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1、(10)申请公布号 CN 103591988 A (43)申请公布日 2014.02.19 CN 103591988 A (21)申请号 201310485614.9 (22)申请日 2013.10.17 G01F 1/34(2006.01) (71)申请人 河北钢铁股份有限公司承德分公司 地址 067102 河北省承德市双滦区滦河镇金 融广场河北钢铁股份有限公司承德分 公司 (72)发明人 魏金辉 杨中方 张跃华 (74)专利代理机构 石家庄冀科专利商标事务所 有限公司 13108 代理人 曹淑敏 陈长庚 (54) 发明名称 一种转炉煤气回收量计量装置及方法 (57) 摘要 本发明涉及一种转。
2、炉煤气回收量计量装置及 方法， 属于气体计量设备及方法技术领域， 用于对 转炉煤气回收量进行准确计量。其技术方案是 ： 本发明的变频器与除尘风机的电机连接， 三通阀、 压力测量装置、 温度测量装置分别安装在除尘管 道上， 变频器、 三通阀、 压力测量装置、 温度测量装 置分别检测除尘电机的转速、 回收煤气的时间、 回 收煤气的压力和温度， 并将这些检测信号输入到 现场控制站中， 由现场控制站计算转炉煤气的回 收量。 本发明可以准确计量煤气回收量， 用于指导 炼钢煤气回收的生产， 解决了转炉煤气回收投产 运行后， 煤气计量不准且无法安装流量计或由于 工艺参数问题没有可选流量仪表的难题， 无需增 。
3、加额外成本， 可以带来可观的经济效益。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103591988 A CN 103591988 A 1/1 页 2 1. 一种转炉煤气回收量计量装置， 其特征在于 ： 它的构成中包括变频器 （1） 、 三通阀 （2） 、 压力测量装置 （3） 、 温度测量装置 （4） 、 现场控制站 （5） ， 变频器 （1） 与除尘风机 （6） 的电 机连接， 三通阀 （2） 安装在除尘管道 （7） 上， 变频器 （1。
4、） 、 三通阀 （2） 的输入信号和控制信号 分别与现场控制站 （5） 相连接， 压力测量装置 （3） 、 温度测量装置 （4） 分别安装在除尘管道 （7） 上， 压力测量装置 （3） 、 温度测量装置 （4） 的输出信号分别与现场控制站 （5） 相连接。 2. 根据权利要求 1 所述的转炉煤气回收量计量装置， 其特征在于 ： 所述压力测量装置 （3） 为压力变送器， 温度测量装置 （4） 为 Pt100 热电阻。 3.根据权利要求2所述的转炉煤气回收量计量装置， 其特征在于 ： 所述现场控制站 （5） 由输入模件、 输出模件、 电源模件、 CPU 控制器件、 总线底板模件组成， 输入模件、 。
5、输出模件、 电源模件、 CPU 控制器件、 接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上。 4. 一种使用上述转炉煤气回收量计量装置的方法， 它采用以下步骤 ： a计算回收瞬时流量 Fi=*P1*T0/T1/P0*ni 式中 ： Fi- 第 i 次回收的煤气瞬时流量， 单位 Nm3/s ； - 比例系数， = 风机额定工作流量 Q额(m3/s)/ 风机额定转速 n额 ( 转 /min) ， 风 机标牌给出， min* m3/( 转 *s) ； - 风机效率 (0-100%)， 根据现场整定 ； P1- 风机工作绝对压力， P1=100+p1（p1为工作压力， 由压力测量装置测得） ， 单。
6、位 KPa ； T0-1 标准大气压下的绝度温度， T0=273+20=293K ； T1- 风机工作状态下的绝度温度 T1=273+t1（t1为工作温度， 由温度测量装置测 得） ， 单位 K ； P0-1 标准大气压， P0=100KPa ； P1*T0/T1/P0- 由工作状态下的流量换算成标准状态下 （1 大气压， 20） 的流量 ； ni- 第 i 次回收的风机的转速 (0-n额)， 由变频器控制并检测， 随时变化， 单位转 / min ； 上式中 ： Q额 、 n额、 在操作员站上输入 ； b计算回收时间 当三通阀的回收侧到位信号为 1 时， 触发定时器开始计时， 表示煤气回收开始。
