富氧低CO烧结方法、富氧低CO烧结机及其控制方法与流程

本发明涉及冶金设备技术领域，尤其是富氧低co烧结机。本发明还涉及用于控制所述富氧低co烧结机的方法。

背景技术：

烧结工艺是炼铁流程中的一个关键环节，其原理是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块，从而送往高炉进行下一步工序。

如图1所示，烧结机1头部设置有布料机2，布料机2后部安装有点火炉3。若干个烧结机台车4首尾相连安装在烧结机1上，台车4沿烧结机轨道5运行。轨道5下方安装有底部风箱6，风箱6上部正对台车4底部，风箱6下部由各分支烟道7与烧结大烟道8连接，大烟道末端与主抽风机9相连。

烧结开始前，先将铁矿石和焦炭、白云石等的混合料从烧结机前部装填进烧结台车4。装填满烧结料台车4在经过点火炉3下方时，由点火烧嘴将烧结料表面的焦炭等点燃，在料层表面形成一层薄薄的燃烧带，台车4继续沿轨道向烧结机尾部运行。烧结大烟道8内维持一定的负压(一般约14kpa)，保证烧结机上部台车4处于抽风状态，料层上方的空气被抽入烧结料层内。在抽风作用下，料层下部的物料逐渐被上部燃烧带点燃，表层的燃烧带最终移动至台车4底部，完成物料的烧结。烧结完成的成品矿从烧结机尾部排出，烧结过程形成的废气则从底部大烟道抽8走。

烧结是我国钢铁冶炼主要的原料加工工艺，75％以上的高炉原料来源于烧结矿。但烧结工序在为高炉提供高品质原料的同时，也带来了严重的环境污染。据统计，我国烧结工序的大气污染物排放占钢铁行业总排放量的45％以上，给钢铁企业的发展带来了极大的环保压力。

烟气中co主要来源于烧结过程燃料碳的不完全燃烧，外排烟气中co含量偏高，一方面导致燃料利用效率降低，另一方面也会造成大气污染。烧结烟气中co的脱除较nox等污染物更困难，治理nox等常用的尾气末端治理的方法治理的方法，并不适用于烧结烟气中co的处理。烧结由于其特有的抽风作业特点，单位吨矿产生的烟气在1000nm3/t-ce以上，导致需要净化处理的烟气量非常大。同时，烧结烟气中粉尘含量高，且含有二恶英和重金属元素，增加了co的处理难度。另外，由于烧结原料及烧结机自身工况的波动，导致生产过程中烟气成分的波动很大，也进一步增加了烧结烟气脱除co的难度。

如图2所示，传统的烟气末端治理工艺是在大烟道8后、排烟前设置专门的烟气净化装置10，在净化装置10中设置催化剂等，将经过净化装置10的烟气中的特定污染物成分脱除，实现烟气净化的效果。这种工艺布置遵循烟气集中治理的原则，一般情况下有利于简化净化装置和降低烟气净化成本，但不适于烧结烟气中co的处理。

上述困难，导致现有技术条件下对烧结烟气进行co脱除的投资和运行成本都偏高，现阶段对烟气中一氧化碳(co)的处置尚未形成适用于大规模工业化应用的技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种富氧低co烧结方法和烧结机。该烧结方法和烧结机针对现有烧结烟气末端脱除co存在的烟气处理量大、成本高的问题，通过向烧结料面不同区域喷洒富氧空气，促进燃料充分燃烧，进而降低烧结过程co的生成量，实现对烧结烟气中co污染物的治理。

本发明的另一目的在于提供一种用于控制所述富氧低co烧结机的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种富氧低co烧结方法，包括：

