

5)为确保运行过程中第一排料口及第二排料口处的排料温度控制在额定范围内，具体包括：当第一排料口及第二排料口处的排料温度高于高警戒温度时，降低第一排料口及第二排料口处的排料速度，增加第一风室入口及第二风室入口风量，若第一排料口及第二排料口处的排料温度处于额定范围内，则停止增加第一风室入口及第二风室入口风量；若第一排料口及第二排料口处的排料温度仍高于高警戒温度，而第一风室入口及第二风室入口风量处于最大值，则增加转杯边缘风风量，若第一排料口及第二排料口处的排料温度处于额定范围内，则停止增加转杯边缘风的风量；若第一排料口及第二排料口处的排料温度仍高于高警戒温度，而转杯边缘风风量处于最大值，则减小落渣管流量，若第一排料口及第二排料口的排料温度处于额定范围内，则停止减小落渣管流量；当第一排料口及第二排料口的排料温度低于低警戒温度时，降低风室风量，若第一排料口及第二排料口的排料温度处于额定范围内，则停止降低风室风量；若第一排料口及第二排料口的排料温度仍低于低警戒温度，而第一风室入口及第二风室入口风量处于最小值，则减小转杯边缘风风量，若第一排料口及第二排料口的排料温度处于额定范围内，则停止减小转杯边缘风风量；若第一排料口及第二排料口的排料温度仍低于低警戒温度，而转杯边缘风风量处于最小值，则增加落渣管流量，若第一排料口及第二排料口的排料温度处于额定范围内，则停止增加落渣管流量。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在冷却系统中布置了能监测重要参数的高精度仪表，即能监测散料堆积层表面温度的红外测温仪、能监测散料堆积层料高的雷达液位计及能监测排料口处散料温度的热电偶，有助于实时监测高温散料冷却过程中的重要参数，为移动床内高温固体散料的适度冷却控制技术提供基础。

2、本发明为确保移动床内的高温固体散料能够得到适度冷却，从三个层面上进行控制，即冷却风的风量控制(风室风量、转杯边缘风风量)、振动床的排料速度控制及落渣管的落渣流量控制，通过对这三个层面的合理控制，确保了移动床内高温固体散料的适度冷却效果。

3、本发明根据散料堆积层表面温度、散料堆积层料高及排料口处散料温度的监测信号，对冷却风的风量、振动床的排料速度及落渣管的落渣流量进行实时有效控制，控制过程中对控制参数(冷却风的风量、振动床的排料速度及落渣管的落渣流量)的优先等级进行了合理的设定，使冷却风的风量控制(风室风量、转杯边缘风风量)、振动床的排料速度控制及落渣管的落渣流量控制之间完美耦合，可实现多种工况的有效控制，大幅增加移动床内高温固体散料的冷却效果的适度性。

本发明通过监测移动床内高温固体散料的重要参数，通过控制振动出料机的排料速率、风机风量及落渣管流量，使得床内料层维持在一定高度，并保证适度冷却，使高温散料在移动床内达到理想的换热要求；具体控制思路可概括为：根据散料堆积层表面温度、散料堆积层料高及排料口处散料温度的监测信号，对冷却风的风量、振动床的排料速度及落渣管的落渣流量进行实时有效控制，控制过程中对控制参数(冷却风的风量、振动床的排料速度及落渣管的落渣流量)的优先等级进行了合理设定，使冷却风的风量控制(风室风量、转杯边缘风风量)、振动床的排料速度控制及落渣管的落渣流量控制之间完美耦合，可实现多种工况的有效控制，大幅增加移动床内高温固体散料的冷却效果的适度性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统俯视图；

图2为沿图1中a-a线的剖视图；

图3为沿图1中b-b线的剖视图；

图4为沿图2中c-c线的剖视图；

图5为二级液态熔渣缓存系统的结构示意图；

图6为定径水口处局部放大图；

图7为本发明一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统的控制逻辑图。

图中：1、第一红外测温仪；2、第一雷达料位计；3、落渣管；4、第二雷达料位计；5、第二红外测温仪；6、水冷壁；7、第一出风口；8、第二出风口；9、风帽；10、第二风室入口；11、第二排料口；12、第二振动床；13、第二振动电机；14、第一振动电机；15、第一振动床；16、第一排料口；17、第一风室入口；18、第二振动弹簧；19、第一振动弹簧；20、散料堆积层；21、转杯边缘风；22、转杯旋转电机；23、转盘；24、第一热电偶；25、第二热电偶；26、边缘风管壁。

具体实施方式

请参阅图1至图5所示，本发明涉及高炉渣余热回收技术领域，特别涉及一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统及方法。

请参阅图1至图5所示，一种用于移动床内高温固体散料冷却的控制系统，包括粒化仓、落渣管3和转盘23。落渣管3的落渣口从粒化仓顶部中心伸入粒化仓中；转盘23位于落渣管3的落渣口正下方。

