CN105062509A - 焦炉废热回收中烟道吸力与热载体温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种废气回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法，以各焦炉总烟道废气吸力P1、P2为被控参数，通过检测P1、P2实际吸力与输入的设定吸力经PLC比较后，向1# 位位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀或废气引风机之变频器发出PID调节指令，实现P1、P2吸力的稳定控制；T4实际温度＜标准温度T时或者T4实际温度≥标准温度T时，分别采用不同的控制策略进行控制；其优点是烟道吸力稳定性大为提高，热载体温度T4：T4＜T时，既能保证烟道吸力稳定，又能迅速提高温度满足用户需求，同时增加了烟道废气余热回收总量；T4≥T时，T4以△T4=±2℃温差增、减，能有效防止其温度大起大落问题。
Description
技术领域
本发明涉及涉及焦化行业焦炉热工控制与废气余热利用技术领域，特别涉及废气余热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法。
背景技术
在焦化行业，焦炉烟道废气余热回收利用潜力大（以2×55孔JN60-6型焦炉为例，换热后烟气温度最小降至105℃计，节能14674t(ce）/a），可利用性高（比如烟气从230℃降至105℃，回收的是其显热，工程上极易实现；回收热能方式一是直接利用废气余热进行炼焦煤调湿，二是加热热载体如低压蒸汽或高温热水、导热油等二次能源介质再利用）。烟道废气余热回收利用是焦化行业节能减排的重要技术手段。无论采用何种方式回收利用焦炉烟道废气余热，工程控制上必须保证回收与利用二者之间热量平衡与稳定且回收的余热量最大化，还必须满足焦炉生产与回收工艺各自运行安全与稳定。
对生产低压蒸汽或高温热水、导热油等二次能源介质（热载体）再利用的装置（图2、3），工艺上既要求尽可能多的回收烟道废气余热，又必须保证烟道吸力符合焦炉设计和生产需要且保持稳定，同时还必须保证换热器热载体出口温度稳定以满足用热器（户）工艺需求。图2中的执行器为：废气引风机出口电动调节阀5、烟道废气吸气总管电动阀3、1#位焦炉总烟道闸板1-1、2#位焦炉总烟道闸板1-2及风机变频器；图3中的执行器为：废气引风机出口电动调节阀5、烟道废气吸气总管电动阀3、1#位焦炉总烟道闸板1-1、2#位焦炉总烟道闸板1-2及风机变频器。
该类装置现有控制***（图1）为单回路反馈控制：①烟道吸力控制方面：以烟道废气吸气总管吸力P3为被控参数，通过检测P3实际吸力与输入的设定吸力如（550～600）±50Pa经PLC比较后，向执行器发出PID调节指令，实现P3吸力的控制。②热载体温度控制方面：以热载体—（废）气换热出口之热载体温度T4为被控参数，通过检测T4实际温度与输入的设定温度经PLC比较后，再向烟气吸力控制***发出PID调节指令，通过增加或减少进入换热器高温废气量来实现出口热载体温度控制。
现有焦炉烟道废气余热回收利用装置其控制方面都存在焦炉烟道吸力不稳定和余热回收不能最大化问题；对加热热载体（蒸汽或高温热水、导热油等）供二次利用的装置，还存在二次热载体（特别是生产高温热水时）升温速度难控制问题。主要体现在：
（1）烟道吸力以烟道废气吸气总管为控制对象，因现场管线布置等原因造成1#、2#总烟道争夺吸力而分配不均且不稳定；其P1、P2之设定值±30Pa稳定率仅75%～80%。
（2）焦炉烟道废气温度和余热总供给量是相对稳定的，但用热***因受多种因素制约其热量需求是不太稳定的，为实现二者热平衡，同时又需保持烟道吸力，因此除调节K5、K6或引风机频率外，还需频繁调节总烟道闸板K1、K2，因存在调节响应滞后情况，加剧了总烟道吸力波动；此外总烟道闸板重达数吨，K1、K2电动执行器因长期频繁工作易疲劳损坏。
（3）蒸汽/高温热水、导热油等二次热载体温度稳定性要求高（以高温热水为热载体为例，其工艺一般要求T4=140±10℃），简单采用T4温度与P3吸力串级控制，一方面P3与T4间经常存在顾此失彼情况（如：为提高T4需要加大引风机风量以提高废气余热采出量时，焦炉烟道吸力同步增大而无法稳定；同样为了降低T4需要减少引风机风量以降低废气余热采出量时，焦炉烟道吸力同步减少而无法稳定）；另一方面，因为调节响应的滞后性，存在T4温度、P3吸力大起大落问题，无法满足用户（如间接加热式煤调湿***对热载体稳定性之需要。
（4）焦炉烟道废气余热回收量受到限制。如前所述，为了稳定P3吸力，又要控制T4温度，现有控制***不得不采取通过K1、K2配合调节。这样必然有部分高温废气不经换热器、引风机而直接经烟囱排放，使废热回收不能最大化。