7、， 当三通 阀的回收侧到位信号为 0 时， 定时器停止计时， 计算出这段时间为 i， 表示第 i 次回收的 煤气回收时间为 i秒 （s） ； c计算煤气累积流量 Q= ，(n=1,2， 3,) 式中 ： Q-n 次回收的煤气累积流量， 单位 Nm3； Fi- 第 i 次回收的煤气瞬时流量， 步骤 1 中的 Fi值， 单位 Nm3/s ； i- 第 i 次回收的煤气回收时间， 步骤 2 中的 i值， 单位 s。 权 利 要 求 书 CN 103591988 A 2 1/5 页 3 一种转炉煤气回收量计量装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种转炉煤气回收量计量装置及方法， 属于气体计量设备。
8、及计量方法 技术领域。 背景技术 0002 转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源， 转炉煤气回收量的计量存在以下难点 ： 一 是为了减少压力损失和工艺扩产后的管道能继续使用， 工艺管径往往过大， 工艺管道是 3 至 4 座转炉的总管， 但实际回收时仅 1 至 3 座转炉回收， 转炉煤气回收量过小， 不能满足插 入式差压流量计的最低流速要求， 从而使计量数据不准， 误差较大 （回收量大时， 仪表误差 较小） ， 无法满足工艺生产的需要 ； 二是生产运行后， 当初安装的流量计由于回收量小大都 无法使用， 但由于没有停产机会， 管道无法缩径来提高流速， 也无法安装孔板等节流装置 ； 三是超声波气体流量计。
9、价格昂贵， 备品备件成本高， 不宜推广 ； 四是现场工艺管道连接复 杂， 有些转炉找不到一个总管用于安装转炉煤气计量装置。 由于以上原因， 使转炉煤气回收 量计量缺失， 仅能靠工艺理论计算来估算回收量。 因此， 设计一种计量转炉煤气回收量的装 置势在必行， 这对于二次能源高效利用及减少排放都具有重要的意义。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题是提供一种转炉煤气回收量计量装置及方法， 这种计 量装置及方法不使用流量仪表设备， 可以间接、 准确地计量转炉煤气回收量， 用于指导炼钢 煤气回收的生产， 并带来可观的经济效益。 0004 解决上述技术问题的技术方案是 ： 一种转炉煤气回收量计量。
10、装置， 它的构成中包括变频器、 三通阀、 压力测量装置、 温度 测量装置、 现场控制站， 变频器与除尘风机的电机连接， 三通阀安装在除尘管道上， 变频器、 三通阀的输入信号和控制信号分别与现场控制站相连接， 压力测量装置、 温度测量装置分 别安装在除尘管道上， 压力测量装置、 温度测量装置的输出信号分别与现场控制站相连接。 0005 上述转炉煤气回收量计量装置， 所述压力测量装置为压力变送器， 温度测量装置 为 Pt100 热电阻。 0006 上述转炉煤气回收量计量装置， 所述现场控制站由输入模件、 输出模件、 电源模 件、 CPU 控制器件、 总线底板模件组成， 输入模件、 输出模件、 电源。
11、模件、 CPU 控制器件、 接口 模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上。 0007 一种使用上述转炉煤气回收量计量装置的方法， 它采用以下步骤 ： 1计算回收瞬时流量 式中 ： Fi- 第 i 次回收的煤气瞬时流量， 单位 Nm3/s ； - 比例系数， = 风机额定工作流量 Q额(m3/s)/ 风机额定转速 n额 ( 转 /min) ， 风 说 明 书 CN 103591988 A 3 2/5 页 4 机标牌给出， min* m3/( 转 *s) ； - 风机效率 (0-100%)， 根据现场整定 ； P1- 风机工作绝对压力， P1=100+p1（p1为工作压力， 由压力测量装置。
12、 3 测得） ， 单位 KPa ； T0-1 标准大气压下的绝度温度， T0=273+20=293K ； T1- 风机工作状态下的绝度温度 T1=273+t1（t1为工作温度， 由温度测量装置测 得） ， 单位 K ； P0-1 标准大气压， P0=100KPa ； P1*T0/T1/P0- 由工作状态下的流量换算成标准状态下 （1 大气压， 20） 的流量 ； ni- 第 i 次回收的风机的转速 (0-n额)， 由变频器控制并检测， 随时变化， 单位转 / min。 0008 上式中 ： Q额、 n额、 在操作员站上输入 ； 2计算回收时间 当三通阀的回收侧到位信号为 1 时， 触发定时器开。
