CN107975789A - 一种直流低压超高温蒸汽过热装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流低压超高温蒸汽过热装置及控制方法，其包括燃烧器、壳体和蒸汽管道，所述的蒸汽管道并排设置在壳体内部并将壳体内部空间分割成回流式气流通道，所述的燃烧器设置在壳体一端，用于向气流通道内喷射燃烧热气流，以热辐射的方式加热蒸汽管道内流通的蒸汽。本发明的装置通过创新设计，使受热蒸汽管道处于上、下360°全辐射对流热源下受热辐射，大大提高了热效率，能提供石油业内快速干化处理含油污泥所需要的稳定热源，同时体积较小，热效率高，燃料消耗量少。

Description

一种直流低压超高温蒸汽过热装置及控制方法

技术领域

本发明涉及污泥处理装置领域，尤其是一种快速干化处理含油污泥的直流低压超高温蒸汽过热装置及控制方法。

背景技术

油田和炼油厂的污水处理***以及原油生产储运***会产生大量的含油污泥，目前我国每年产生的含油污泥总量达500余万吨。随着大多数油田进入中后期开采阶段，采出油中含水率越来越高，含油污泥量还会继续增加。对此，人们对含油污泥的处理进行了大量的研究，但至今没有一种成熟有效的处理方法。污泥热力干化处理是最常用的处理方法，一般污泥干化设备采用的是以燃煤热风炉产生的热风作为烘干热源，采用对流式、半辐射的方式对污泥进行烘干，炉内管道可承受温度较低，因此炉内烟温一般低于1000℃，烘干效率低，成本也比较高，体积庞大，结构相对较为复杂。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提出了一种可提供含油污泥固化处理所需要的稳定低压高温蒸汽热源的高效直流低压超高温蒸汽过热装置及控制方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其包括燃烧器、壳体和蒸汽管道，所述的蒸汽管道并排设置在壳体内部并将壳体内部空间分割成回流式气流通道，所述的燃烧器设置在壳体一端，用于向气流通道内喷射燃烧热气流，以热辐射的方式加热蒸汽管道内流通的蒸汽。

进一步地，所述的蒸汽管道以缠绕式并排设置在壳体内部，形成相隔的内盘管和外盘管。

进一步地，所述的蒸汽管道在外盘管处外接蒸汽入口，并以缠绕式形成外盘管，然后向内弯曲以缠绕式形成内盘管，在内盘管的端部外接蒸汽出口。

进一步地，所述的蒸汽入口和蒸汽出口设置在壳体的外部并位于壳体外部同一端部的两侧。

进一步地，所述的内盘管内部为第一气流通道，内盘管和外盘管之间为第二气流通道，外盘管和壳体之间相隔并形成第三气流通道，第一气流通道端部设置有通向第二气流通道的回流部，第二气流通道端部设置有通向第三气流通道的回流部，第一气流通道、第二气流通道和第三气流通道形成回流式气流通道，第三气流通道末端设置有烟气出口。

进一步地，所述的第一气流通道、第二气流通道和第三气流通道为水平气流通道。

进一步地，所述的燃烧器以天然气为燃料，用于向第一气流通道内喷射火焰形成燃烧热气流与内盘管蒸汽管道进行辐射换热，然后热气流在第一气流通道末端回流部向外转弯180°进入第二气流通道并在第二气流通道内与内、外盘管蒸汽管道进行辐射换热，然后气流在第二气流通道末端回流部向外转弯180°进入第三气流通道并在第三气流通道内与外盘管蒸汽管道进行辐射换热，最后热气流在壳体一端顶部的烟气出口排出。

进一步地，所述的燃烧器连接壳体的设置有蒸汽出、入口的一端。

进一步地，所述的内盘管内径大于燃烧器喷射火焰的外径，内盘管的长度大于燃烧器喷射火焰的长度，保证燃烧器的火焰不与受热蒸汽管道接触，防止积碳，做到天然气的完全燃烧。

一种直流低压超高温蒸汽过热装置的控制方法，其具体为：

直流低压超高温蒸汽过热装置还包括控制单元，燃烧器包括变频器、天然气泵和喷嘴，蒸汽出口端设置有温度传感器，变频器通过控制天然气泵向喷嘴处输送的供燃烧的天然气流量，控制蒸汽在通过蒸汽管道加热后从蒸汽出口处喷出时的温度；

