专利名称：基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统及焦罐提升机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种炼焦エ业中的焦炭重量计算系统，特别地，本实用新型涉及一种基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统及焦罐提升机。
背景技术：
焦炭是高炉的重要原燃料，其生产技术的先进程度、产品质量的优劣，直接影响到高炉的经济技术指标和生产操作。干熄焦是炼焦エ艺中ー个十分重要的环节，它在改善焦炭质量、回收利用能源以及保护环境等方面有着传统湿熄焦无法比拟的优势。近年来，在国家产业政策的要求下，国内干熄焦技术得到了空前发展。干熄焦是利用冷的惰性气体氮气N2在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦的过程。吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再被循环风机鼓入干熄炉中冷却红焦。所谓红焦是指温度在950°C -1050°C，刚从炭化室中推 出的焦炭。从炭化室中推出的950°C _1050°C的红焦经过拦焦机的导焦栅落入运载车上的焦罐内，运载车由电机车牵引至干熄焦装置提升机井架底部，由提升机将焦罐提升至井架顶部，再平移到干熄炉炉顶，通过炉顶装入装置将红焦装入干熄炉。在干熄炉中，红焦与惰性气体直接进行热交換，冷却至250°C以下，冷却后的焦炭经排焦装置卸到胶带输送机上运出干熄焦系统。炼焦エ业中，干熄焦技术相对于传统湿法熄焦技术具有三大显著特点，即回收红焦显热、減少环境污染、改善焦炭质量，因此越来越引起国内焦炭生产企业的重视。在采用干熄焦技术进行焦炭生产的过程中，无论是顶装炉，还是捣固炉，单个和全体焦炉出产焦炭重量的实时和历史生产信息都是非常重要的。通过參考这些生产信息，各级管理人员、技术人员、生产人员可以随时掌握现场的生产情况，并且根据历史记录的生产数据进行不同时间各个班组或者不同焦炉生产情况的对比。这样既可以对不同炉型的炭化室出产焦炭性能进行评价，同时也能够对于不同班组的生产水平进行评比，从而促进炼焦生产的顺利进行，以及为提高整厂生产效率采取整改措施提供了參考评判依据。国内企业一般采用基于电阻应变片作为敏感器件的计量装置来进行干熄炉焦炭重量測量。根据计量装置安装位置的不同，有轨道衡法、皮带秤法。轨道衡法是在运送红焦的焦罐机车行走轨道上，附加一段作为承重台，承重台与称重传感器相连，在装载红焦的焦罐台车静止或以规定速度通过承重台吋，实现红焦的重量计量。而皮带秤法则是安装在干熄炉底部的焦炭传送皮带下，传送皮带运送冷却后的焦炭时，由于带式衡器的敏感器件受カ变形，红焦重量转化为相应的电信号输出，实现红焦重量的计量。轨道衡法虽然可以较高精度的计量出红焦的重量，为掌握和分析炼焦生产情况提供了非常重要的信息，但是它的測量装置安装比较复杂，整体投资较大。皮带秤法则由于高温焦炭达到一千摄氏度左右，会烫坏传送皮帯，导致该方法无法用于高温红焦的直接称量。通常用皮带秤法间接测量排焦的重量来近似为加入的红焦重量，但由于冷却后的焦炭仍然在120摄氏度左右，温度较高并且有波动，引发传送皮带的伸缩变形，从而导致焦炭重量的计量误差较大。此外，皮带秤法测量的焦炭重量是经过干熄炉冷却后的焦炭重量，而高温焦炭在干熄炉中冷却过程中，一方面部分焦炭以碳烧损形式散放到大气中，另外部分焦炭以焦粉的形式进入除尘器的焦粉袋中，这两个过程都会使得采用皮带秤法计量的焦炭重量与进入干熄炉的焦炭重量之间存有误差。根据上面所述，对于目前国内采用干熄焦技术进行焦炭生产的エ矿企业来说，非常需要ー种方法和系统来实现对于干熄焦炭重量有关的生产信息加以自动计量和统计分析，而目前的方法存在着下述缺陷(I)轨道衡法结构比较复杂，安装要求高、整体投入较大；(2)皮带秤法不适合直接称量高温红焦的重量，也不能实现对装入干熄炉之前的焦炭进行重量计量，且由于计量对象温度原因导致计量结果有较大误差； (3)还没有一个自动化系统能够完成上述信息的记录、历史统计、数据分析的功倉^:。