13、始计时， 表示煤气回收开始， 当三通 阀的回收侧到位信号为 0 时， 定时器停止计时， 计算出这段时间为 i， 表示第 i 次回收的 煤气回收时间为 i秒 （s） 。 0009 3计算煤气累积流量 式中 ： Q-n 次回收的煤气累积流量， 单位 Nm3； Fi- 第 i 次回收的煤气瞬时流量， 步骤 1 中的 Fi值， 单位 Nm3/s ； i- 第 i 次回收的煤气回收时间， 步骤 2 中的 i值， 单位 s ； 本发明的有益之处在于 ： 本发明的变频器、 三通阀、 压力测量装置、 温度测量装置分别检测除尘电机的转速、 回 收煤气的时间、 回收煤气的压力和温度， 并将这些检测信号输入到现场控。
14、制站中， 由现场控 制站进行处理计算， 准确计算转炉煤气的回收量， 这种装置和方法可以不使用流量仪表设 备间接计量转炉煤气回收量， 用于指导炼钢煤气回收的生产， 无需增加额外成本， 可以带来 可观的经济效益。特别解决了转炉煤气回收投产运行后， 煤气计量不准且无法安装流量计 或或由于工艺参数问题没有可选流量仪表的难题。 附图说明 0010 图 1 是本发明的结构示意图。 0011 图中标记如下 ： 变频器 1、 三通阀 2、 压力测量装置 3、 温度测量装置 4、 现场控制站 5、 除尘风机 6、 除尘管道 7、 煤气柜 8、 操作员站 9。 具体实施方式 0012 本发明的转炉煤气回收量计量装。
15、置包括变频器 1、 三通阀 2、 压力测量装置 3、 温度 说 明 书 CN 103591988 A 4 3/5 页 5 测量装置 4、 现场控制站 5。 0013 图中显示， 变频器 1 与除尘风机 6 的电机连接， 用于控制回收时的风机转速。三通 阀 2 安装在除尘管道 7 上用于控制煤气回收与放散。变频器 1、 三通阀 2 的输入信号和控制 信号分别与现场控制站 5 相连接。 0014 图中显示， 压力测量装置 3、 温度测量装置 4 分别安装在除尘管道 7 上检测煤气的 压力和温度， 用于流量补偿。压力测量装置 3、 温度测量装置 4 的输出信号与现场控制站 5 相连接。压力测量装置 。
16、3 为压力变送器， 温度测量装置 4 为 Pt100 热电阻。 0015 本发明的现场控制站 5 由输入模件、 输出模件、 电源模件、 CPU 控制器件、 总线底板 模件组成， 输入模件、 输出模件、 电源模件、 CPU 控制器件、 接口模件通过总线底板模件连接 并安装在总线底板模件上。 0016 现场控制站 5 的接口模件与操作员站 9 连接， 接口模件为工业交换机、 以太网模 板、 现场总线等， 操作员站 9 为工业计算机或工业触摸屏。 0017 本发明的变频器 1、 三通阀 2、 压力测量装置 3、 温度测量装置 4 分别检测除尘电机 6 的转速、 回收煤气的时间、 回收煤气的压力和温度。
17、， 并将这些检测信号输入到现场控制站 5 中， 由现场控制站 5 进行处理计算， 准确提供转炉煤气的回收量。 0018 本发明的转炉煤气回收量计量装置的一个实施例的各个部件如下 ： 变频器 1 的型号为 6ES70 ； 三通阀 2 的型号为 SQD643X-1 ； 压力测量装置 3 的型号为 EJA530A ； 温度测量装置 4 的型号为 WZP-240 ； 现场控制站 5 的构成器件如下 ： 输 入 模 件 的 型 号 为 6ES7 331-7KF02-0AB0 和 6ES7 321-1BL00-0AA0 ； 输 出 模 件 的 型 号 为 6ES7 332-7KF02-0AB0 和 6ES。
18、7 322-1BL00-0AA0 ； 电 源 模 件 的 型 号 为 6ES7 307-1KA01-0AA0 ； CPU 控制器件的型号为 6ES7 315-2AH14-0AB0 ； 接口模件的型号为 Moxa EDS-G205、 6ES7 343-1EX30-0XE0 和 6ES7 153-1AA03-0XB0 ； 总线底板模件的型号为 6ES7390-1GF30-0AA0。 0019 操作员站 9 的型号为研华 IPC-610H 型。 0020 本发明的使用上述转炉煤气回收量计量装置的方法， 它的一个实施例采用以下步 骤 ： 1计算回收瞬时流量 式中 ： Fi - 第 i 次回收的煤气瞬时。
