CN101575525B - 焦炉集气管放散控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焦炉集气管放散控制装置及控制方法，该装置由燃烧器、放散管、点火器柜、控制柜、放散阀、放散阀执行机构、拢火阀、灭火阀、压力变送器组成，燃烧器位于放散管上部，点火器柜与燃烧器上的点火枪通过电缆相连接，拢火阀连接燃烧器拢火管，灭火阀连接燃烧器灭火管；放散阀位于放散管与集气管的连接处，与放散阀执行机构相连接，在放散管入口处的集气管上设有压力变送器；通过对集气管压力的连续监控控制集气管放散阀执行机构的动作，保持压力在一段可靠范围内的波动，同时控制配套的点火装置、蒸汽拢火消烟阀门、蒸汽灭火阀门的顺序动作，以达到最优方案，反应迅速，安全可靠，燃烧效果好，保护环境。

Description

焦炉集气管放散控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种焦化行业的焦炉集气管放散控制装置及控制方法。

背景技术

能源和环境问题目前已成为世界关注的焦点，焦化领域环境保护技术的发展是现代炼焦技术完善的重要标志。同时，计算机控制等自动化技术的发展，在提高劳动生产率、提高产品质量、降低能耗及治理污染物等方面都起到了重要作用。

焦炉集气管荒煤气放散控制装置的应用领域和工艺情况：设备安装在焦炉集气管放散管上和控制室内；焦炉在正常运行的情况下会控制集气管压力在70Pa左右，在集气管压力过高或鼓风机故障的情况下煤气会大量的泄漏，污染环境，甚至导致焦炉失火造成严重的经济损失；焦炉集气管荒煤气放散控制装置的应用解决了过量煤气的排放并对煤气进行燃烧，保护了环境，同时也保证了焦炉在一定压力范围内工作的工艺要求。

早期的焦炉在煤气排放和控制压力方面都采用人工手动操作，其反应速度慢，人为因素多，现场工作条件差，对工人危险程度大；同时人工点火难度大，无法保证点火的及时性，甚至不予点燃，对环境污染大。

发明内容

本发明的目的是提供一种以PLC控制柜为核心的焦炉集气管放散控制装置及控制方法，通过对集气管压力的连续监控控制集气管放散阀执行机构的动作，保持压力在一段可靠范围内的波动，同时控制配套的点火装置、蒸汽拢火消烟阀门、蒸汽灭火阀门的顺序动作，以达到最优方案，反应迅速，安全可靠，燃烧效果好，保护环境。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

焦炉集气管放散控制装置，该装置由燃烧器、放散管、点火器柜、控制柜、放散阀、放散阀执行机构、拢火阀、灭火阀、压力变送器组成，燃烧器位于放散管上部，点火器柜与燃烧器上的点火枪通过电缆相连接，拢火阀连接燃烧器拢火管，灭火阀连接燃烧器灭火管；放散阀位于放散管与集气管的连接处，与放散阀执行机构相连接，在放散管入口处的集气管上设有压力变送器；点火器柜、灭火阀、拢火阀、放散阀执行机构、压力变送器通过连接电缆与控制柜相连接。

见图1，燃烧器，它包括点火枪、防风罩、筒体、稳燃装置、拢火管、灭火管，筒***于放散管的出口处，通过大法兰与放散管相连接，稳燃装置位于筒体上部，为半封闭结构；拢火管和灭火管是由蒸汽总管分出的两个支管，支管一从筒体下部进入筒体内部，分为几个均匀布置的支管至筒体上部，为灭火管；支管二进入筒体出口处的环管，由环管分出若干支小蒸汽喷嘴位于燃气出口的***，为拢火管；防风罩位于燃烧器外部，为四周封闭结构，在防风罩上设有两个点火枪安装管，点火枪安装管内安装有点火枪，对称安装在防风罩上。