实用新型内容本实用新型提供了一种基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统，利用焦炭行业现有的干熄焦提升装置及其现有的输出信号，通过所述干熄焦提升装置在上升阶段和下降阶段的重量差求出干熄炉装焦单罐焦炭的精确重量，无需增加其它大型设备，不需要改变其原有エ艺流程，方法简单，得到的焦炭重量精确；并可以进行各种历史数据统计分析，本发明还提供ー种焦罐提升机。一种基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统，包括系统数据平台、数据运算服务器和显示和/或存储设备；所述数据运算服务器计算焦炭的重量G ;所述系统数据平台用于实时采集干熄焦生产过程数据，并传输给所述数据运算服务器。所述系统数据平台是干熄焦控制站DCS。所述系统数据平台还包括与所述干熄焦控制站DCS连接的干熄焦工程师站和/或干熄焦操作员站。所述系统数据平台包括PLC、气体成分检测仪、流量检测二次仪表之一，或其中至少ニ种方式的组合。所述系统数据平台通过通信网络与所述数据运算服务器连接；所述系统数据平台通过控制电缆与干熄焦生产过程数据连接。所述通信网络是以太网或PR0FIBUS ;和/或所述控制电缆是KVVP电缆；所述数据运算服务器还包括将计算得到的G输出的输出装置。所述数据运算服务器包括干熄炉装焦重量计算模块和干熄炉装焦重量统计模块。所述干熄炉装焦重量计算模块包括用于计算焦罐在上升阶段的重量G1的焦罐上升运动重量计算子模块和计算焦罐在下降阶段的重量G2的焦罐下降运动重量计算子模块，以及与焦罐上升运动重量计算子模块和焦罐下降运动重量计算子模块相连的、并对G1. G2求差值得到焦炭重量G的干熄炉装焦单罐焦炭重量计算子模块。所述干熄炉装焦重量计算模块从系统数据平台分别接收上升过程和下降过程的电机的输出转矩，和/或电机的有功功率，和/或电机电枢的电压、电流以及电机电枢电路的功率因素角，分别计算G1和G2，并由G1-G2计算得到G。所述焦罐上升运动重量计算子模块接收上升过程的电机的输出转矩，和/或电机的有功功率，和/或电机电枢的电压、电流以及电机电枢电路的功率因素角，计算得到G1 ；所述焦罐下降运动重量计算子模块接收下降过程的电机的输出转矩，和/或电机的有功功率，和/或电机电枢的电压、电流以及电机电枢电路的功率因素角，计算得到G2;所述干熄炉装焦单罐焦炭重量计算子模块接收焦罐上升运动重量计算子模块输出的G1和焦罐下降运动重量计算子模块输出的G2,并计算G1-G2得到G。一种焦罐提升机，是上述的基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统中的干熄焦提升装置。本实用新型的技术效果本实用新型一种基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统，利用焦炭行业现有的干熄焦提升装置及其现有的输出信号，通过所述干熄焦提升装置在上升阶段和下降阶段的重量差求出干熄炉装焦单罐焦炭的精确重量，无需增加其它大型设备，不需要改变其原有工艺流程，方法简单，得到的焦炭重量精确；并可以进行各种历史数据统计分析。本实用新型进一步的方案的系统数据平台采用干熄焦控制站DCS，便于对生产过*程数据的采集、监控和管理。本实用新型进一步的方案在上述的干熄焦控制站DCS基础上又连接了干熄焦工程师站和/或干熄焦操作员站，便于对生产过程数据的随时提取、远程监控以及数据互传和共享。本实用新型进一步的方案提供了多种系统数据平台的可选方案，可以根据具体情况选择合适的硬件设备采集生产过程数据。本实用新型进一步的方案便于远程采集数据进行计算，和/或将计算结果远程发送给数据运算服务器，使得远离工作现场的数据运算服务器也可以及时得到生产过程数据，从而提供实时的计算结果。本实用新型进一步的方案提供了当前优选的通信网络和/或控制电缆，便于快速将上述方案进行实施。本实用新型进一步的方案的数据运算服务器可以自身带有输出装置，便于使用和维护。本实用新型进一步的方案的数据运算服务器包括干熄炉装焦重量计算模块和干熄炉装焦重量统计模块，提供了实施本实用新型的具体硬件模块。本实用新型进一步的方案提供了实施本实用新型的更细化的具体硬件模块。本实用新型进一步的方案通过系统数据平台接收现有的各种输出信号，即可得到精确的焦炭重量，方法简单，不需要改变现有工艺，不需要添加其它设备，不需要增加测量其它参数。本实用新型进一步的方案通过本实用新型系统中的各模块接收现有的各种输出信号，即可得到精确的焦炭重量，方法简单，不需要改变现有工艺，不需要添加其它设备，不需要增加测量其它参数。本实用新型一种焦罐提升机，具有上述的基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统的有益效果
图I是焦罐匀速上升时，受力平衡分析示意图。[0040]图2是焦罐匀速下降时，受カ平衡分析示意图图3是拉索卷筒カ平衡分析示意图。图4a是本实用新型基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统的ー个实施例的示意图。图4b是本实用新型基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统的ー个实施例的示意图。图5是本实用新型的数据运算服务器的一个实施例的示意图。图6是本实用新型一个实施例的干熄炉装焦重量计算模块的结构示意图。图7是本实用新型一个实施例的焦罐上升运动重量计算子模块的示意图。图8是本实用新型一个实施例的焦罐下降运动重量计算子模块的示意图。图9是本实用新型一个实施例的干熄炉装焦单罐焦炭重量计算子模块的示意图。图10是本实用新型一个实施例的干熄炉装焦重量统计模块的示意图。