19、流量， 单位 Nm3/s ； - 比例系数， = 风机额定工作流量 Q额(m3/s)/ 风机额定转速 n额 ( 转 /min) ， 风 机标牌给出。 0021 本实施例中 ： 风机标牌的风机额定工作流量 Q额= 64.2(m3/s)， 风机额定转速 n额 =2035 ( 转 /min)， =64.2/2035=0.03155(min* m3/( 转 *s) ； - 风机效率 (0-100%)， 根据现场整定， =79.25% ； P1- 风机工作绝对压力 P1=100+p1（p1为工作压力， 由压力测量装置 3 测得） ， 单位 说 明 书 CN 103591988 A 5 4/5 页 6 K。
20、Pa ； 本实施例中， p1=9KPa， P1=100+p1=100+9=109KPa ； T0-1 标准大气压下的绝度温度， T0=273+20=293K ； T1- 风机工作状态下的绝度温度 T1=273+t1（t1为工作温度， 由温度测量装置 4 测 得） ， 单位 K ； 本实施例中， t1=70， T1=273+t1=273+70=343K ； P0-1 标准大气压， P0=100KPa ； ni- 第 i 次回收的风机的转速 (0-n额)， 由变频器 1 控制并检测， 随时变化， 转 /min， n=0-2035 转 /min ； 本实施例中， 回收时 n 在 1000-1900 。
21、转 /min 之间 ； 计算结果 ： Fi=*P1*T0/T1/P0*ni=64.2/2035*0.7925*109*293/343/100*n=0.02328*ni (Nm3/ s)。 0022 若回收时， 风机恒转速， Fi为定值。例如某 100 吨转炉 Fi=18.5 Nm3/s ； 某 150 吨转 炉 Fi=28Nm3/s。 0023 2计算回收时间 当三通阀 2 的回收侧到位信号为 1 时， 触发定时器开始计时， 表示煤气回收开始， 当三 通阀 2 的回收侧到位信号为 0 时， 定时器停止计时， 计算出这段时间为 i， 表示第 i 次回 收的煤气回收时间为 i秒 （s） 。实施例中。
22、， 回收时间一般为 9-13min。 0024 3计算累积流量 式中 ： Q-n 次回收的煤气累积流量， 单位 Nm3； Fi- 第 i 次回收的煤气瞬时流量， 步骤 1 中的 Fi值， 单位 Nm3/s ； i- 第 i 次回收的煤气回收时间， 步骤 2 中的 i值， 单位 s ； ni- 第 i 次回收的风机的转速 (0-n额)， 由变频器 1 控制并检测， 随时变化， 转 /min， n=0-2035 转 /min ； 本实施例中， 回收时 n 在 1000-1900 转 /min 之间。 0025 在本发明中， 由于煤气回收是间断进行的， 统计出 8 小时内的每次煤气回收时间 与每次流。
23、量乘积的累加和， 可以求出班累积流量 ； 统计出 24 小时内的每次煤气回收时间与 每次流量乘积的的累加和， 可以求出日累积流量 ； 统计出 1 个月时间内的每次煤气回收时 间与每次流量乘积的的累加和， 可以求出月累积流量 ； 以此类推。 0026 以上的数据在操作员站 9 上进行监视操作。 0027 使用本发明的某 120 吨 3 号转炉回收 36 炉数据列表如下 ： 说 明 书 CN 103591988 A 6 5/5 页 7 风机转速始终调节， 不是恒速。从表中可以看出， 对比的 36 炉的回收量虽然有时 偏差大， 有时偏差小， 但累积量偏差计算公式较西门子仪表检测的非常接近， 累积误差仅 为 -0.12%， 工艺认为该数据非常准确。该方法， 误差可以控制在 2%， 完全满足工艺生产的 需要， 解决了回收流量较小时， 计量仪表无法准确计量的难题。 说 明 书 CN 103591988 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103591988 A 8 。