检测烧结机各风箱的分支烟道输出的烟气中的co浓度；

将检测的co浓度与co浓度阈值进行比较，判断各风箱的分支烟道输出的烟气中的co浓度是否大于co浓度阈值；

根据co浓度比较结果，确定富氧喷吹区间对应的起点风箱和终点风箱，其中，起点风箱输出的co浓度大于co浓度阈值且其前一风箱输出的co浓度小于co浓度阈值，终点风箱输出的co浓度大于co浓度阈值且其后一风箱输出的co浓度小于co浓度阈值；

计算理论喷吹量，并按照理论喷吹量在烧结料面上方向富氧喷吹区间喷吹氧气。

进一步地，包括：

判断富氧喷吹区间内的风箱输出的co浓度是否小于co浓度阈值，若是，则进一步判断富氧喷吹区间之外的风箱输出的co浓度是否小于co浓度阈值；

若富氧喷吹区间之外的风箱输出的co浓度小于co浓度阈值，则富氧喷吹区间对应的起点风箱后移一位和/或富氧喷吹区间的终点风箱前移一位，并重新判断富氧喷吹区间之外的风箱输出的co浓度是否小于co浓度阈值；

若富氧喷吹区间之外的风箱输出的co浓度大于co浓度阈值，则重新确定富氧喷吹区间对应的起点风箱和终点风箱。

进一步地，包括：

判断富氧喷吹区间内的风箱输出的co浓度是否小于co浓度阈值，若否，则增加氧气喷吹量，并重新判断富氧喷吹区间内的风箱输出的co浓度是否小于co浓度阈值。

为实现上述目的，本发明提供一种富氧低co烧结机，包括：

轨道，用于承载台车；

台车，多个所述台车首尾相连地安装于所述轨道，能够沿所述轨道循环运行；

布料机，设于所述轨道上方的一端；

风箱，设于所述轨道下方，其上部对应于所述台车底部，所述风箱的下部分别通过分支烟道与大烟道连接；进一步包括：

co浓度检测装置，设于各所述风箱或分支烟道，用于在烧结过程中检测co浓度；

富氧空气喷洒装置，位于所述台车的烧结料面上方，配置为能够前后移动并调节富氧喷吹区间的长度，以向位于其富氧喷吹区间内的烧结料面喷吹氧气；

控制装置，用于根据所述co浓度检测装置的检测结果，控制所述富氧空气喷洒装置的喷吹量及其富氧喷吹区间的位置和长度。

优选地，所述富氧空气喷洒装置包括罩体和氧气管路，所述氧气管路包括氧气总管和位于所述罩体内部的分支管排，所述罩体和分支管排为伸缩式结构，所述氧气总管与分支管排通过氧气支管相连接，所述分支管排平行分布在烧结料面上方。

优选地，所述分支管排之间设置有流线型结构的导流板。

优选地，所述分支管排分为多组，多组所述分支管排沿长度方向间隔地分布在烧结料面上方。

优选地，所述氧气支管上设置有流量调节阀和流量计。

优选地，所述分支管排的两端与所述罩体相连，能够随所述罩体移动和伸缩。

优选地，所述罩体包括用于形成富氧喷吹区间的至少两段边墙，相邻所述边墙之间相互交错并通过侧密封进行密封；各段所述边墙分别设有边墙支撑，所述边墙支撑与滑轨配合，以使所述边墙能够交错移动。

优选地，所述边墙支撑通过滚轮与所述滑轨配合。

优选地，所述富氧空气喷洒装置设有边墙驱动部件，所述边墙驱动部件与所述边墙传动连接，以驱动所述边墙交错移动。

优选地，所述边墙包括第一边墙和第二边墙，所述边墙驱动部件包括液压缸和设于所述液压缸两端的顶杆，两个所述顶杆分别连接于第一边墙和第二边墙，所述液压缸通过伸缩带动所述第一边墙与第二边墙交错移动，实现罩体的长度调整。

