高炉密闭循环系统漏水量的计算方法与流程

1.本发明涉及高炉的稳定顺利推行，属于高炉冶炼技术领域，具体地涉及一种高炉密闭循环系统漏水量的计算方法。


背景技术：

2.高炉生产一定年限后，因冷却设备的老化，特别是高炉冷却壁的磨损，导致冷却直管大量损坏而向炉内大量漏水，尤其是在使用密闭循环系统的高炉，冷却设备一旦向高炉内漏水，高炉内热量将大量损失，轻则引起炉况失常，重则引起炉缸冻结，高炉操作者一般采取增加高炉热量供给方法来稳定高炉炉况，然后再视漏水情况来处理漏水设备；增加的热量需要量化标准，如果增加热量过多，会造成高炉炉热，影响高炉顺行及能耗指标，如果增加热量不够则会造成炉凉甚至炉缸冻结，因此计算出高炉密闭循环系统具体的漏水量是当前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明公开了一种高炉密闭循环系统漏水量的计算方法。该计算方法能够算得具体漏水量，并根据漏水量调整焦炭量进而保证高炉在一定时期内的稳定运行。
4.为实现上述技术目的，本发明公开了一种高炉密闭循环系统漏水量的计算方法，一旦发现高炉密闭循环系统的补水周期缩短，即判定漏水，具体排查及漏水量计算过程如下：
5.1)首先检查软水密闭循环的所有管路和/或换热器和/或泵组是否漏水，如果漏水，消除相应隐患，如果再次观察所述高炉密闭循环系统的补水周期缩短或软水密闭循环的所有管路、换热器和泵组不漏水，则判定高炉密闭循环系统的冷却设备向炉内漏水；
6.2)高炉密闭循环系统单位时间内漏水量v
漏
满足如下数学关系式：
[0007]v漏
＝v
实
*60/δt；
[0008]v漏
：单位时间内漏水量v
漏
，单位为m3/h；
[0009]v实
：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt内炉内漏水实际量，单位为m3；
[0010]
δt：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt，单位为min。
[0011]
进一步地，所述步骤2)中，v
实
满足如下数学关系式：
[0012]v实
＝δv
总-δv
t-(v
耗
*δt)/60；
[0013]
δv
总
：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt内系统水量的减少量，单位为m3；
[0014]
δv
t
：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt内因水温变化引起的体积变化量，单位为m3；
[0015]v耗
：高炉稳定时单位时间内水耗，单位为m3/h；
[0016]
δt：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt，单位为min。
[0017]
进一步地，所述步骤2)中，δv
总
满足如下数学关系式：
[0018]
δv
总
＝(h
1-h2)*s；
[0019]
h1：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt开始端对应的膨胀罐液位高度，单位为m；
[0020]
h2：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt结束端对应的膨胀罐液位高度，单位为m；
[0021]
s：膨胀罐横截面积，单位为m2。
[0022]
进一步地，所述步骤2)中，δv
t
满足如下数学关系式：
[0023]
δv
t
＝m
总
/ρ
1-m
总
/ρ2；
[0024]m总
：密闭循环系统中水总质量，单位为kg；且m
总
满足如下数学关系式：
[0025]m总
＝v
原
*ρ
原
；
[0026]v原
：密闭循环系统的保有水量，单位为m3；
[0027]
ρ
原
：水密度，单位为t/m3，其中不同大气温度对应不同水密度；
[0028]
ρ1：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt开始端对应的出水温度为t1，水密度为ρ1，水密度单位为t/m3；
[0029]
ρ2：补水周期缩短后膨胀罐液位变化周期δt结束端对应的出水温度为t2，水密度为ρ2，水密度单位为t/m3。
[0030]
进一步地，所述步骤2)中，v
耗
满足如下数学关系式：
[0031]v耗
＝v
补
/t
原补
；
[0032]v补
：密闭循环系统膨胀罐的一次补水量，单位为m3；且v
补
满足如下数学关系式：
[0033]v补
＝(h
高-h
低
)*s；
[0034]h高
