一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法
【專利摘要】一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法：采集加熱爐在時刻加熱中燃?xì)夂涂諝鉁囟?、流量和成分?jǐn)?shù)據(jù)，計算熱總收入及熱總支出，并通過熱總收入及熱總支出計算出誤差δ；當(dāng)誤差在3%內(nèi)，說明計算結(jié)果準(zhǔn)確，可信；如超出3%，需重新核算；將上述各熱計算項的數(shù)據(jù)代入輸入計算機計算并繪制曲線圖。本發(fā)明能連續(xù)采集和分析與熱平衡有關(guān)的各項數(shù)據(jù)，建立各載熱物體實時熱焓信息庫，經(jīng)計算機實時跟蹤分析，得到加熱爐每一時刻的熱流走向數(shù)據(jù)，以分析、診斷加熱爐在各種工藝條件下熱利用狀況，并將加熱爐與上下游工序作為整體考慮，找到影響工序能耗的因素，以采取措施，使加熱爐熱效率不斷提高。其對于降低軋鋼加熱爐能耗具有重要的指導(dǎo)意義。
【專利說明】一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種動態(tài)熱平衡的測試方法，具體地屬于一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐 動態(tài)熱平衡的測試方法。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種動態(tài)熱平衡的測試方法，具體地屬于一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐 動態(tài)熱平衡的測試方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 軋鋼加熱爐是冶金行業(yè)中用燃料燃燒進(jìn)行供熱的一種加熱設(shè)備，其目的是使鋼坯 達(dá)到軋鋼工藝要求的溫度，同時保證鋼坯的加熱質(zhì)量。加熱爐是軋鋼工序能源消耗大戶， 其能源消耗總量占整個軋鋼工序能耗的70%以上，由此對軋鋼加熱爐能耗水平進(jìn)行動態(tài)檢 測與及時控制具有十分重要的意義。加熱爐熱平衡診斷是現(xiàn)代企業(yè)節(jié)能管理的一個主要手 段。現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹有關(guān)加熱爐熱平衡診斷分析計算方法均是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)燃料爐熱 平衡測定與計算基本規(guī)則》（GB/T13338-1991)進(jìn)行。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定熱平衡診斷測試必需在入 爐坯料成分、品種、規(guī)格、鋼坯加熱溫度和軋制節(jié)奏等穩(wěn)定不變的工況下進(jìn)行，由此獲得的 加熱爐與能耗相關(guān)的各項技術(shù)性能指標(biāo)為加熱爐在規(guī)定的測試周期內(nèi)（通常為兩倍鋼坯在 爐時間）正常穩(wěn)定工況下的結(jié)果。而實際生產(chǎn)過程中，工藝條件多變，通過常規(guī)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。再有目前實際生 產(chǎn)中對加熱爐進(jìn)行的熱平衡測試工作均是以人工方式進(jìn)行，勞動強度大、測試成本高、測試 周期長、及時性差。