设置在蒸汽出口端处的温度传感器反馈蒸汽温度信号至控制单元，控制单元将蒸汽温度信号与变频器中的设定蒸汽温度值相比较构成自动闭环调节回路，控制单元根据蒸汽温度实际情况，设定供气***流量值；当蒸汽温度需增加时，变频器输出电压和频率升高，天然气泵转速升高，泵口出气量增加；当蒸汽温度需减少时，变频器输出电压和频率降低，气泵转速降低，泵口出气量减少，通过变频供气始终保持蒸汽管道管网排出蒸汽温度恒定，使其保持在设定温度值上；

变频供气采用数字式增量PID调节方式，自动闭环调节回路调节的量是该蒸汽管道中蒸汽实际温度值t和温度参考值t0相比较所产生的差值信号送控制单元PID调节器进行PID运算，其运算结果转换为模拟控制信号送变频器进行运转控制，以达到运行温度值t在任何温度状态始终接近于设定参考温度值t0；

1）当实际温度低于t1时，为加快响应速度，气泵满速运行；

2）当实际温度位于t1～t2时，为避免积分饱和，分离积分项，采用PD控制；

3）当实际温度位于t2～t3时，采用PID控制；

4）当实际温度位于t3～t4时，采用自适应PID控制；

5）当实测温度>t0+0.1，且在采样周期中，温度持续上升，则变频器断开；

6）在采样周期中，温度持续下降，则变频器开通，其他情况实行PID控制；

7）实测流量大于t4时，关闭变频器电源；

t0为设定温度值1，t1、t2、t3、t4的选择为：t1=t0×94％，t2=t0×97%，t3=t0-0.2，t4=t0+0.2。这种控制方法不仅考虑了实测温度和设定温度的偏差，且考虑了实测温度变化趋势，可减少超调和波动，具有自适应效果。

与现有技术相比，本发明具备的优点为：本发明的装置通过创新设计，使受热蒸汽管道处于上、下360°全辐射对流热源下受热辐射，大大提高了热效率，同时体积较小，热效率高，燃料消耗量少；本发明的装置控制自动化程度高，蒸汽温度稳定性高，可控性高，操作简单，采用的控制方法可以提供石油业内快速干化处理含油污泥所需要的稳定热源。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明侧视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1、2所示的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其包括燃烧器2、壳体1和蒸汽管道3，所述的蒸汽管道3并排设置在壳体1内部并将壳体1内部空间分割成回流式气流通4道，所述的燃烧器2设置在壳体1一端，用于向气流通道4内喷射燃烧热气流，以热辐射的方式加热蒸汽管道3内流通的蒸汽。

进一步地，所述的蒸汽管道3以缠绕式并排设置在壳体1内部，形成相隔的内盘管31和外盘管32。

进一步地，所述的蒸汽管道3在外盘管32处外接蒸汽入口33，并以缠绕式形成外盘管32，然后向内弯曲以缠绕式形成内盘管31，在内盘管31的端部外接蒸汽出口34。

进一步地，所述的蒸汽入口33和蒸汽出口34设置在壳体1的外部并位于壳体1外部同一端部的两侧，蒸汽入口33向蒸汽管道3内输入蒸汽，蒸汽在壳体1的内部接受热气流的换热辐射后从蒸汽出口34排出，排出的蒸汽为低压超高温蒸汽。

进一步地，所述的内盘管31内部为第一气流通道41，内盘管31和外盘管32之间为第二气流通道42，外盘管32和壳体1之间相隔并形成第三气流通道43，第一气流通道41端部设置有通向第二气流通道42的回流部44，第二气流通道42端部设置有通向第三气流通道43的回流部45，第一气流通道41、第二气流通道42和第三气流通道43形成回流式气流通道4，第三气流通道43末端设置有烟气出口46。

进一步地，所述的第一气流通道41、第二气流通道42和第三气流通道43为水平气流通道，本发明的装置同样为卧式布置，在气流通道内流通的热气流为水平、横向流通。

进一步地，所述的燃烧器2以天然气为燃料，用于向第一气流通道41内喷射火焰形成燃烧热气流与内盘管31蒸汽管道进行辐射换热，然后热气流在第一气流通道41末端回流部44向外转弯180°进入第二气流通道42并在第二气流通道42内与内、外盘管蒸汽管道进行辐射换热，然后气流在第二气流通道42末端回流部45向外转弯180°进入第三气流通道43并在第三气流通道43内与外盘管32蒸汽管道进行辐射换热，最后热气流在壳体1末端顶部的烟气出口46排出。