发明内容
本发明的目的就是提供一种智能选择型焦炉废气余热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法。
本发明的解决方案是这样的：
一种焦炉废热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法，其特征在于：
（1）、烟道吸力自适应定值控制步骤：以各焦炉总烟道废气吸力P1、P2为被控参数，通过检测P1、P2实际吸力与预先设定的各焦炉总烟道废气标准吸力经PLC比较后，向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀或废气引风机之变频器发出PID调节指令，实现P1、P2吸力的稳定控制；
（2）、热载体温度自适应定值选择控制步骤：设定标准温度T，检测T4的实际温度，当T4实际温度＜标准温度T时，采用烟道吸力自适应定值控制步骤提高废气采出量以控制T4稳定；当T4实际温度≥标准温度T时，按△T4=±2-4℃温差，其中△T4指单位时间内内前后2次实际测量温度之差，采用上述烟道吸力自适应定值控制步骤控制废气采出量，同时利用T4“温差控制回路”控制进入热载体——（废）气换热器之热载体流量，从而实现T4稳定。
更具体的技术方案还包括：所述步骤（1）中，是采用PLC逐级向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀→废气引风机之变频器→1#位焦炉总烟道闸板、2#位焦炉总烟道闸板发出开或关指令，使P1、P2保持在设定水平，正常情况下，只有当前一级执行器无法控制P1、P2稳定时，才启动下一级执行器。
进一步的：所述步骤（2）中，是采用***自动检测T4并与设定标准温度T进行比较；根据比较偏差的大小及范围动态、智能地选择所执行的控制方案，使T4温度控制在设定值的上下允许偏差范围为T±10℃。
进一步的：所述的控制方案为：当T4≥T时，按△T4=±2-4℃温差控制，PLC控制***自动向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀发出PID关小指令，重新调整P1、P2稳态工作点，使1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）工作状态开度≤30%，尽可能减少废气采出量；如果1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀开度已达到下限5%仍不能使△T4降温幅度要求，PLC自动向引风机变频器发出降频指令，进一步减少废气采出量；如果降频后△T4仍不能满足符合要求，PLC自动向电动旁通调节阀发出开大指令，以减少热载体进入换热器流量；如果电动旁通调节阀开完后仍不能满足控制要求，PLC自动向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀发出开大指令，以减少废气采出量，实现换热器出水口温度T4的稳定控制。
进一步的：所述的控制方案为：当T4＜T时，T4与P1、P2吸力为自适应定值控制，上述烟道吸力定值控制步骤（1）通过通过向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀→废气引风机之变频器→1#位焦炉总烟道闸板、2#位焦炉总烟道闸板发出相应的开大指令，使P1、P2保持在设定水平，使1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀工作状态开度≥75%，尽可能加大废气采出量；如果1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀开度已达到上限95%仍不能使T4提高到设定值范围，此时PLC自动向K7发出PID指令，关小电动旁通调节阀以增加热载体进入换热器流量实现稳定控制。
进一步的：所述烟道吸力自适应定值控制步骤中，1#位焦炉总烟道闸板、2#位焦炉总烟道闸板正常情况下为常关。
本发明的优点是：
（1）烟道吸力稳定性大为提高，不再出现P1、P2争夺P3吸力现象，总烟道闸板K1、K2常关，不需频繁工作，其电动执行器寿命大为提高；P1、P2在设定值±30Pa之内波动，稳定率提高到98%；
（2）热载体温度T4：①T4＜140℃时，既能保证烟道吸力稳定，又能迅速提高温度满足用户需求，同时增加了烟道废气余热回收总量；②当T4≥140℃时，T4以△T4=±2-4℃温差增、减，能有效防止其温度大起大落问题，对用热***的稳定运行和换热器设备安全意义尤其突出。
附图说明
图1是本发明的***组成示意图。
图2是传统的烟道吸力控制回路示意图。
图3是传统的热载体控制回路示意图。