[0004] 經(jīng)檢索，中國專利號為ZL201110091986. 4的專利文獻(xiàn)，其公開了一種軋鋼加熱爐 動態(tài)熱平衡測試方法，該方法以小時為單位從加熱爐DCS或PLC控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫調(diào)用熱平 衡計算所需原始數(shù)據(jù)，并通過條件篩選，選取加熱爐穩(wěn)定工作狀態(tài)進(jìn)行計算，計算方法完全 依據(jù)已有國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其實質(zhì)是對常規(guī)人工間歇測試過程的在線自動化，其計算結(jié)果依 然是一種穩(wěn)定狀態(tài)下的平均值，而不是真正意義上的動態(tài)熱平衡結(jié)果。

【背景技術(shù)】
[0005] 軋鋼加熱爐是冶金行業(yè)中用燃料燃燒進(jìn)行供熱的一種加熱設(shè)備，其目的是使鋼坯 達(dá)到軋鋼工藝要求的溫度，同時保證鋼坯的加熱質(zhì)量。加熱爐是軋鋼工序能源消耗大戶， 其能源消耗總量占整個軋鋼工序能耗的70%以上，由此對軋鋼加熱爐能耗水平進(jìn)行動態(tài)檢 測與及時控制具有十分重要的意義。加熱爐熱平衡診斷是現(xiàn)代企業(yè)節(jié)能管理的一個主要手 段?，F(xiàn)有文獻(xiàn)介紹有關(guān)加熱爐熱平衡診斷分析計算方法均是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)燃料爐熱 平衡測定與計算基本規(guī)則》（GB/T13338-1991)進(jìn)行。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定熱平衡診斷測試必需在入 爐坯料成分、品種、規(guī)格、鋼坯加熱溫度和軋制節(jié)奏等穩(wěn)定不變的工況下進(jìn)行，由此獲得的 加熱爐與能耗相關(guān)的各項技術(shù)性能指標(biāo)為加熱爐在規(guī)定的測試周期內(nèi)（通常為兩倍鋼坯在 爐時間）正常穩(wěn)定工況下的結(jié)果。而實際生產(chǎn)過程中，工藝條件多變，通過常規(guī)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。再有目前實際生 產(chǎn)中對加熱爐進(jìn)行的熱平衡測試工作均是以人工方式進(jìn)行，勞動強度大、測試成本高、測試 周期長、及時性差。
[0006] 經(jīng)檢索，中國專利號為ZL201110091986. 4的專利文獻(xiàn)，其公開了一種軋鋼加熱爐 動態(tài)熱平衡測試方法，該方法以小時為單位從加熱爐DCS或PLC控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫調(diào)用熱平 衡計算所需原始數(shù)據(jù)，并通過條件篩選，選取加熱爐穩(wěn)定工作狀態(tài)進(jìn)行計算，計算方法完全 依據(jù)已有國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其實質(zhì)是對常規(guī)人工間歇測試過程的在線自動化，其計算結(jié)果依 然是一種穩(wěn)定狀態(tài)下的平均值，而不是真正意義上的動態(tài)熱平衡結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種通過對加熱爐以分鐘為單位在任何 狀態(tài)下，進(jìn)行連續(xù)采集和分析與熱平衡有關(guān)的各項數(shù)據(jù)，建立有各載熱物體實時熱焓信息 庫，通過計算機實時跟蹤分析，得到加熱爐每一時刻的熱流走向數(shù)據(jù)，以分析、診斷加熱爐 在各種工藝條件下熱利用狀況，并將加熱爐與上下游工序作為整體考慮，找到影響工序能 耗的真正原因，以采取措施，使加熱爐熱效率不斷提高，能耗下降的一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加 熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法。