进一步地，所述的燃烧器2连接壳体1的设置有蒸汽出、入口的一端。

进一步地，所述的内盘管31内径大于燃烧器喷射火焰21的外径，内盘管31的长度大于燃烧器喷射火焰21的长度，用于保证燃烧器的火焰21不与受热蒸汽管道接触，防止积碳，做到天然气的完全燃烧。

一种直流低压超高温蒸汽过热装置的控制方法，其具体为：

直流低压超高温蒸汽过热装置还包括控制单元；燃烧器包括变频器、天然气泵和喷嘴，还包括风量调节装置、点火器、火焰检测器和稳焰器；蒸汽出口34端设置有温度传感器，变频器通过控制天然气泵向喷嘴处输送的供燃烧的天然气流量，控制蒸汽在通过蒸汽管道3加热后从蒸汽出口34处喷出时的温度，蒸汽管道流量由泵入蒸汽管道3的入口处调节；

控制启动本发明的装置时，按下启动开关，风量调节装置的引风机便开始动作，待引风机电流正常后，风量调节装置的送风机随之动作，进行前吹扫。若无其他异常变化，点火器打开将点火所需燃料供给喷嘴；喷嘴燃烧控制阀打开，天然气泵开始供气，此时应处于低流量燃烧状态，火焰检测器依据燃烧情况，发出检测信号来加大燃料流量调节阀及风机风门开度；燃烧状态正常后，点火器即关闭，进入稳定自动运行状态。燃烧控制一般分有级调节和无级调节两种，本装置所配燃烧器均配置为无级调节，其燃料供给量随热负荷改变而改变，克服了有级调节对锅炉热冲击力大的缺点，运行稳定，燃料损失少。

稳定自动运行状态实际上是由控制单元控制变频器驱动天然气泵向喷嘴供天然气燃烧，加热蒸汽管道3中的蒸汽。设置在蒸汽出口34端处的温度传感器反馈蒸汽温度信号至控制单元，控制单元将蒸汽温度信号与变频器中的设定蒸汽温度值相比较构成自动闭环调节回路，控制单元根据蒸汽温度实际情况，设定供气***流量值；当蒸汽温度需增加时，变频器输出电压和频率升高，天然气泵转速升高，泵口出气量增加；当蒸汽温度需减少时，变频器输出电压和频率降低，气泵转速降低，泵口出气量减少，通过变频供气始终保持蒸汽管道管网温度恒定，使其保持在设定温度值上；

变频供气采用数字式增量PID调节方式，自动闭环调节回路调节的量是该蒸汽管道中蒸汽实际温度值t和温度参考值t0相比较所产生的差值信号送控制单元PID调节器进行PID运算，其运算结果转换为模拟控制信号送变频器进行运转控制，以达到运行温度值t在任何温度状态始终接近于设定参考温度值t0；

1）当实际温度低于t1时，为加快响应速度，气泵满速运行；

2）当实际温度位于t1～t2时，为避免积分饱和，分离积分项，采用PD控制；

3）当实际温度位于t2～t3时，采用PID控制；

4）当实际温度位于t3～t4时，采用自适应PID控制；

5）当实测温度>t0+0.1，且在采样周期中，温度持续上升，则变频器断开；

6）在采样周期中，温度持续下降，则变频器开通，其他情况实行PID控制；

7）实测流量大于t4时，关闭变频器电源；

t0为设定温度值1，t1、t2、t3、t4的选择为：t1=t0×94％，t2=t0×97%，t3=t0-0.2，t4=t0+0.2。这种控制方法不仅考虑了实测温度和设定温度的偏差，且考虑了实测温度变化趋势，可减少超调和波动，具有自适应效果。

本发明的装置的控制自动化程度高，可将通入蒸汽管道3内的蒸汽温度控制在一个安全的范围之内，保证蒸汽管道外壁温度得到可靠的冷却，并为含油污泥的固化处理提供稳定低压高温蒸汽热源。

Claims (10)

