混合煤气流量监测及其在线补偿

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1、安徽工业大学毕业设计（论文）说明书混合煤气流量监测及其在线补偿3.1问题的提出梅山钢铁公司煅烧石灰采用的套筒式石灰窑，上下两层，共有12燃烧室。气烧套筒窑以转炉煤气为燃料,使得钢铁厂的二次能量得到充分利用。同时,生产中产生的污染物比使用固体燃料相比大为减少,带来了不可忽视的环境效益和社会效益。套筒石灰窑的操作主要是控制循环气体温度，即通过控制循环气体的温度来调节煅烧状况进而保证石灰质量。而循环气体温度的稳定是通过调节供热煤气流量来予以实现，但是，由于煅烧石灰燃料采用的是混合煤气，由于工艺条件发生变化或其

2、它原因，将会导致混合煤气的混合比随时改变。以高炉、焦炉、转炉混合煤气来说，由于气体的密度、动力学粘度等热力学性质不尽相同，因而造成混合煤气的密度等热力学参数也在不断发生变化，而目前国内大部分企业都采用孔板式差压流量计来计量监测混合煤气的流量。作为一套已设计定型的节流装置来说，其设计压力、温度、刻度流量、介质密度、动力粘度等参数是固定不变的。而节流装置在实际应用过程中，介质的实际工作压力、温度也不会总保持在设计的温度和压力附近，经常出现很大的波动，因此，在生产过程中，混合煤气的密度等热力学参数的不断变化将

3、会导致测量数据出现很大偏差，从而给煅烧供热调节带来一定的影响，使石灰工序能耗增加，石灰质量不稳定。为使在煅烧过程中实际供热与理论要求一致，煤气的流量测量一定要与实际相符，这就要求孔板流量计测量过程中对煤气密度、压力、温度等热力学参数进行在线补偿。这对于提高活性石灰的质量、改善冶炼条件、提高钢水质量、充分利用好二次能源（高、焦、转炉回收煤气）以及减少石灰煅烧过程热能消耗都具有重要意义。3.2影响计量精度的因素分析梅钢石灰窑采用的就是环形套筒石灰窑。套筒窑的燃烧室设在石灰窑窑体的中部，并分为上下两层，上层的

4、称为上部燃烧室，下层的称为下部燃烧室，上下两层燃烧室错开均布，共12个，燃料在燃烧室内燃烧，将高温燃烧废气送入窑内，从而使从石灰窑顶部加入的原料石灰石在下降的过程中得到均匀的加热。只要合理控制加热温度，就能烧制出质量较好的石灰。而温度主要是通过控制混合煤气的流量来控制的，因此，煤气流量的检测具有举足轻重的意义。下面12安徽工业大学毕业设计（论文）说明书以500TPDASK（AnnularShaftKiln）窑为例，其供气流量检测系统示意图如图3-1所示：图3-1梅钢石灰窑供气流量检测系统示意图由示意图可

5、以看出，煤气由总管由12条支管分别向上下两层燃烧室供气，总管及支管均是采用孔板流量计计量煤气流量。而孔板流量计检测煤气流量时是设煤气的密度为一确定值，并通过测量流过孔板的煤气的压力变化计算出煤气的体积流量[12]。下面，本文根据孔板流量计测量流体流量的一般计量公式来简单分析其测量误差存在机理及解决方法。孔板流量计的计量公式：(3-1)式(3-1)中：为孔板流量计的体积流量；C为流出系数，β为孔板孔径与管道内径之比，d为孔板孔径，D为煤气管道内径；为可膨胀性系数；为孔板前后的差压；ρ为孔板入口端煤气密度。

6、由孔板流量计的基本计量公式可知影响孔板流量计进行煤气计量的主要因素有：流出系数C，可膨胀系数，孔板前后的差压，煤气的密度ρ，孔板孔径d及孔板孔径与管道内径之比β。下面分别分析这些因素对煤气流量测量的影响：对于确定的孔板和被测介质，式(3-1)中均为已知常数,则孔板流量计的体积流量和差压就为开平方关系。对流量的影响都举足轻重，在实测中一定要保证的高测量精度。但在实际测量时，并不是常数,它们与被测气体的温度、压力及成分变化等有关。目前直接在线测量这些参数十分困难。因此，对于单一流体,在一定温度、压力范围内，

7、12安徽工业大学毕业设计（论文）说明书变化较小，其影响也较小,一般可忽略不计；密度的变化及影响不可忽略，且与气体的温度、压力有关，所以一般通过测量温度和压力，并使用理想气体状态方程计算出密度进行间接补偿。但如果所测气体是混合气体,只做温度、压力的补偿是达不到要求的。因为当混合气体的混合比例发生变化时,即使温度、压力不变,密度也已经发生了较大变化,如果仍用原来的参数计算必然导致较大的测量误差[13]。由公式(3-1)可知，密度和差压处于同样重要，如果计算时所采用的密度值不准，即使差压的测量精度较高，测量结

8、果也达不到较高的精度。差压的测量精度孔板流量计本身可以保证，所以影响石灰窑混合煤气流量检测精度的主要因素就体现在由于混合比及温度、压力变化导致密度的变化上。因此，在混合煤气流量测量中对密度补偿至关重要。3.3混煤流量补偿校正方案的制定通过对孔板流量计的误差分析可知，影响其检测精度的主要因素是检测对象的密度及差压。差压的精度孔板流量计本身可以保证，因此影响孔板流量计测量精度的主要因素就是密度。为此，本文提出一种基于补偿原理的混合煤气流量在线检