：膨胀罐高水位位置，单位为m；
[0035]h低
：膨胀罐低水位位置，单位为m；
[0036]
s：膨胀罐横截面积，单位为m2；
[0037]
t
原补
：高炉炉况稳定时间段内的补水周期；单位为h。
[0038]
进一步地，膨胀罐横截面积s满足如下数学关系式：
[0039]
s＝πd2/4；
[0040]
d：膨胀罐直径；单位为m。
[0041]
有益效果：
[0042]
本发明通过相应具体计算公式够算得高炉密闭循环系统具体漏水量，并能根据漏水量调整高炉焦炭量进而保证高炉在一定时期内的稳定运行。
附图说明
[0043]
图1为本发明高炉密闭循环系统结构示意图，其中，图1中各部件编号如下：
[0044]
膨胀罐1、膨胀罐液位高点2、液位计3、膨胀罐液位低点4、冷却装置5、循环回水测温点6、脱气罐7、泵组8。
具体实施方式
[0045]
高炉内漏水会引起炉况异常，本发明为了不影响高炉炉温进而保证高炉顺利推行，提供了一种高炉密闭循环系统漏水量的计算方法。
[0046]
其中，高炉密闭循环系统如图1所示，高炉本体连接泵组8、冷却装置5，本发明优冷却装置为换热器，本发明的泵组包括循环回水泵。与此同时，所述高炉本体上还设有循环回水测温点6；
[0047]
在高炉本体顶端设置膨胀罐1，所述膨胀罐1上还设有液位计3，所述液位计3可用于显示膨胀罐液位高点2和膨胀罐液位低点4。此外，所述膨胀罐1还连接脱气罐7。其中，当高炉密闭循环系统发生泄漏，膨胀罐1液位下降，循环回水泵迅速补水，两次补水之间间隔称为补水周期。
[0048]
具体的，一旦发现高炉密闭循环系统的补水周期缩短，即判定漏水，具体排查及漏水量计算过程如下：
[0049]
1)首先检查软水密闭循环的所有管路、换热器和/或泵组是否漏水，如果漏水，即消除隐患，如果再次观察所述高炉密闭循环系统的补水周期缩短或软水密闭循环的所有管路、换热器和泵组不漏水，则判定冷却设备向炉内漏水；
[0050]
2)密闭循环系统膨胀罐的一次补水量v
补
满足如下数学关系式：
[0051]v补
＝(h
高-h
低
)*s；s＝πd2/4；
[0052]v补
：一次补水量，单位为m3；
[0053]h高
：膨胀罐液位高点，单位为m；
[0054]h低
：膨胀罐液位低点，单位为m；
[0055]
s：膨胀罐横截面积，单位为m2；
[0056]
d：膨胀罐直径；单位为m；
[0057]
其中，h
高
、h
低
及d均可以根据高炉的设计图纸得到；
[0058]
3)密闭循环系统中水总质量满足如下数学关系式：
[0059]m总
＝v
原
*ρ
原
；
[0060]m总
：密闭循环系统中水总质量，单位为kg；
[0061]v原
：密闭循环系统的保有水量，单位为m3；该值也是根据高炉的设计图纸得到；
[0062]
ρ
原
：水密度，单位为g/cm3，其中不同大气温度对应不同水密度；
[0063]
其中，假设大气温度为t
原
，可查表1得到所对应的水的密度为ρ
原
；
[0064]
表1：水在不同温度下的密度对照表
[0065]
[0066][0067]
4)密闭循环系统中单位时间水耗v
耗
满足如下数学关系式：v
耗
＝v
补
/t
原补
；
[0068]v耗
：密闭循环系统单位时间水耗，单位为m3/h；
[0069]
t
原补
：高炉炉况稳定时间段内的补水周期；单位为h；
[0070]
4)密闭循环系统漏水量的计算：
[0071]
4.1)补水周期缩短后一定计算周期δt内密闭循环系统水量减少量δv
总
满足如下数学关系式：
[0072]
δv
总
＝(h
1-h2)*s；
[0073]
计算周期δt内因水温变化而引起的体积变化dv
t
即δv
t
满足如下数学关系式：
[0074]
δv
t
＝m
总
/ρ1-m
总
/ρ2
[0075]
计算周期δt开始端系统内出水温度为t1，对应的水的密度为ρ1，此时膨胀罐液位高度为h1；
[0076]
计算周期δt结束端系统内出水温度为t2，对应的水的密度为ρ2，此时膨胀罐液位高度为h2；其中，ρ
1和
ρ2可参照上述表1，如果无法查阅，则利用公式：ρ＝-0.0037t
2-0.0617t+1000.7计算得到，t为水温，ρ为该水温对应的水密度。该公式是利用密度与水温通过回归曲线得出的函数。
[0077]
δv
总
：补水周期变短后膨胀罐液位变化周期δt内系统水量的减少量，单位为m3；
[0078]
4.2)补水周期变短后膨胀罐液位变化周期δt内炉内漏水实际量v
实
满足如下数学关系式：
[0079]v实
＝δv
总-δv
t-v
耗
*δt/60；
[0080]
δv
总
：补水周期变短后膨胀罐液位变化周期δt内系统水量的减少量，单位为m3；