转盘23连接有转杯旋转电机22；转杯旋转电机22的转轴外周设有边缘风管壁26；粒化仓包括水冷壁6，水冷壁6的顶部安装有第一红外测温仪1、第一雷达料位计2、第二雷达料位计4和第二红外测温仪5。水冷壁6的顶部还设有第一出风口7和第二出风口8。

水冷壁6的底部安装有第一振动床15及第二振动床12，第一振动电机14及第二振动电机13分别位于第一振动床15及第二振动床12下方；第一振动床15及第二振动床12上方侧边分别布置第一排料口16及第二排料口11、第一风室入口17及第二风室入口10；第一风室入口17及第二风室入口10上方均布置排列整齐的风帽9，第一振动床15及第二振动床12与边缘风管壁26间通过第一振动弹簧20与第二振动弹簧19进行软连接，边缘风管壁26内布置转杯旋转电机22及转盘23，转盘23正上方为落渣管3出口，第一振动床15及第二振动床12上方直接与散料堆积层20接触，在第一排料口16及第二排料口11分别布置第一热电偶25及第二热电偶26。

请参阅图5和图6所示，本发明还包括二级液态熔渣缓存系统，二级液态熔渣缓存系统包括渣包外壳101、定径水口106、塞棒头107、塞棒控制机构108、落渣管111和密封罩110。

渣包外壳101上部有进渣口，底部有一个或多个出渣口，出渣口由座砖100与定径水口106组成；一个出渣口对应设置一个塞棒，塞棒包括塞棒头107、塞棒杆109和塞棒控制装置108，座砖100上设有相互连通的座砖流道201和定径水口容置腔202，定径水口安装于定径水口容置腔内；座砖流道一端连通渣包外壳内部容置熔渣的内腔，另一端连通定径水口的定径水口内流道的入口；塞棒杆一端连接塞棒头，另一端连接塞棒控制装置；塞棒控制装置用于控制塞棒头与定径水口之间的通流面积。定径水口106外侧设置有对应的密封罩110，密封罩的底部安装有落渣管111；渣包外壳101由高温耐火材料与钢壳制成。液态熔渣从渣包上方进渣口流入，并暂存于渣包中，液态熔渣从渣包外壳101底部侧面通过定径水口106经密封罩110流入落渣管111，再流至下方粒化系统。

塞棒设置在渣包外部，塞棒与水平方向呈10°-30°夹角，定径水口106内流道1060为先渐缩后渐扩的非等截面流道。径水口内流道入口渐缩段上部与水平方向夹角为100°-110°，定径水口内流道入口渐缩段下部与水平方向夹角为15°-25°，径水口内流道出口渐扩段为倒圆锥形结构，渐扩段上部与水平方向夹角为15°-25°，渐扩段下部与水平方向夹角为5°-15°。流量过大时，塞棒控制装置108向前给进，减小塞棒头107与定径水口流道间的流通面积，进而减小熔渣流量。流量过小时，塞棒控制装置108向后给出，扩大塞棒头107与定径水口流道间的流通面积，进而增加熔渣流量。座砖、定径水口、塞棒头材料为高温抗腐蚀磨蚀的耐火材料，塞棒杆由耐高温金属材料制成。

当塞棒头107受熔渣侵蚀磨蚀后，可通过塞棒控制装置108调节，向定径水口106内给进塞棒头107，继续保持塞棒对熔渣流量的控制，延长塞棒使用寿命。当定径水口106与塞棒头107腐蚀较严重无法使用时，可用炮泥堵住出渣口座砖100的通道，快速更换定径水口106及塞棒头107，对系统运行的影响较小。

密封罩110顶部安装落渣管液位检测装置104，检测落渣管111内的液态熔渣液位，通过流量计算仪得到液态熔渣瞬时流量反馈给塞棒控制装置108。液位过高时，塞棒控制装置108向前给进，减小塞棒头07与定径水口106间的流通面积，进而减小液态熔渣流量。塞棒头107为高温抗腐蚀磨蚀的特种耐火材料，塞棒杆109由耐高温金属材料制成。

渣包外壳101上部的非接触式液位监测装置102实时监测渣包里液位高度，可通过液位计算得到渣包内的瞬时液态熔渣缓存量，从而对液态熔渣流量进行调整分配，并在液态熔渣液位达到警戒液位时报警及时关闭上方进渣口，保证渣包里有足够的安全高度防止溢渣等事故发生。

密封罩110顶部安装非接触式温度监测装置105，渣包外壳顶部安装燃烧器103，通过对落渣管111内液态熔渣温度的监测，反馈至燃烧器103，并关联燃烧器103的开启及补热功率；同时将液态熔渣瞬时温度反馈给粒化系统，及时调整电机转速。密封罩110及落渣管111外包覆保温材料，以减小散热，保证液态熔渣温度。

二级液态熔渣缓存系统采用从渣包侧面而非底部的出渣方式，在侧面出渣口处采用了定径水口106与塞棒头107配合的方式控制出渣流量，将落渣管111设置在渣包外壳101侧部而非底部，并通过密封罩110连接渣包外壳101与落渣管111。此结构便于控制流量并易于维护更换定径水口及落渣管，避免了现有技术中熔渣从渣包底部出渣导致落渣管不易更换维护的缺点，增强了系统的连续性稳定性。