具体实施方式
本实用新型的目的在于克服測量焦炭重量的现有方法的缺陷，针对焦炭生产企业急需掌握干熄焦生产焦炭重量信息的要求，设计了一个焦炭重量实时计量和统计分析自动化系统。相对于现有技术中所提及的轨道衡法和皮带秤法，本实用新型一种基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统通过所述干熄焦提升装置在上升阶段和下降阶段的重量差求出干熄炉装焦单罐焦炭的精确重量，其特点在于不需要额外安装受カ传感单元来实现红焦重量与输出电信号的转化，进而计量出红焦的重量，而是通过采集干熄焦提升装置在提升红焦焦罐时的各种电机的电气运行參数，以及兼顾干熄焦提升装置运动机械结构的力学特性实现红焦(即950°C _1050°C的焦炭)重量的计算，无需増加其它大型设备，不需要改变其原有エ艺流程，方法简单，得到的焦炭重量精确。该系统可以在计算出焦炭的准确重量的同时，记录推焦炭化室编号、干熄炉装焦操作时间，还可以实现单炉和整座焦炉焦炭重量和生产信息的历史统计分析，从而有利于企业更加有效地组织和管理生产。
以下结合附图对本实用新型的内容作详细解释。本实用新型的一种基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统，通过干熄焦提升装置(比如焦罐提升机)的上升阶段(即上升运动)和下降阶段(即下降运动)分别计算得到容纳焦炭的焦罐在上升阶段的重量G1和下降阶段的重量G2，并由二者的差值G1-G2得到焦炭的重量G，即G = GrG2。所述的G1和G2可以通过干熄焦提升装置(比如焦罐提升机)的输出信号(电信号)通过计算得到，也可以通过安装在干熄焦提升装置上的传感器获得，比如通过传感器在干熄焦提升装置的上升阶段和下降阶段通过变形量与重量的关系得到焦罐及其中的焦炭的重量数据，当然还可以是其它方式。干熄焦提升装置在上升过程中的重量G1包括了焦罐和其中的红焦的总重量，干熄焦提升装置在下降过程中的重量G2包括焦罐和残留在焦罐中的红焦的总重量，因此G = G1-G2就是通过干熄焦提升装置倒入干熄炉中的红焦的精确重量了。上述运动过程既可以是匀速直线运动，也可以是加速直线运动。以下以匀速直线运动为例对本实用新型进行解释，加速直线运动的方法可以根据本实用新型的精神及现有技术推算得到。[0054]在干熄焦生产过程中，装载有红焦的焦罐经过向干熄炉装焦操作之后，仍然可能有少量红焦残留在焦罐中，因此为了准确计量单罐红焦装入干熄炉的重量，整个计算过程分成焦罐的上升运动阶段(简称上升阶段)和下降运动阶段(简称下降阶段)两个环节，然后再用上升阶段计算出的焦罐重量减去下降阶段的焦罐重量，就是装入干熄炉的红焦重量。具体过程阐述如下(I)焦罐做上升运动时重量计算焦罐在干熄焦提升装置的牵引下，做上升运动。当运动状态为匀速直线运动时，焦罐负载处于受力平衡状态。焦罐负载受到拉索(比如钢丝绳)的拉カF，本身的重力G1，还有摩擦力Ff，满足力学平衡，如图I所示。2F = G^Ff(I)焦罐干熄焦提升装置其摩擦力Ff和焦罐重力G1有下面关系存在，
·[0059]Ff = μ · G1 (2)μ-滑动摩擦系数
2F由式(I)、式⑵得，G1。取拉索(比如钢丝绳)卷筒为对象，进行力学平衡分析，如图3所示，电机M的输出转矩为T1，根据カ矩平衡法则，则有下面的方程成立，F · d/2 = T1 · i (3)式中，T1-拉索主动电机输出转矩，N · md——拉索卷筒的直径，mi——机械传动机构(比如齿轮减速器)的传动比F——焦罐载荷作用于钢丝的拉力，N根据式⑴、⑵、(3)可以求出G1 = 4 \ · i/(d · (1+ μ ))(4)在干熄焦生产过程中，干熄焦提升装置驱动部分采用变频器的类型可能不同，不同类型的变频器具有不同的性能。一般来说，在具有可以提供电机电压、电流、频率等电气运行參数的基础上，还可以提供电机输出转矩、或者电机电路有功功率。下面根据不同的情况，分别予以阐述上升重量计算过程。I.转矩法这种方法适用于变频器可以直接提供电机输出转矩的情况，数据运算服务器通过生产数据采集模块可以得到干熄焦提升电机的输出转矩，则焦罐上升重量可以用公式(4)计算。II.有功功率法这种方法适用于变频器可以直接提供电机的有功功率，数据运算服务器可以得到干熄焦提升电机的有功功率，取提升主动电机为研究对象，此时电机输出转矩T1由下面公式得出，