在防风罩上还设有火焰检测杆安装管，火焰检测杆采用热偶测温方式。在燃烧器上还设有测温探杆，与控制柜相连接。

焦炉集气管放散控制方法，该方法以PLC控制柜为核心，通过对集气管压力的连续监控控制集气管放散阀执行机构的动作，保持压力在一段可靠的范围内的波动，同时控制配套的点火装置、蒸汽拢火消烟阀门、蒸汽灭火阀门的顺序动作，使点火器、放散执行机构、拢火阀、灭火阀按照一定逻辑执行相应的配合动作，建立一套设计有效的压力与放散控制的数学模型，以达到最优方案，使荒煤气在火炬头燃烧器处被点燃，将放散气体进行无烟燃烧；所述的PLC控制柜分别与点火器柜、灭火阀、拢火阀、放散阀执行机构、压力变送器相连接。

所述的数学模型为：

压力上限、压力上上限、压力下限参数可以任意设定，设压力上上限值、压力上限值、压力下限值、适时压力值分别为P3、P2、P1、P，(以下叙述中的时间参数可根据现场情况更改)：

(1)当P＞P3持续5s，自动点火放散程序启动，打开放散阀，同时点火器柜开始工作(一般为30s)，放散阀在打开过程中会自动停止5秒钟，使燃烧器上的火焰稳定，当火焰检测杆检测到火焰10s后打开拢火阀；如果火焰检测杆未检测到火焰，***会在程序启动后60s重新打开点火器柜并关闭放散阀至点火位停留2s，然后打开放散阀至全开后，如果仍未检测到火焰，***将继续重复上步操作；下一步不管检测到火焰与否，程序将打开拢火阀，发出间隔3s的报警声(如本***无火焰检测装置，***将不重复点火)。

(2)当P＜P1持续5s，熄火放散程序启动，首先迅速打开灭火阀，同时关闭拢火阀，延时3s后开始关闭放散阀，放散阀全关60s后关闭灭火阀，放散过程结束。

与国内外同类技术相比较，本发明的有益效果是：通过增加空气的混合和蒸汽消烟的方式在燃烧完全、降低污染上有了飞跃性的改进；通过防风罩、蒸汽拢火和稳燃环设计在燃烧稳定和对外界环境适应性上有了改进；通过蒸汽灭火管设计在熄火的可靠性上有了保证；通过高性能的点火装置在点火可靠率上达到了100％；通过自动化技术的应用在控制准确及时性上达到了智能化全自动控制；通过程序控制在降低劳动强度和减少劳动力上基本实现了无人职守的操作模式；通过防波动放散曲线设计在焦炉事故状态控制准确率上达到了98％以上。

焦炉集气管荒煤气放散控制装置的新颖性和创造性体现在：

1)燃烧器理论应用于焦炉集气管荒煤气放散控制装置，其可靠的点火、充分燃烧、防风、降低辐射、稳燃、防脱火、可靠灭火的特点为环保效果和安全生产提供了保证。

2)防波动放散曲线设计应用于焦炉集气管荒煤气放散控制装置，其曲线主要的三个设定值可以根据用户的实际经验修改，其曲线模型设计可以将一些假相的工作异常状态和故障状态屏蔽，可靠率达到98％，根据集气管有效的实现自动放散，改变了以往的工艺操作模式。

3)完全自动化设计应用于焦炉集气管荒煤气放散控制装置，直接降低了荒煤气对环境的污染，同时减少了劳动力、降低了劳动成本，消除了安全生产隐患。

4)推广前景：适用于新建焦炉和旧式焦炉的改造，在十七大提出节能环保的可持续发展的方针指导下、世界各国对环境保护的倡导下，焦炉集气管荒煤气放散控制装置具有广阔的的推广前景。

