煤催化气化安全监控系统的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及煤化工领域，尤其涉及一种煤催化气化安全监控系统。

背景技术：
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煤催化气化技术是煤洁净高效利用的一种重要方式，采用煤催化气化技术，煤在相对较低的温度下与水蒸汽(h2o)、氧气(o2)组成的气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成高浓度的甲烷(ch4)。煤催化气化技术与其它煤气化技术相比，具有甲烷含量高、气化反应所需的温度低等优点。目前，煤催化气化技术经过多年试验，仍处于模拟仿真阶段，并没有相应的工业装置。因煤催化气化技术工艺条件苛刻，且伴随化学反应、传热、传质，生产过程中若发生泄漏、超温、超压等情况，必将产生严重后果：在煤催化气化的生产过程中，原料煤、氧气和蒸汽在750℃的流化床反应器内发生反应生成粗合成气，粗合成气中含有氢气、一氧化碳、硫化氢和二氧化碳等；当系统中发生超温、超压、泄漏，粗合成气可引发火灾，且一氧化碳和硫化氢还可造成人员中毒；又由于流化床反应器的煤粉加料、灰渣出料及飞灰出料均为间歇操作，系统中的门极易发生磨损造成工艺介质泄漏，而引发火灾、爆炸等危险事故；煤粉、蒸汽、氧气三者的比例不当也会发生超温爆炸事故；停车时，如氧气继续进入流化床反应器内，与炉内存留的可燃物相遇，也会在设备内部发生爆炸；此外，当原料压力低时，也会导致流化床反应器内物料倒串引起火灾爆炸。

因此，结合煤催化气化工艺预测风险、并设计相适应的安全监控系统，是防止危险事故发生的关键，是建设煤催化气化技术工业装置的技术难点。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于提供一种安全可靠、稳定运行的煤催化气化安全监控系统；

本实用新型如下技术方案实施：

煤催化气化安全监控系统，包括煤催化气化装置、检测机构、plc控制器以及执行机构；

所述检测机构与所述plc控制器通过有线或无线方式进行连接；所述检测机构用于检测所述煤催化气化装置的运行温度、运行压力和氧含量数据，并将检测到的运行温度、运行压力和氧含量数据传输给所述plc控制器；

所述plc控制器与所述执行机构通过有线或无线方式进行连接，所述plc控制器对接收到的运行温度、运行压力和氧含量数据进行分析，并控制所述执行机构执行动作。

进一步的，所述煤催化气化装置包括高压煤斗、星型给料机、流化床反应器、蒸汽发生装置、氧气源、激冷室、一级旋风分离器、二级旋风分离器、浸没式除尘器以及合成气储罐；

所述高压煤斗的出料口与所述星型给料机的进料口连通，所述星型给料机的出料口通过下煤管线与所述流化床反应器的进料口连通，所述蒸汽发生装置的出汽口分两路，一路通过分布板蒸汽管线与分布板蒸氧管线的进汽口连通，另一路通过中心管蒸汽管线与中心管蒸氧管线的进汽口连通；所述氧气源的出气口分两路，一路通过分布板氧气管线与分布板蒸氧管线的进汽口连通，另一路通过中心管氧气管线与中心管蒸氧管线的进汽口连通；所述分布板蒸氧管线的出汽口与所述流化床反应器的分布板进汽口连通，所述中心管蒸氧管线出汽口与所述流化床反应器的中心管的进气口连通；所述流化床反应器的出渣口与所述激冷室的进渣口连通，所述流化床反应器的合成气出口通过管线与所述一级旋风分离器的进气口连通，所述一级旋风分离器的出气口通过管线与所述二级旋风分离器的进气口连通，所述二级旋风分离器的出气口通过管线与所述浸没式除尘器的进气口连通，所述浸没式除尘器的出气口通过合成气管线与所述合成气储罐的进气口连通，所述二级旋风分离器的出料口通过管线与所述一级旋风分离器的回料口连通，所述一级旋风分离器的出料口通过管线与所述流化床反应器的回料口连通；