优选地，所述富氧空气喷洒装置包括罩顶支撑，所述罩顶支撑在电机驱动下能够沿滑轨平移运动，以调整罩体的前后位置。

优选地，所述分支管排由不同直径的直管朝一端或两端逐级嵌套形成，相互嵌套的直管之间通过软密封进行密封，直管上开有若干喷吹口。

优选地，所述分支管排的端部通过拉杆与罩顶液压缸相连，通过调节罩顶液压缸行程，实现管排长度的自由伸缩。

为实现上述另一目的，本发明提供一种富氧低co烧结机控制方法，用于控制上述任意一项所述的富氧低co烧结机，包括：

步骤1：程序开始；

步骤2：测量各风箱下co和co2浓度值cco，i、cco2，i，其中i代表风箱号；

步骤3：将cco，i与co浓度阈值cl相比，确定喷吹的起点风箱号ii、终点风箱号io和中点风箱号im＝0.5×(ii+io)和喷吹区间长度l；

步骤4：调节所述罩体的位置，将其移动至风箱im对应的料面的上方；

步骤5：调节所述罩体的长度和分支管排的长度，使罩体前后覆盖ii、io对应料面的上方；

步骤6：计算分支管排的理论喷吹氧气量ql；

步骤7：调节分支管排的流量，使分支管排的实际流量值qr等于ql；

步骤8：判断富氧喷吹区间内风箱中co浓度是否小于co浓度阈值，若是，则执行步骤11；若否，则执行步骤9；

步骤9：判断喷吹量是否达到最大值，若否则执行步骤10，若是，执行步骤14；

步骤10：增加喷吹量，转步骤8；

步骤11：判断富氧喷吹区间以外的风箱co浓度是否小于co浓度阈值，若是，执行步骤12；若否，执行步骤3；

步骤12：判断分支管排是否还有伸缩余量，若是，执行步骤13；若否，执行步骤14；

步骤13：调节分支管排的长度，使所述罩体覆盖的区域前后各收缩一个风箱的距离，转步骤11；

步骤14：程序结束。

进一步地，在步骤6中，按照下述公式计算理论喷吹氧气量ql：

式中，k为反应比例系数；co2,air为空气中氧气浓度；n为分支管排组数，为常数；cco2和cco分别为烟气中co和co2浓度；l为喷吹区间总长，l为单组分支管排的长度。

本发明所提供的富氧低co烧结方法和烧结机，在各风箱支管上设置co检测装置，烧结过程中在线检测各风箱co浓度，同时，在烧结机料面上设有富氧空气喷洒装置，对超过co浓度限值的风箱对应的烧结料面喷洒富氧空气，通过增加进入对应烧结料层的o2浓度促进料层内燃料的燃烧程度，从而降低对应风箱内烟气co浓度，实现烧结过程的低co控制。由于富氧空气喷洒装置可以调整前后位置和长度，因此，在达到减co效果后，通过反馈调节，可尝试缩小喷吹区间，直至获得最短喷吹区间，实现喷吹量和富氧喷吹区间的精确调节，既可以降低co的排放量，又可以保证烧结效果，避免因氧气过量、过面积喷吹而出现烧结质量下降的现象。

附图说明

图1是一种典型的烧结机结构简图；

图2是传统的烟气末端治理工艺示意图；

图3是本发明实施例公开的一种富氧低co烧结机的结构示意图；

图4是图3中所示富氧空气喷洒装置的俯视图；

图5是图4的a-a视图；

图6是罩体的结构示意图；

图7是图6的b-b视图；

图8是分支管排的结构示意图；

图9是分支管排的剖视图；

图10是烧结烟气co分布图；

图11是发明实施例公开的一种富氧低co烧结机的控制方法的流程图。

图中：

1.烧结机2.布料机3.点火炉4.台车5.轨道6.风箱7.分支烟道8.大烟道9.主抽风机10.净化装置11.富氧空气喷洒装置12.co浓度检测装置13.罩体131.第一边墙132.第二边墙133.侧密封14.氧气总管15.氧气支管16.分支管排161.软密封162.喷吹口17.调节阀18.流量计19.导流板20.边墙支撑21.滑轨22.滚轮23.液压缸24.顶杆25.罩顶支撑26.拉杆27.罩顶液压缸