τ _ Pw · rI2π·η/
/60 (5)式中，Pw——主动电机轴上输出的有功功率，W[0077]η——电机的机械效率η-电机的转速，rpm根据公式(4)和(5)，可以推导出此时的重量如下所示，
III.电压电流法通过变频器提供的提升主动电机的电压、电流、频率，以及电机电路的特征參数(电气运行參数)，有功功率可以用下式计算，Pw = V3-Ul -Il-COS^(7)其中，Ul-电机电枢线电压，VIl——电机电枢线电流，Aφ——电机电枢电路的功率因素角整理式(6)和(7)，可以得到焦罐上升运动时的重量
^ 120-73 · Ut · It ·\·η· cos^G1 =——-
(\ + μ)·π·η(g)(2)焦罐做下降运动时重量计算焦罐在提升电机的牵引下，做下降运动。当运动状态为匀速直线运动时，焦罐负载处于受力平衡状态。焦罐负载受到拉索(比如钢丝绳)的拉カF，本身的重力G2，还有摩擦力F, f，满足力学平衡，如附图2所示。2F = G2-F' f(9)焦罐下降运动摩擦力F' f和焦罐重力G2有下面的关系存在，F' f = μ ' · G2 (10)μ丨-滑动摩擦系数
2F由式(9)、式(10)得，G2~7。取拉索(比如钢丝绳)卷筒为研究对象，则具体的力学分析过程如公式(3)的推导过程一祥，根据公式(3)、(9)和(10)，可以求出此时下降焦罐重量，G2 = 4Τ2 · i/(d · (I-μ ' )) (11)T2——拉索(比如钢丝绳)主动电机输出转矩，N · m与前面所述(I)焦罐上升运动重量计算部分类似，由于变频器类型不同，功能不相同，下降焦罐重量计算也有三种方法。I.转矩法这种方法适用于变频器可以直接提供电机输出转矩的情况，通过前面所述的生产数据采集模块，数据运算服务器可以得到干熄焦提升电机的输出转矩，则焦罐下降重量即可以用公式(11)计算，即G2 = 4T2 · i/(d · (I-μ '))II.有功功率法这种方法适用于变频器可以直接提供电机的有功功率，取红焦提升主动电机为研究对象，此时电机输出转矩T2下面公式得出，
权利要求1.一种基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统，包括系统数据平台、数据运算服务器和显示和/或存储设备；所述数据运算服务器计算焦炭的重量G ;所述系统数据平台用于实时采集干熄焦生产过程数据，并传输给所述数据运算服务器。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统数据平台是干熄焦控制站DCS。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在干，所述系统数据平台还包括与所述干熄焦控制站DCS连接的干熄焦工程师站和/或干熄焦操作员站。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统数据平台包括PLC、气体成分检测仪、流量检测二次仪表之一，或其中至少ニ种方式的组合； 和/或所述系统数据平台通过通信网络与所述数据运算服务器连接；和/或所述系统数据平台通过控制电缆与干熄焦生产过程数据连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述通信网络是以太网或PROFIBUSjP/或所述控制电缆是KVVP电缆；所述数据运算服务器还包括将计算得到的G输出的输出装置。
6.根据权利要求I至5之一所述的系统，其特征在于，所述数据运算服务器包括干熄炉装焦重量计算模块和干熄炉装焦重量统计模块。
7.ー种焦罐提升机，其特征在于，所述焦罐提升机是权利要求I至6之一所述的基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统中的干熄焦提升装置。
专利摘要本实用新型一种基于干熄焦提升装置的焦炭重量计算系统及焦罐提升机，包括系统数据平台、数据运算服务器和显示和/或存储设备；所述数据运算服务器计算焦炭的重量G；所述系统数据平台用于实时采集干熄焦生产过程数据，并传输给所述数据运算服务器；利用焦炭行业现有的干熄焦提升装置及其现有的输出信号，通过所述干熄焦提升装置在上升阶段和下降阶段的重量差求出干熄炉装焦单罐焦炭的精确重量，无需增加其它大型设备，不需要改变其原有工艺流程，方法简单，得到的焦炭重量精确；并可以进行各种历史数据统计分析。
文档编号C10B39/02GK202465085SQ20112053101
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者陈博通, 韩新刚, 魏志 申请人:北京三博中自科技有限公司