放空管线的一端与所述浸没式除尘器的出气口连通，所述放空管线的另一端放空；泄压管线的一端与所述合成气储罐的进气口连通，所述泄压管线的另一端放空。

进一步的，所述检测机构包括设于所述分布板上的至少一个第一温度检测装置，设于所述合成气管线上的至少一个第二温度检测装置、氧含量分析仪和至少一个第一压力检测装置，设于所述流化床反应器床层处的至少一个第二压力检测装置，设于所述流化床反应器扩大段的至少一个第三压力检测装置，设于所述高压煤斗内的至少一个第四压力检测装置，设于所述流化床反应器合成气出口处的至少一个第五压力检测装置，设于所述激冷室内的至少一个第六压力检测装置，设于所述分布板蒸汽管线上的至少一个第七压力检测装置，设于所述分布板氧气管线上的至少一个第八压力检测装置，设于所述分布板蒸氧管线上的至少一个第九压力检测装置，设于所述中心管蒸汽管线上的至少一个第十压力检测装置，设于所述中心管氧气管线上的至少一个第十一压力检测装置，以及设于所述中心管蒸氧管线上的至少一个第十二压力检测装置；

所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述氧含量分析仪、所述第一压力检测装置、所述第二压力检测装置、所述第三压力检测装置、所述第四压力检测装置、所述第五压力检测装置、所述第六压力检测装置、所述第七压力检测装置、所述第八压力检测装置、所述第九压力检测装置、所述第十压力检测装置、所述第十一压力检测装置以及第十二压力检测装置均与所述plc控制器的信号输入端连接。

进一步的，所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第一压力检测装置、所述第二压力检测装置、所述第三压力检测装置、所述第四压力检测装置、所述第五压力检测装置、所述第六压力检测装置、所述第七压力检测装置、所述第八压力检测装置、所述第九压力检测装置、所述第十压力检测装置、所述第十一压力检测装置以及第十二压力检测装置的数量均为3个。

进一步的，所述第一温度检测装置和所述第二温度检测装置均为温度传感器，所述第一压力检测装置、所述第二压力检测装置、所述第三压力检测装置、所述第四压力检测装置、所述第五压力检测装置、所述第六压力检测装置、所述第七压力检测装置以及所述第八压力检测装置、所述第九压力检测装置、所述第十压力检测装置、所述第十一压力检测装置以及第十二压力检测装置均为压力传感器。

进一步的，所述执行机构包括设于所述分布板氧气管线上的分布板氧气切断阀、设于所述中心管氧气管线上的中心管氧气切断阀，设于所述下煤管线上的下煤切断阀，设于所述合成气管线上的粗煤气切断阀，设于所述泄压管线上的泄压调节阀以及设于所述放空管线上的高点放空调节阀；

所述分布板氧气切断阀、所述中心管氧气切断阀、所述星型给料机的启停电机、所述下煤切断阀、所述粗煤气切断阀、所述泄压调节阀以及所述高点放空调节阀均与所述plc控制器的信号输出端连接。

本实用新型的优点：

本实用新型通过合理的设置各类检测装置的位置，可对运行情况进行实时检测，可预测可能存在的风险，通过合理的设置各类检测装置的数量，避免误判断，提高了风险预测的准确度，当出现异常情况时可及时执行停车动作，可避免生产过程中发生泄漏、超温、超压等情况而没有及时停车造成的严重后果发生，保证系统的安全稳定运行，可实现煤催化气化技术工业装置的建设。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1的系统结构示意图；

图2为实施例1的控制原理图；

图中：高压煤斗1、星型给料机2、流化床反应器3、蒸汽发生装置4、氧气源5、激冷室6、一级旋风分离器7、二级旋风分离器8、浸没式除尘器9、合成气储罐10、下煤管线11、分布板蒸汽管线12、分布板氧气管线13、分布板蒸氧管线14、中心管蒸汽管线15、中心管氧气管线16、中心管蒸氧管线17、合成气管线18、第一温度检测装置19、第二温度检测装置20、氧含量分析仪21、第一压力检测装置22、第二压力检测装置23、第三压力检测装置24、第四压力检测装置25、第五压力检测装置26、第六压力检测装置27、第七压力检测装置28、第八压力检测装置29、第九压力检测装置30、第十压力检测装置31、第十一压力检测装置32、第十二压力检测装置33、plc控制器34、分布板氧气切断阀35、中心管氧气切断阀36、启停电机37、下煤切断阀38、粗煤气切断阀39、泄压调节阀40、高点放空调节阀41、泄压管线43、放空管线44。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图1、图2所示的煤催化气化安全监控系统，包括煤催化气化装置、检测机构、plc控制器34以及执行机构；