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，说明书文字有对方向定义的部分，优先采用文字定义的方向，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

针对现有烧结烟气末端脱除co存在的烟气处理量大、成本高的问题，发明人做了进一步研究，认为其原因在于，烧结机烟气中co分布呈现显著的不均匀分布和集中分布，在烧结机中部的几个风箱中，co浓度显著高于烧结机前、后部风箱；同时，仅在中部几个风箱中，co浓度超过排放限值。即需要处理的烟气量仅占总烟气量的一小部分。现有末端处理工艺，将所有风箱烟气汇总后再进行集中处理，显著的增加了烟气处理量，因此处理成本高。

如图10所示的烧结烟气co分布图，纵坐标为风箱号，横坐标为烟气co含量(单位：mg/m³)。从图上可以看出，烧结烟气中co分布呈现先增加后减小的单峰分布规律。具体的，在co达到峰值(本图中为10号风箱)之前，烟气中co含量逐渐增加；在co达到峰值后，烟气中co含量逐渐减少。若以4000mg/m³为排放限值，则需要超标排放的仅为9号、10号、11号、12号和13号共五个风箱，仅占总风箱数(24)的约20％。因此，采用图2的末端治理工艺会使烟气处理量大幅增加，从而增加烟气处理成本。

对此，本发明提出了如图3所示的富氧低co烧结机，其在烧结机料面上设置可以调整前后位置和长度的富氧空气喷洒装置11，在各风箱的分支烟道7上设置co检测装置12，烧结过程中在线检测各风箱6的co浓度，对超过co浓度限值的风箱6对应的烧结料面喷洒富氧空气，通过增加进入对应烧结料层的o2浓度促进料层内燃料的燃烧程度，从而降低对应风箱6内烟气co浓度，实现烧结过程的低co控制。

具体地，该富氧低co烧结机主要由布料机2、台车4、轨道5、风箱6等部分组成，其中，轨道5呈长圆形，用于承载台车4，多个台车4首尾相连地安装于轨道5，能够沿轨道5循环运行，布料机2位于轨道5上方的左端，布料机2的后侧设有点火炉3，多个风箱6位于轨道5下方，各风箱6的上部对应于台车4底部，风箱6的下部分别通过分支烟道7与大烟道8连接，分支烟道7上设有co浓度检测装置12，通过co浓度检测装置12可在烧结过程中检测各风箱6输出的co浓度，同时，在台车4的烧结料面上方还设有富氧空气喷洒装置11，其能够前后移动并调节富氧喷吹区间的长度，用于向位于其富氧喷吹区间内的烧结料面喷吹氧气。

此外，还设有控制装置(图中未示出)，其与co浓度检测装置12和富氧空气喷洒装置11的电气部件相连接，用于接收co浓度检测装置12等检测部件的检测信号，并根据co浓度检测装置12等的检测结果，按照设定的控制策略，控制富氧空气喷洒装置11的喷吹量及其富氧喷吹区间的位置和长度。

请参考图4、图5，图4是图3中所示富氧空气喷洒装置的俯视图；图5是图4的a-a视图。

如图所示，富氧空气喷洒装置11主要由罩体13和氧气管路等组成，其中，氧气管路分为氧气总管14和位于罩体内部的分支管排16，罩体13和分支管排16为伸缩式结构，氧气总管14与分支管排16通过氧气支管15相连接，分支管排16平行分布在烧结料面上方，从氧气总管14送入的氧气通过分支管排16喷洒向料面，氧气支管15上设置有流量调节阀17和流量计18，通过调节阀17和流量计18，调节喷吹进入料面的氧气量。