请参阅图1至图7所示，通过高精度仪表监测移动床内高温固体散料的重要参数，具体监测参数包括：通过第一红外测温仪1及第二红外测温仪5监测第一振动床15及第二振动床12上方散料堆积层20表面的温度；通过第一雷达料位计2及第二雷达位计4监测第一振动床15及第二振动床12上方散料堆积层20的料位高度；通过第一热电偶24及第二热电偶25监测第一排料口16及第二排料口11处散料的温度。

进一步，为确保运行过程中检测仪表能检测到所需测量范围，需对检测仪表的安装位置进行合理布置。具体包括：第一雷达料位计2及第二雷达位计4的安装位置位于第一振动床15及第二振动床12中心线上；第一红外测温仪1及第二红外测温仪5安装位置位于第一振动床15及第二振动床12上方顶部中心。

进一步，为确保运行过程中重要参数得到合理调控，需对重要参数的优先等级进行合理排序。具体包括：散料堆积层20料位控制为第一优先级，散料堆积层20表面温度控制第二优先级，第一排料口16及第二排料口11处散料的温度控制第三优先级。

进一步，为确保运行过程中散料堆积层20的料位高度维持在一定的额定范围内，需对散料堆积层的料位高度进行合理控制。具体控制包括：1)当散料堆积层20的料位高度高于高警戒料位时，增加第一振动床15及第二振动床12的排料速度，使散料堆积层20维持在额定范围内；2)当散料堆积层20的料位高度低于低警戒料位时，降低第一振动床15及第二振动床12的排料速度，使散料堆积层20维持在额定范围内。

进一步，为确保运行过程中散料堆积层20表面温度控制在一定的额定范围内，对散料堆积层20表面温度进行合理控制。具体控制包括：1)当散料堆积层20表面温度高于高警戒温度时，减小落渣管3流量，使散料堆积层20表面温度维持在额定范围内；2)当散料堆积层20表面温度低于低警戒温度时，增加落渣管3流量，使散料堆积层20表面温度维持在额定范围内。

进一步，为确保运行过程中第一排料口16及第二排料口11处的排料温度控制在一定的额定范围内，需对第一排料口16及第二排料口11处的排料温度进行合理控制。具体控制包括：1)当第一排料口16及第二排料口11处的排料温度高于高警戒温度时，降低第一排料口16及第二排料口11处的排料速度，增加第一风室入口17及第二风室入口10风量，若第一排料口16及第二排料口11处的排料温度处于额定范围内，则停止增加第一风室入口17及第二风室入口10风量；若第一排料口16及第二排料口11处的排料温度仍高于高警戒温度，而第一风室入口17及第二风室入口10风量处于最大值，则增加转杯边缘风21风量，若第一排料口16及第二排料口11处的排料温度处于额定范围内，则停止增加转杯边缘风21的风量；若第一排料口16及第二排料口11处的排料温度仍高于高警戒温度，而转杯边缘风21风量处于最大值，则减小落渣管3流量，若第一排料口16及第二排料口11的排料温度处于额定范围内，则停止减小落渣管流量；2)当第一排料口16及第二排料口11的排料温度低于低警戒温度时，降低风室风量，若第一排料口16及第二排料口11的排料温度处于额定范围内，则停止降低风室风量；若第一排料口16及第二排料口11的排料温度仍低于低警戒温度，而第一风室入口17及第二风室入口10风量处于最小值，则减小转杯边缘风21风量，若第一排料口16及第二排料口11的排料温度处于额定范围内，则停止减小转杯边缘风21风量；若第一排料口16及第二排料口11的排料温度仍低于低警戒温度，而转杯边缘风21风量处于最小值，则增加落渣管3流量，若第一排料口16及第二排料口11的排料温度处于额定范围内，则停止增加落渣管3流量。

进一步，为确保运行过程中高温固体散料的温度能得到实时有效控制，需合理分配系统的第一风室入口17及第二风室入口10风量、转杯边缘风21的风量。该系统中共包括两路冷却风，第一路冷却风来自于转杯边缘风21，第二路冷却风来自于第一风室入口17及第二风室入口10。具体分配过程：1)根据液态熔渣处理量，计算出最大冷却总风量(q0)；2)根据实际情况，使最大冷却总风量在转杯边缘风21及第一风室入口17及第二风室入口10的风室进行合理分配，即转杯边缘风(q1)与第一风室入口17及第二风室入口10的风量(q2)维持合理比例：根据系统最大冷却总分量计算，初始风量分配比例为第一风室入口：第二风室入口：转杯边缘风＝40:40:20；调整过程中：需维持第一风室入口风量：第二风室入口风量分配为1:1；边缘风风量与第一风室入口风量或第二风室入口风量以额定风量的2％，或增或减，直至排料温度低于105℃。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述实施方式对本发明已进行了详细的描述，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。