图4是本发明对图1所示***的烟道吸力控制回路示意图。
图5是本发明对图1所示***的烟道吸力控制回路示意图。
具体实施方式
下面结合图1所示的***对本发明进行详细说明：
本发明控制***包括图4所示的焦炉烟道吸力控制回路和图5所示的热载体温度控制回路；前者采用自适应定值控制，后者采用自适应定值选择控制。
图4中执行器为：1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2、引风机变频器、1#位焦炉总烟道闸板1-1、2#位焦炉总烟道闸板1-2。
图5中执行器为：1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2、引风机变频器、1#位焦炉总烟道闸板1-1、2#位焦炉总烟道闸板1-2、电动旁通调节阀6。
（1）各焦炉总烟道废气吸力P1、P2自适应定值控制：***自动检测第一焦炉总烟道废气吸力P1、第二焦炉总烟道废气吸力P2吸力并与各自设定值，如本实施例设值分别为：P1设=300～450±30Pa、P2设=300～450±30Pa进行比较，其比较结果做为控制信号输入PLC（PID调节器），PLC逐级向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2或变频控制的废气引风机4之变频器发出PID调节指令→1#位焦炉总烟道闸板1-1、2#位焦炉总烟道闸板1-2发出开或关指令，使第一焦炉总烟道废气吸力P1、第二焦炉总烟道废气吸力P2保持在设定水平。正常情况下，只有当前一级执行器无法控制第一焦炉总烟道废气吸力P1、第二焦炉总烟道废气吸力P2稳定时，才启动下一级执行器，1#、2#焦炉总烟道闸板1可保持常关状态。
（2）热载体温度T4自适应定值选择控制，***自动检测T4并与设定值T进行比较，本实施例的设定值T=140±10℃；根据比较偏差的大小及范围动态、智能地选择所执行的控制方案，使温度控制在设定值的上下允许偏差范围之内，一般为140±10℃。其控制策略如下：
①优先原则：先保焦炉P1=300～450±30Pa、P2=300～450±30Pa吸力稳定优先，其次保T±10℃；同时正常情况下1#位焦炉总烟道闸板1-1、2#位焦炉总烟道闸板1-2为常关
②当T4＜T时，T4与P1、P2吸力为自适应定值控制，上述烟道吸力定值控制步骤（1）通过通过向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2→废气引风机4之变频器→1#位焦炉总烟道闸板1-1、2#位焦炉总烟道闸板1-2发出相应的开大指令，使P1、P2保持在设定水平，使1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2工作状态开度≥75%，尽可能加大废气采出量；如果1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2开度已达到上限95%仍不能使T4提高到设定值范围，此时PLC自动向电动旁通调节阀6发出PID指令，关小电动旁通调节阀6以增加热载体进入换热器流量实现稳定控制。
③当T4≥140℃时，按△T4=±2℃温差与P1、P2吸力选择控制，PLC控制***自动向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2发出PID关小指令，重新调整P1、P2稳态工作点，使1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2工作状态开度≤30%，尽可能减少废气采出量；如果1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2开度已达到下限5%仍不能使△T4降温幅度要求，PLC自动向引风机变频器发出降频指令，进一步减少废气采出量；如果降频后△T4仍不能满足符合要求，PLC自动向电动旁通调节阀6发出开大指令，以减少热载体进入换热器流量；如果电动旁通调节阀6开完后仍不能满足控制要求，PLC自动向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-1、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀2-2发出开大指令，以减少废气采出量，实现换热器出水口温度T4的稳定控制。
当T4＜140℃时，自动恢复控制策略②的控制过程，如此循环倒换，智能选择。
附图中，3是烟道废气吸气总管电动阀，5是废气引风机出口电动调节阀，7是循环热载体泵、8是热载体—（废）气换热器,9是用热***（如：间接加热煤调湿机）。
Claims (6)