本实施例中，分支管排15分为三组，三组分支管排15沿长度方向间隔地分布在烧结料面上方，分支管排15之间设置有流线型结构的导流板19，导流板19呈“s”形的流线型造型，通过增加导流板19，可以加强通过导流板19的空气的湍流强度，从而起到迅速混合氧气和空气的目的。

分支管排16的两端可以与罩体13相连，能够随罩体13移动和伸缩，通过调整罩体13的位置和长度，实现喷吹区域的灵活调整。

在生产过程中，从分支管排16喷入的氧气与从罩顶吸入的空气在料面上方混合后，被吸入到料层中去，从而达到增加进入料层的混合气氧气浓度的目的。通过增加氧气的方法，促进料层中的燃料完全燃烧，减少不完全燃烧生成的co。

请参考图6、图7，图6是罩体的结构示意图；图7是图6的b-b视图。

如图所示，罩体13的主体部分为两段相互嵌套的边墙，每一段边墙分左右两部分对称地布置在台车4上方，分别为第一边墙131和第二边墙132，两段门型的边墙一起形成富氧喷吹区间，第一边墙131和第二边墙132相嵌套的一端之间相互交错并通过侧密封133进行密封，在料面上形成一个长方体的空腔。

第一边墙131和第二边墙132分别设有边墙支撑20(图中采用简易画法)，烧结机上设有与台车轨道5平行，且位于同一水平面上的滑轨21，边墙支撑20的上端连接于罩体13，下端设有滚轮22，并通过滚轮22与滑轨21配合，富氧空气喷洒装置11设有边墙驱动部件，边墙驱动部件与边墙传动连接，以驱动第一边墙和第二边墙能够交错移动。

边墙驱动部件可以是液压缸23，液压缸23的两端设有顶杆24，两个顶杆24分别连接于第一边墙131和第二边墙132，液压缸23通过伸缩可以带动第一边墙131与第二边墙132交错移动，实现罩体13的长度调整。

富氧空气喷洒装置11还设有罩顶支撑25，罩顶支撑25在电机驱动下能够沿侧上方的滑轨21平移运动，以调整罩体13的前后位置。

虽然本实施例的罩体13设计为两段式结构，但可以理解，在此基础上，也可以将罩体13设计为多段式结构，例如三段式结构，如果设计为三段式结构，则两端的第一段和第三段可以相对于中间的第二段进行伸缩，同样能够实现本发明目的。

此外，罩体13顶部设计为敞口形式，有助于补充新鲜空气，与喷吹的氧气混合后，能够快速形成富氧空气，从而保证烧结效率，实际中，罩体顶部也可以加装设有罩盖，并在罩盖上设计进气孔或风机等进气机构。

请参考图8、图9，图8是分支管排的结构示意图；图9是分支管排的剖视图。

如图所示，分支管排16由不同直径的直管朝两端逐级嵌套形成，直管的直径从中部向两端逐渐变小，相互嵌套的直管之间通过软密封161进行密封，直管上开有若干锥形喷吹口162。

分支管排16的端部通过拉杆26与罩顶液压缸27相连，通过调节罩顶液压缸27行程，可实现管排长度的自由伸缩。

液压缸23和罩顶液压缸27可以为同一液压缸，也就是说，采用同一压夜缸来驱动罩体13和分支管排16进行同步伸缩，液压缸23和罩顶液压缸27也可以是两个独立运行的液压缸，两者相互配合，使罩体13在进行伸缩的同时，分支管排16能够随罩体一起进行伸缩。

实际烧结生产过程中，由于矿粉和焦煤等烧结原料结构的不稳定，加之烧结机自身工况波动，会造成虽然烧结烟气co在各风箱6的分布遵循一定的规律，但具体的co浓度的具体值却是动态波动的，即co浓度超标的风箱位置和超标量在生产过程中是动态变化的，对此，本发明设计了氧气喷洒区间和喷洒量可以动态控制的富氧空气喷洒装置，其控制思路为：先测量各风箱co含量，确定富氧喷吹区间和理论喷吹量；调节喷吹装置至指定区间，并将流量初调至理论喷吹量，然后通过反馈调节，实现流量的精确调节；在达到减co效果后，尝试缩小喷吹区间，直至获得最短喷吹区间。