[0008] 實現(xiàn)上述目的的措施： 一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法，其步驟： 1)采集加熱爐在r時刻加熱過程中燃?xì)夂涂諝鉁囟?、流量和成分?jǐn)?shù)據(jù)，計算熱收入項： 熱收入項為：燃料化學(xué)熱Q Γ i、預(yù)熱空氣帶入的物理熱Q2、預(yù)熱燃料帶入的物理熱 Q τ 3、合金成分氧化熱Q r 4;熱收入項中除金屬氧化熱Q T 4外，其余各項熱量按照gb/ T13338-1991均通過加熱爐已有的計量設(shè)備進(jìn)行檢測，并通過與儀表室計算機的聯(lián)機讀取 瞬態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算獲得； 金屬氧化熱Q τ 4的計算公式： Qr4 (T)=EQ氧化（Γ，η) = Σ 1350 X (W r +ΛΓ-Wr)/ Δγ 式中： Wt XF/1000 式中： Q f 4 (f)的單位為 kj / min, N-為爐內(nèi)裝鋼總支數(shù)， W r -表示爐內(nèi)第η支鋼在IT時刻氧化燒損量，單位為：Kg， Δ一表示時間間隔，單位為：min, τ 一表不時間，單位為：min， T一表示鋼坯溫度，單位為：°C ; a和b是取決于鋼種的系數(shù)， F一表不第η支鋼述表面積，單位為：cm2， 熱支出項為：金屬吸收的有效熱Q */、爐渣帶走的熱量Qr/、汽化及冷卻水帶走 熱量Q ^、開啟爐門和/或爐墻開孔的輻射熱損失Q T4'不嚴(yán)密性所致逸出氣體損失 熱QT5'、煙氣帶走的熱量Qf6'、燃料的機械不完全燃燒熱損失QT/、燃料的化學(xué)不 完全燃燒熱損失Q*/、爐墻熱損失Q ri/，其中，汽化及冷卻水帶走熱量Q ?/、開啟爐 門和/或爐墻開孔的輻射熱損失Q 不嚴(yán)密性所致逸出氣體損失熱Q r 5'、煙氣帶走 的熱量Q τ 6'、燃料的機械不完全燃燒熱損失Q r /均通過加熱爐的計量設(shè)備進(jìn)行檢測， 并通過與儀表室計算機的聯(lián)機讀取瞬態(tài)數(shù)據(jù)，再按照GB/T13338-1991進(jìn)行計算獲得；其余 各熱支出項按照以下各式計算獲得； 金屬吸收的有效熱Qr/ (Γ，η) = Σ Gn.Cp*(T-T'）/Af ，單位為kj/min 式中：所述金屬即為鋼坯， 6。一爐內(nèi)第η支鋼單重，單位為kg ; (；一爐內(nèi)第η支鋼在O至TC之間的平均比熱，單位為：kj /kg · °C ; T一爐內(nèi)第η支鋼1T時刻溫度，單位為：°C ; τ 一表不時間，單位為：min， ΛΓ-設(shè)定的時間間隔，單位為：min ; Τ' 一爐內(nèi)第η支鋼f + Ar時刻溫度，單位為：°C ; N-爐內(nèi)裝鋼總支數(shù)； 燃料的化學(xué)不完全燃燒熱損失，即

【權(quán)利要求】
1. 一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法，其步驟： 1)采集加熱爐在r時刻加熱過程中燃?xì)夂涂諝鉁囟取⒘髁亢统煞謹(jǐn)?shù)據(jù)，計算熱收入項： 熱收入項為：燃料化學(xué)熱QΓi、預(yù)熱空氣帶入的物理熱Qr2、預(yù)熱燃料帶入的物理熱 Qr3、合金成分氧化熱Qr4;熱收入項中除金屬氧化熱Qτ4外，其余各項熱量按照GB/T13338-1991均通過加熱爐已有的計量設(shè)備進(jìn)行檢測，并通過與儀表室計算機的聯(lián)機讀取 瞬態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算獲得； 金屬氧化熱Qr4的計算公式： QΓ4 (τ)=ΣQ氧化（Γ，η) =Σ1350X(WΓ+ΛΓ-Wr) /Ar式中： IFt =ATaVsrrXF/1000 式中： Qf4 (f)的單位為kj/min, N-為爐內(nèi)裝鋼總支數(shù)， Wr-表示爐內(nèi)第η支鋼在Γ時刻氧化燒損量，單位為：Kg， -表示時間間隔，單位為：min, Γ 一表不時間，單位為：min， T一表示鋼坯溫度，單位為：°C;a和b是取決于鋼種的系數(shù)， F一表不第η支鋼述表面積，單位為：cm2， 熱支出項為：金屬吸收的有效熱QΓ/、爐渣帶走的熱量QΓ/、汽化及冷卻水帶走 