1.一种焦炉废热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法，其特征在于：
（1）、烟道吸力自适应定值控制步骤：以各焦炉总烟道废气吸力P1、P2为被控参数，通过检测P1、P2实际吸力与预先设定的各焦炉总烟道废气标准吸力经PLC比较后，向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）或变频控制的废气引风机（4）之变频器发出PID调节指令，实现P1、P2吸力的稳定控制；
（2）、热载体温度自适应定值选择控制步骤：设定标准温度T，检测T4的实际温度，当T4实际温度＜标准温度T时，采用烟道吸力定值控制步骤提高废气采出量以控制T4稳定；当T4实际温度≥标准温度T时，按△T4=±2-4℃温差，其中△T4指单位时间内内前后2次实际测量温度之差，采用上述烟道吸力定值控制步骤控制废气采出量，同时利用T4“温差控制回路”控制进入热载体——（废）气换热器之热载体流量，从而实现T4稳定。
2.根据权利要求1所述的焦炉废热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，是采用PLC逐级向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）→变频控制的废气引风机（4）之变频器→1#位焦炉总烟道闸板（1-1）、2#位焦炉总烟道闸板（1-2）发出开或关指令，使P1、P2保持在设定水平，正常情况下，只有当前一级执行器无法控制P1、P2稳定时，才启动下一级执行器。
3.根据权利要求1所述的焦炉废热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，是采用***自动检测T4并与设定标准温度T进行比较；根据比较偏差的大小及范围动态、智能地选择所执行的控制方案，使T4温度控制在设定值的上下允许偏差范围为T±10℃。
4.根据权利要求3所述的焦炉废热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法，其特征在于：所述的控制方案为：当T4≥T时，按△T4=±2-4℃温差与P1、P2吸力选择控制，PLC控制***自动向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）发出PID关小指令，重新调整P1、P2稳态工作点，使1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）工作状态开度≤30%，尽可能减少废气采出量；如果1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）开度已达到下限（5%）仍不能使△T4降温幅度要求，PLC自动向引风机变频器发出降频指令，进一步减少废气采出量；如果降频后△T4仍不能满足符合要求，PLC自动向电动旁通调节阀（6）发出开大指令，以减少热载体进入换热器流量；如果电动旁通调节阀（6）开完后仍不能满足控制要求，PLC自动向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）发出开大指令，以减少废气采出量，实现换热器出水口温度T4的稳定控制。
5.根据权利要求3所述的焦炉废热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法，其特征在于：所述的控制方案为：当T4＜T时，T4与P1、P2吸力为自适应定值控制，上述烟道吸力定值控制步骤（1）通过通过向1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）→废气引风机（4）之变频器→1#位焦炉总烟道闸板（1-1）、2#位焦炉总烟道闸板（1-2）发出相应的开大指令，使P1、P2保持在设定水平，使1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）工作状态开度≥75%，尽可能加大废气采出量；如果1#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-1）、2#位焦炉烟道吸气管电动调节阀（2-2）开度已达到上限（95%）仍不能使T4提高到设定值范围，此时PLC自动向K7发出PID指令，关小电动旁通调节阀（6）以增加热载体进入换热器流量实现稳定控制。
6.根据权利要求1所述的焦炉废热回收中烟道吸力与热载体温度进行控制的方法，其特征在于：所述烟道吸力自适应定值控制步骤中，1#位焦炉总烟道闸板（1-1）、2#位焦炉总烟道闸板（1-2）正常情况下为常关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151118 |