请参考图11，图11是发明实施例公开的一种富氧低co烧结机的控制方法的流程图。

具体的控制步骤如下：

步骤1：程序开始；

步骤2：测量各风箱下co和co2浓度值cco，i、cco2，i，其中i代表风箱号；

步骤3：将cco，i与co浓度阈值cl相比，确定喷吹的起点风箱号ii、终点风箱号io和中点风箱号im＝0.5×(ii+io)和喷吹区间长度l；

步骤4：调节罩顶支撑，移动喷吹罩体至风箱im对应的料面的上方；

步骤5：调节喷吹罩体长度和喷吹管长度，使喷吹罩体前后覆盖ii、io对应料面的上方；

步骤6：按公式(1-4)计算各段理论喷吹氧气量ql；

步骤7：调节流量调节阀，使各段实际流量值qr＝ql；

步骤8：判断喷吹区域内风箱中co浓度是否达标，若是，执行步骤11；若否执行步骤9；

步骤9：判断阀门是否还有余量，若是执行步骤10，若否，执行步骤14；

步骤10：调大阀门开度，增加喷吹量，转步骤8；步骤11：判读喷吹区域外风箱co浓度是否达标，若是，执行步骤12；若否，执行步骤3；

步骤12：判断液压缸是否还有余量，若是，执行步骤13；若否，执行步骤14；

步骤13：调节液压缸，使喷吹罩体覆盖区域前后各收缩一个风箱，转步骤11；

步骤14：程序结束。

上述理论氧气喷吹量ql计算方法如下：

假设烧结过程中固定碳全部按如下两步基元反应转化为co2或co：

c+0.5o2→co

co+0.5o2→co2

则烧结过程co的转化效率n可以由下式定义：

根据化学动力学的质量作用定律，基元反应的难易程度与各反应物浓度幂的乘积成正比，各浓度幂中的指数等于基元反应方程中各相应反应物的系数。则有：

联立两式，可得理论富氧浓度co2,l的计算公式：

喷吹区间总长l，单组分支管排长度l：

l＝l/n(式2)

长度为l的喷吹区间空气量qair：

qair,l＝l·qair,1(式3)

将空气中氧浓度由co2,air增加至co2,l需要的理论氧气量qo2,l:

联立式1-4即可求得单组管段的理论氧气量qo2,l。

式中，k为反应比例系数，co2,air为空气中氧气浓度，n为分支管排组数，为常数；cco2和cco分别为烟气中co和co2浓度，l为喷吹区间总长，l为单组管排喷吹区间长度，由测量和计算获得。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，将边墙支撑设计成其他形状，或者，边墙以悬吊的形式进行滑动，又或者，将罩体设计为三段式结构或四段式结构，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本发明提供了依据烧结工况co含量波动动态调整喷吹区间和喷吹量的控制方法，通过富氧空气分区分段梯级喷加，可以促进料层内燃料的燃烧程度，从而降低对应风箱内烟气co浓度，实现烧结过程的低co控制，同时，通过反馈调节，获得最短喷吹区间，实现喷吹量和富氧喷吹区间的精确调节，既可以降低co的排放量，又可以保证烧结效果，避免因喷吹氧气而出现烧结质量下降的现象，还可以节约氧气消耗量，从而降低成本。

在对本发明所提供的富氧低co烧结机及其控制方法进行说明的过程中，实际上已经对富氧低co烧结方法一并进行了说明，具体请参考上文，就不再赘述。

以上对本发明所提供的富氧低co烧结方法、富氧低co烧结机及其控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。