熱量、開啟爐門和/或爐墻開孔的輻射熱損失QT4'不嚴(yán)密性所致逸出氣體損失 熱QI5'、煙氣帶走的熱量(V、燃料的機械不完全燃燒熱損失QT/、燃料的化學(xué)不完全 燃燒熱損失Q*，、爐墻熱損失Qr9'，其中，汽化及冷卻水帶走熱量Q3'、開啟爐門和/ 或爐墻開孔的輻射熱損失Q*·/不嚴(yán)密性所致逸出氣體損失熱(V、煙氣帶走的熱量Qf 6'、燃料的機械不完全燃燒熱損失QT/均通過加熱爐的計量設(shè)備進(jìn)行檢測，并通過與儀 表室計算機的聯(lián)機讀取瞬態(tài)數(shù)據(jù)，再按照GB/T13338-1991進(jìn)行計算獲得；其余各熱支出項 按照以下各式計算獲得； 金屬吸收的有效熱QΓ/ (*·,η) =ΣGn-Cp-(T-Tj )/Δ* ，單位為kj/min 式中：所述金屬即為鋼坯， Gn-爐內(nèi)第η支鋼單重，單位為：kg; (；一爐內(nèi)第η支鋼在0至TC之間的平均比熱，單位為：kj/kg·°C; T一爐內(nèi)第η支鋼r時刻溫度，單位為：°C;τ一表示時間，單位為：min, ΔΓ一設(shè)定的時間間隔，單位為：min; Τ' 一爐內(nèi)第η支鋼r+Ar時刻溫度，單位為：°c; N-爐內(nèi)裝鋼總支數(shù)； 燃料的化學(xué)不完全燃燒熱損失，即 Qf8 ' =(I-KyS-i^(126_4CS(?Hl·I07_6//2+358CfiT^),單位為：kj/min式中： K一為機械熱損失系數(shù)， B-為燃料消耗量，單位為：m3 /min， Va-為單位燃料燃燒時產(chǎn)生的煙氣量，單位為：m3 /m3， C0、H2、CH4-為煙氣中可燃?xì)怏w體積百分比含量，單位為：％，其通過在爐尾煙道設(shè)置的 煙氣分析儀采樣獲??； 爐墻熱損失計算式： Qf9' /60,單位為：kj/min 式中： Qi-為爐墻熱流密度，單位為：kw/m2,其通過爐墻外壁布置測量設(shè)備實時檢測獲取， 化一爐墻散熱面積，單位為：m2， 上述熱收入項總量ΣQ為ΣQ=QaQJQJQ4 ; 熱支項總量ΣQ'為
加熱爐瞬時熱平衡：ΣQ 當(dāng)平衡計算的誤差6= |在3%以內(nèi)，說明上述計算結(jié)果準(zhǔn)確，可信；如超出3%，則說 明計算結(jié)果誤差過大，需要重新核算； 2)將上述各熱計算項數(shù)據(jù)代入輸入計算機的公式進(jìn)行計算并繪制曲線圖。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法，其特征在 于：通過在爐墻的內(nèi)及外的具有代表性及特點處布局的板式熱電偶測得的爐墻內(nèi)外溫度之 差來計算爐墻熱損失的實時熱流密度。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法，其特征在 于：通過在爐尾煙道增設(shè)煙氣分析儀采樣獲取煙氣中可燃?xì)怏w的實時組分含量來計算燃料 的化學(xué)不完全燃燒熱損失。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種能準(zhǔn)確反映軋鋼加熱爐動態(tài)熱平衡的測試方法，其特征在 于：有關(guān)熱平衡計算公式中的常數(shù)項，如加熱爐爐體結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)件熱物性參數(shù)、能源介 質(zhì)熱物性參數(shù)以及加熱鋼種熱物性參數(shù)，通過建立數(shù)據(jù)庫，在計算過程中按條件調(diào)用。
【文檔編號】G01K17/00GK104316559SQ201410548245
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】丁翠嬌, 蔣揚虎, 曹炳雷, 陳超, 韓斌, 陳旭, 宋中華, 陳 勝, 田大鵬, 劉剛峰, 楊超 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司