检测机构与plc控制器34通过有线或无线方式进行连接；检测机构用于检测煤催化气化装置的运行温度、运行压力和氧含量数据，并将检测到的运行温度、运行压力和氧含量数据传输给plc控制器34；

plc控制器34与执行机构通过有线或无线方式进行连接，plc控制器34对接收到的运行温度、运行压力和氧含量数据进行分析，并控制执行机构执行动作。

煤催化气化装置包括高压煤斗1、星型给料机2、流化床反应器3、蒸汽发生装置4、氧气源5、激冷室6、一级旋风分离器7、二级旋风分离器8、浸没式除尘器9以及合成气储罐10；

高压煤斗1的出料口与星型给料机2的进料口连通，星型给料机2的出料口通过下煤管线11与流化床反应器3的进料口连通，蒸汽发生装置4的出汽口分两路，一路通过分布板蒸汽管线12与分布板蒸氧管线14的进汽口连通，另一路通过中心管蒸汽管线15与中心管蒸氧管线17的进汽口连通；氧气源5的出气口分两路，一路通过分布板氧气管线13与分布板蒸氧管线14的进汽口连通，另一路通过中心管氧气管线16与中心管蒸氧管线17的进汽口连通；分布板蒸氧管线14的出汽口与流化床反应器3的分布板进汽口连通，中心管蒸氧管线17出汽口与流化床反应器3的中心管的进气口连通；流化床反应器3的出渣口与激冷室6的进渣口连通，流化床反应器3的合成气出口通过管线与一级旋风分离器7的进气口连通，一级旋风分离器7的出气口通过管线与二级旋风分离器8的进气口连通，二级旋风分离器8的出气口通过管线与浸没式除尘器9的进气口连通，浸没式除尘器9的出气口通过合成气管线18与合成气储罐10的进气口连通，二级旋风分离器8的出料口通过管线与一级旋风分离器7的回料口连通，一级旋风分离器7的出料口通过管线与流化床反应器3的回料口连通；

放空管线44的一端与浸没式除尘器9的出气口连通，放空管线44的另一端放空；泄压管线43的一端与合成气储罐10的进气口连通，泄压管线43的另一端放空。

检测机构包括设于分布板上的3个第一温度检测装置19，设于合成气管线18上的3个第二温度检测装置20、氧含量分析仪21和3个第一压力检测装置22，设于流化床反应器3床层处的3个第二压力检测装置23，设于流化床反应器3扩大段的3个第三压力检测装置24，设于高压煤斗1内的3个第四压力检测装置25，设于流化床反应器3合成气出口处的3个第五压力检测装置26，设于激冷室6内的3个第六压力检测装置27，设于分布板蒸汽管线12上的3个第七压力检测装置28，设于分布板氧气管线13上的3个第八压力检测装置29，设于分布板蒸氧管线14上的3个第九压力检测装置30，设于中心管蒸汽管线15上的3个第十压力检测装置31，设于中心管氧气管线16上的3个第十一压力检测装置32，以及设于中心管蒸氧管线17上的3个第十二压力检测装置33；

第一温度检测装置19、第二温度检测装置20、氧含量分析仪21、第一压力检测装置22、第二压力检测装置23、第三压力检测装置24、第四压力检测装置25、第五压力检测装置26、第六压力检测装置27、第七压力检测装置28、第八压力检测装置29、第九压力检测装置30、第十压力检测装置31、第十一压力检测装置32以及第十二压力检测装置33均与plc控制器34的信号输入端连接。

第一温度检测装置19和第二温度检测装置20均为温度传感器，第一压力检测装置22、第二压力检测装置23、第三压力检测装置24、第四压力检测装置25、第五压力检测装置26、第六压力检测装置27、第七压力检测装置28以及第八压力检测装置29、第九压力检测装置30、第十压力检测装置31、第十一压力检测装置32以及第十二压力检测装置33均为压力传感器。

执行机构包括设于分布板氧气管线13上的分布板氧气切断阀35、设于中心管氧气管线16上的中心管氧气切断阀36，设于下煤管线11上的下煤切断阀38，设于合成气管线18上的粗煤气切断阀39，设于泄压管线43上的泄压调节阀40以及设于放空管线44上的高点放空调节阀41；