1.一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：包括燃烧器、壳体和蒸汽管道，所述的蒸汽管道并排设置在壳体内部并将壳体内部空间分割成回流式气流通道，所述的燃烧器设置在壳体一端，用于向气流通道内喷射燃烧热气流，以热辐射的方式加热蒸汽管道内流通的蒸汽。

2.根据权利要求1所述的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：所述的蒸汽管道以缠绕式并排设置在壳体内部，形成相隔的内盘管和外盘管。

3.根据权利要求1或2所述的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：所述的蒸汽管道在外盘管处外接蒸汽入口，并以缠绕式形成外盘管，然后向内弯曲以缠绕式形成内盘管，在内盘管的端部外接蒸汽出口。

4.根据权利要求3所述的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：所述的蒸汽入口和蒸汽出口设置在壳体的外部并位于壳体外部同一端部的两侧。

5.根据权利要求3所述的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：所述的内盘管内部为第一气流通道，内盘管和外盘管之间为第二气流通道，外盘管和壳体之间相隔并形成第三气流通道，第一气流通道端部设置有通向第二气流通道的回流部，第二气流通道端部设置有通向第三气流通道的回流部，第一气流通道、第二气流通道和第三气流通道形成回流式气流通道，第三气流通道末端设置有烟气出口。

6.根据权利要求5所述的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：所述的第一气流通道、第二气流通道和第三气流通道为水平气流通道。

7.根据权利要求1所述的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：所述的燃烧器以天然气为燃料，用于向第一气流通道内喷射火焰形成燃烧热气流与内盘管蒸汽管道进行辐射换热，然后热气流在第一气流通道末端回流部向外转弯180°进入第二气流通道并在第二气流通道内与内、外盘管蒸汽管道进行辐射换热，然后气流在第二气流通道末端回流部向外转弯180°进入第三气流通道并在第三气流通道内与外盘管蒸汽管道进行辐射换热，最后热气流在壳体一端顶部的烟气出口排出。

8.根据权利要求1或7所述的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：所述的燃烧器连接壳体的设置有蒸汽出、入口的一端。

9.根据权利要求3所述的一种直流低压超高温蒸汽过热装置，其特征在于：所述的内盘管内径大于燃烧器喷射火焰的外径，内盘管的长度大于燃烧器喷射火焰的长度。

10.一种权利要求1-2、4-7、9中任一项所述的直流低压超高温蒸汽过热装置的控制方法，其特征在于：

直流低压超高温蒸汽过热装置还包括控制单元，燃烧器包括变频器、天然气泵和喷嘴，蒸汽出口端设置有温度传感器，变频器通过控制天然气泵向喷嘴处输送的供燃烧的天然气流量，控制蒸汽在通过蒸汽管道加热后从蒸汽出口处喷出时的温度；

设置在蒸汽出口端处的温度传感器反馈蒸汽温度信号至控制单元，控制单元将蒸汽温度信号与变频器中的设定蒸汽温度值相比较构成自动闭环调节回路，控制单元根据蒸汽温度实际情况，设定供气***流量值；当蒸汽温度需增加时，变频器输出电压和频率升高，天然气泵转速升高，泵口出气量增加；当蒸汽温度需减少时，变频器输出电压和频率降低，气泵转速降低，泵口出气量减少，通过变频供气始终保持蒸汽管道管网排出蒸汽温度恒定，使其保持在设定温度值上；

变频供气采用数字式增量PID调节方式，自动闭环调节回路调节的量是该蒸汽管道中蒸汽实际温度值t和温度参考值t0相比较所产生的差值信号送控制单元PID调节器进行PID运算，其运算结果转换为模拟控制信号送变频器进行运转控制，以达到运行温度值t在任何温度状态始终接近于设定参考温度值t0；

1）当实际温度低于t1时，为加快响应速度，气泵满速运行；

2）当实际温度位于t1～t2时，为避免积分饱和，分离积分项，采用PD控制；

3）当实际温度位于t2～t3时，采用PID控制；

4）当实际温度位于t3～t4时，采用自适应PID控制；

5）当实测温度>t0+0.1，且在采样周期中，温度持续上升，则变频器断开；

6）在采样周期中，温度持续下降，则变频器开通，其他情况实行PID控制；

7）实测流量大于t4时，关闭变频器电源；

t0为设定温度值1，t1、t2、t3、t4的选择为：t1=t0×94％，t2=t0×97%，t3=t0-0.2，t4=t0+0.2。