附图说明

图1是焦炉集气管放散控制装置的结构示意图；

图2是燃烧器的结构示意图；

图3是防波动放散曲线图。

具体实施方式

1 装置的结构及工作原理

见图1，焦炉集气管放散控制装置，该装置由燃烧器1、放散管15、点火器柜5、控制柜6、放散阀11、放散阀执行机构12、拢火阀10、灭火阀9、压力变送器13组成，燃烧器1位于放散管15上部，通过大法兰8连接；点火器柜5与燃烧器1上的点火枪2通过高压屏蔽电缆4相连接，拢火阀10连接燃烧器拢火管18(图2)，灭火阀连接燃烧器灭火管19(图2)；放散阀11位于放散管15与集气管16的连接处，与放散阀执行机构12相连接，在放散管15入口处的集气管16上设有压力变送器13；点火器柜5、灭火阀9、拢火阀10、放散阀执行机构12、压力变送器13通过连接电缆14与控制柜6相连接。

在燃烧器1上还设有测温探杆3，与控制柜6相连接。

焦炉集气管荒煤气放散控制装置的工作原理：通过对集气管压力的连续监控控制集气管放散阀执行机构的动作，保持压力在一段可靠的范围内的波动，同时控制配套的点火装置、蒸汽拢火消烟阀门、蒸汽灭火阀门的顺序动作，荒煤气在火炬头燃烧器处被点燃，将放散气体进行无烟燃烧。

见图3，压力上限、压力上上限、压力下限参数可以任意设定，设压力上上限值、压力上限值、压力下限值、适时压力值分别为P3、P2、P1、P，P3～400为压力上上限区、P2～P3为压力上限区、0～P1为压力下限区，(以下叙述中的时间参数可根据现场情况更改)。

设t3-t2＜5s；t8-t7＞5s；t11-t10＞5s。***将经过判断后进行如下工作：t2～t3时段和t6～t7时段在压力上限区发出间隔1s蜂鸣声。t7+5s点为自动点火启动点，t10+5s为熄火停止放散点。(t7+5s)～(t10+5s)时段为放散燃烧阶段，蜂鸣器发出间隔2s蜂鸣声。从此曲线中不难看到程序过滤了像t2～t3这样小于5s时段的波动阶段，从此有效地达到了防波动的作用。

压力上限、压力上上限、压力下限参数可以任意设定，设压力上上限值、压力上限值、压力下限值、适时压力值分别为P3、P2、P1、P，(以下叙述中的时间参数可根据现场情况更改)：

(1)当P＞P3持续5s，自动点火放散程序启动，打开放散阀，同时高能点火装置开始工作(一般为30s)，放散阀在打开过程中会自动停止5秒钟，使点火放散燃烧器上的火焰稳定，当火焰检测杆检测到火焰10s后打开拢火阀；如果火焰检测杆未检测到火焰，***会在程序启动后60s重新打开高能点火装置并关闭放散阀至点火位停留2s，然后打开放散阀至全开后，如果仍未检测到火焰，***将继续重复上步操作；下一步无论检测到火焰与否，程序将打开拢火阀，发出间隔3s的报警声(如本***无火焰检测装置，***将不重复点火)。

(2)当P＜P1持续5s，熄火放散程序启动，首先迅速打开灭火阀，同时关闭拢火阀，延时3s后开始关闭放散阀，放散阀全关60s后关闭灭火阀，放散过程结束。

2 焦炉集气管荒煤气放散控制装置的***组成和性能指标：

2.1 燃烧器：

见图1，燃烧器，它包括点火枪2、防风罩24、筒体25、稳燃装置17、拢火管18、灭火管19，筒体25位于放散管15的出口处，通过大法兰8与放散管15相连接，稳燃装置17位于筒体25上部，为半封闭结构；拢火管18和灭火管19是由蒸汽总管分出的两个支管，支管一从筒体25下部进入筒体25内部，分为几个均匀布置的支管至筒体上部，为蒸汽灭火管19；支管二进入筒体25出口处的环管，由环管分出若干支小蒸汽喷嘴位于燃气出口的***，为拢火管18；防风罩24位于火炬燃烧器外部，为四周封闭结构，防风罩主要作用是阻止强烈空气直接吹到燃烧器煤气出口，对火炬燃烧起到稳燃烧作用。在防风罩上设有两个点火枪安装管，点火枪安装管内安装有点火枪2，对称安装在防风罩24上。在防风罩上还设有火焰检测杆安装管，火焰检测杆采用热偶测温方式。