[0081]
δv
t
：补水周期变短后膨胀罐液位变化周期δt内因水温变化引起的体积变化量，单位为m3；
[0082]v耗
：高炉稳定时单位时间内水耗，单位为m3/h；
[0083]
高炉密闭循环系统单位时间内漏水量v
漏
满足如下数学关系式：
[0084]v漏
＝v
实
*60/δt；
[0085]v漏
：单位时间内漏水量v
漏
，单位为m3/h；
[0086]v实
：补水周期变短后膨胀罐液位变化周期δt内炉内漏水实际量，单位为m3；
[0087]
δt：补水周期变短后膨胀罐液位变化周期δt，单位为min。
[0088]
为更好的解释本发明，以下结合具体实施例进行详细说明
[0089]
实施例1
[0090]
某高炉在一定时间段内两次补水间隔为15.63h。
[0091]
(1)根据设计图纸可知该座高炉膨胀罐的直径为2.5m，膨胀罐的液位高点为3.6m，膨胀罐的液位低点为2.4m；
[0092]
则密闭循环系统膨胀罐的一次补水量v
补
满足如下数学关系式：
[0093]v补
＝(h
高-h
低
)*s＝(3.6-2.4)*1.25*1.25*3.14159＝1.2*4.9087＝5.89m3；
[0094]
(2)据原设计图纸计算出该座高炉系统的保有水量为1830m3，该座高炉当前炉况平稳，以水温36℃为计算基准，可查水的密度为：0.9936883t/m3；
[0095]
则密闭循环系统中水总质量m
总
＝v
原
*ρ
原
＝1830*0.9936883＝1818.449589t.
[0096]
(3)观察现场补水周期t
原补
为15.63h，则密闭循环系统中单位时间水耗v
耗
＝v
补
/t原补＝5.89/15.63＝0.3768m3/h。
[0097]
(4)补水周期变短后膨胀罐液位变化周期δt选取起始点2022年3月2日10:24，液位为：3.208m，此时温度为38.8℃，终点为2022年3月2日11:28，液位为：2.978m，此时温度为38.2℃。
[0098]
且水温为38.8℃时，水的密度为0.9926735t/m3；
[0099]
水温为38.2℃时，水的密度为0.9928960t/m3；
[0100]
则δv
总
＝(h
1-h2)*s＝(3.208-2.978)*4.9087＝1.129m3[0101]
δv
t
＝m
总
/ρ
1-m
总
/ρ2＝1818.449589/0.9926735-1818.449589/0.9928960＝1831.8708-1831.4603＝0.4105m3；
[0102]
则补水周期变短后膨胀罐液位变化周期δt内炉内漏水实际量v
实v实
＝δv
总-δv
t-v
耗*
δt/60＝1.129-0.4105-0.3768*64/60＝0.31658m
3.
[0103]
高炉密闭循环系统单位时间内漏水量v
漏
＝v
实
*60/δt＝0.31658*60/64＝0.2968m3/h。
[0104]
试验例1
[0105]
根据上述实施例1计算得到的高炉密闭循环系统单位时间内漏水量，进一步调整高炉焦炭量进而保证高炉在一定时期内的稳定运行。具体调整策略如下：
[0106]
为保证高炉炉温充沛，特别是在漏水的情况下，炉温要保持上限，首先默认漏水发生在高炉炉身下部；
[0107]
高炉平均风量为5700m3/min，漏水量可视为增加鼓风湿度；
[0108]
每小时鼓风湿度增加量为：0.2968m3×
1000000g/m3÷
60min
÷
5700m3/min＝0.867g/m3≈1g/m3；
[0109]
(炉役后期，冷却设备频繁损坏，为保持充沛的炉温，防止因漏水引起管道、滑料等事故，实际测算值按上限评估)；
[0110]
每增加1g/m3湿份，焦比上升1kg/tfe，(各高炉有不同的测算方式)；
[0111]
高炉此时的矿石批重为90t，焦炭批重为18.8t，一批矿石综合铁份为59％；
[0112]
焦比＝18.8t
÷
90t
÷
59％＝354kg/tfe；
[0113]
漏水后焦比增加1kg/tfe，为保持现有炉温，焦比为355kg/tfe；
[0114]
反算焦炭批重＝355kg/tfe
×
59％
×
90t＝18.85t；
[0115]
考虑到漏水会诱发管道导致煤气利用率下降，炉温进一步下行，调整焦炭批重为18.9t，每批增加焦炭量为100kg；
[0116]
注：根据近年来武钢有限高炉的生产情况，该漏水量属于漏水程度较轻，炉役后期漏水严重时补水周期只有45min，补充焦炭量也较大。
[0117]
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。