1)在其选材上全部采用不锈钢1Cr18Ni9Ti，满足了耐高温和抗腐蚀性；

2)在结构上采用了自吸引射式，通过煤气的流动和蒸汽的喷射带动整个燃烧器内的空气上升，导致燃烧器周界空气通过燃烧器下方引射入燃烧区形成自下向上的气流运动，使煤气充分与空气混合，完全燃烧，提高火焰的刚性；

3)在结构上采用稳燃环设计，通过其改变气体流速及气流方向在煤气出口处形成稳定的点火源，并保证整个燃烧器的稳火、防脱火作用；

4)在结构上采用防风罩设计，通过在放散管***形成一个半封闭的区域，对煤气在根部燃烧起到防风的作用，保证了大部分煤气点燃并燃烧，也大大降低了火炬燃烧对周边的热辐射强度；

5)在结构上采用蒸汽拢火管设计，在火炬燃烧器煤气出口处设若干小蒸汽喷嘴，通过高压蒸汽的喷射带动气流的运动使空气进一步的与煤气混合并完全燃烧，同时蒸汽气流形成一个稳定的区域保护了火焰燃烧的稳定和减少外界风向的影响，而且蒸汽中的水蒸汽在火焰高温区会与煤气中的碳成分反应生成“水煤气”将煤气充分燃烧；

6)在结构上采用蒸汽灭火管设计，在火炬燃烧器筒体内设多支灭火管，在***将熄灭火炬时喷出大量蒸汽，在火炬燃烧器筒体内形成蒸汽层，在火焰通过时使其熄灭。

2.2 高能点火装置

高能点火装置是整个***的主体之一，担负着点火可靠性的主要工作。其包括点火器、专用点火电缆、点火枪三部分组成。点火器在安装时配备了专用点火器保护箱，其具体参数如下：工作电压：220V(AC)；工作电流：4A；火花频率：10±2SPS；能量：6J；工作温度：-40～85℃；工作周期：30/60s(通/断)。专用点火电缆长度根据实际设计需要配置，其弯曲半径大于100mm，其电阻值小于0.05欧姆，耐温不小于200℃。点火枪采用不锈钢和陶瓷制作而成，点火枪寿命为20万次火花，耐高温结构。

2.3 PLC控制柜

PLC控制柜是整个***的核心，控制整个***的程序逻辑动作。其控制对象有放散阀执行机构、高能点火器、拢火阀、灭火阀等，其采集的是4～20mA的压力信号。其具体功能如下：

1)PLC控制柜可自由设定合理的压力上限、压力上上限、压力下限的数值、满足不同用户个体差异的需要；

2)PLC控制柜有相应的压力状态显示、使操作员直观的了解***状态；

3)PLC控制柜设程控/手动切换，满足各种操作的需要；

4)PLC控制柜在压力上限接通时报警，提醒操作员调节集气管煤气压力，设清音按钮，可关闭最近一次报警；

5)PLC控制柜(自动状态下)在压力上上限接通时启动自动点火程序；

6)PLC控制柜在压力下限接通时启动熄火停止放散程序；

7)PLC控制柜(手动状态下)可实现各个设备的单步操作，适应现场的多种需要；

8)PLC控制柜(程控状态下)设有快捷启动/停止按钮，便于快速启动自动点火程序或熄火停止放散程序；

9)PLC控制柜可以对就地各个设备运行状态通过指示灯显示在操作面板上；

10)PLC控制柜可以采用各种PLC控制，可以设置上位机、触摸屏等人机界面，除独立成为***外，也可以与DCS或其他上级控制***进行连接或通讯；

3 焦炉集气管荒煤气放散控制装置的实际应用说明

在实际应用中点火可靠率：100％；蒸汽灭火率：100％；火炬燃烧器在燃烧时焦炉上操作工人可完成其附近周边的任何工作；火焰燃烧时无黑烟、不脱火、在八级风及八级风以下火焰与竖直方向夹角不大于45度；焦炉故障状态下压力调节控制能力：完全满足工艺要求；自动化控制能力：全部采用自动控制。

Claims (6)

1.焦炉集气管放散控制装置，其特征在于，该装置由燃烧器、放散管、点火器柜、控制柜、放散阀、放散阀执行机构、拢火阀、灭火阀、压力变送器组成，燃烧器位于放散管上部，点火器柜与燃烧器上的点火枪通过电缆相连接，拢火阀连接燃烧器拢火管，灭火阀连接燃烧器灭火管；放散阀位于放散管与集气管的连接处，与放散阀执行机构相连接，在放散管入口处的集气管上设有压力变送器；点火器柜、灭火阀、拢火阀、放散阀执行机构、压力变送器通过连接电缆与控制柜相连接。

2.根据权利要求1所述的焦炉集气管放散控制装置，其特征在于所述的燃烧器包括点火枪、防风罩、筒体、稳燃装置、拢火管、灭火管，筒***于放散管的出口处，通过大法兰与放散管相连接，稳燃装置位于筒体上部，为半封闭结构；拢火管和灭火管是由蒸汽总管分出的两个支管，支管一从筒体下部进入筒体内部，分为几个均匀布置的支管，至筒体上部，为灭火管；支管二进入筒体出口处的环管，由环管分出若干支小蒸汽喷嘴，位于燃气出口的***，为拢火管；防风罩位于燃烧器外部，为四周封闭结构，在防风罩上设有两个点火枪安装管，点火枪安装管内安装有点火枪，对称安装在防风罩上。

3.根据权利要求1所述的焦炉集气管放散控制装置，其特征在于，所述的燃烧器的防风罩上还设有火焰检测杆安装管，火焰检测杆采用热偶测温方式。

4.根据权利要求1、2或3所述的焦炉集气管放散控制装置，其特征在于，所述的燃烧器上还设有测温探杆，与控制柜相连接。

5.如权利要求2所述焦炉集气管放散控制装置的焦炉集气管放散控制方法，其特征在于，该方法以PLC控制柜为核心，通过对集气管压力的连续监控控制集气管放散阀执行机构的动作，保持压力在一段可靠的范围内的波动，同时控制配套的点火装置、蒸汽拢火消烟阀门、蒸汽灭火阀门的顺序动作，使点火器、放散执行机构、拢火阀、灭火阀按照一定逻辑执行相应的配合动作，建立一套设计有效的压力与放散控制的数学模型，以达到最优方案，使荒煤气在火炬头燃烧器处被点燃，将放散气体进行无烟燃烧。

6.根据权利要求5所述的焦炉集气管放散控制方法，其特征在于，所述的数学模型为：压力上限、压力上上限、压力下限参数可以任意设定，设压力上上限值、压力上限值、压力下限值、适时压力值分别为P3、P2、P1、P，

(1)当P＞P3持续5s，自动点火放散程序启动，打开放散阀，同时点火器柜开始工作，放散阀在打开过程中会自动停止5秒钟，使燃烧器上的火焰稳定，当火焰检测杆检测到火焰10s后打开拢火阀；如果火焰检测杆未检测到火焰，***会在程序启动后60s重新打开点火器柜并关闭放散阀至点火位停留2s，然后打开放散阀至全开后，如果仍未检测到火焰，***将继续重复上步操作；下一步不管检测到火焰与否，程序将打开拢火阀，发出间隔3s的报警声；

(2)当P＜P1持续5s，熄火放散程序启动，首先迅速打开灭火阀，同时关闭拢火阀，延时3s后开始关闭放散阀，放散阀全关60s后关闭灭火阀，放散过程结束。

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