分布板氧气切断阀35、中心管氧气切断阀36、星型给料机2的启停电机37、下煤切断阀38、粗煤气切断阀39、泄压调节阀40以及高点放空调节阀41均与plc控制器34的信号输出端连接。

实施例2：

利用实施例1实现的煤催化气化安全监控系统的监控方法，检测机构检测煤催化气化装置的运行温度、运行压力和氧含量数据，并将检测到的运行温度、运行压力和氧含量数据传输给plc控制器34；plc控制器34对接收到的运行温度、运行压力和氧含量数据进行分析，并控制执行机构执行动作。

在plc控制器34内预设第一温度设定值、第二温度设定值、第一压差设定值、第二压差设定值、第三压差设定值、第四压差设定值、第五压差设定值、第六压差设定值、第七压差设定值、第八压差设定值以及氧含量设定值；

第一温度检测装置19测量的流化床反应器3分布板的温度作为第一温度值，并将第一温度值传输到plc控制器34；第二温度检测装置20测量的浸没除尘器出口粗煤气温度作为第二温度值，并将第二温度值传输到plc控制器34；第一压力检测装置22测量的浸没除尘器出口处的压力作为第一压力值，并将第一压力值传输到plc控制器34；第二压力检测装置23测量的流化床反应器3床层处的压力作为第二压力值，并将第二压力值传输到plc控制器34；第三压力检测装置24测量的流化床反应器3扩大段处的压力作为第三压力值，并将第三压力值传输到plc控制器34；第四压力检测装置25测量的高压煤斗1内的压力作为第四压力值，并将第四压力值传输到plc控制器34；第五压力检测装置26测量的流化床反应器3合成气出口处的压力作为第五压力值，并将第五压力值传输到plc控制器34；第六压力检测装置27测量的激冷室6内的压力作为第六压力值，并将第六压力值传输到plc控制器34；第七压力检测装置28测量的分布板蒸汽管线12内的压力作为第七压力值，并将第七压力值传输到plc控制器34；第八压力检测装置29测量的分布板氧气管线13内的压力作为第八压力值，并将第八压力值传输到plc控制器34；第九压力检测装置30测量的分布板蒸氧管线14内的压力作为第九压力值，并将第九压力值传输到plc控制器34；第十压力检测装置31测量的中心管蒸汽管线15内的压力作为第十压力值，并将第十压力值传输到plc控制器34；第十一压力检测装置32测量的中心管氧气管线16内的压力作为第十一压力值，并将第十一压力值传输到plc控制器34；第十二压力检测装置33测量的中心管蒸氧管线17内的压力作为第十二压力值，并将第十二压力值传输到plc控制器34；氧含量分析仪21测量的合成气管线18内粗煤气中氧含量值作为氧含量检测值，并将氧含量检测值传输到plc控制器34；

以下11个条件满足其中之一时，则执行停车动作：

条件1：第一温度值≥第一温度设定值，第一温度设定值为850℃；流化床反应器3的分布板温度超温，会出现结渣堵塞出渣口的情况，使流化床反应器3的运行工况恶化；

条件2：第二温度值≥第二温度设定值，第二温度设定值为220℃；浸没式除尘器9出口温度过高，可能是由于流化床反应器3内发生异常反应而造成的；

条件3：第二压力值-第三压力值≥第一压差设定值，第一压差设定值为100kpa；

条件4：第四压力值-第五压力值≤第二压差设定值，第二压差设定值为100kpa；二者的压差过低会使物料无法输送至流化床反应器3内，而堵塞或使流化床反应器3内物料倒串；

条件5：第二压力值-第六压力值≤第三压差设定值，第三压差设定值为20kpa；当二者压差过低，则可能是激冷室6发生故障，需及时切断流化床反应器3；

条件6：第九压力值-第五压力值≤第四压差设定值，第四压差设定值为180kpa；二者的压差过低，会使气体反串至分布板蒸汽管线12或分布板氧气管线13；

条件7：第十二压力值-第五压力值≤第五压差设定值，第五压差设定值为180kpa；二者的压差过低，会使气体反串至中心管蒸汽管线15或中心管氧气管线16；

条件8：第八压力值-第七压力值≤第六压差设定值，第六压差设定值为150kpa；二者的压差过低，会使蒸汽进入氧气系统；

条件9：第十一压力值-第十压力值≤第七压差设定值，第七压差设定值为150kpa；同样，二者的压差过低，会使蒸汽进入氧气系统；

条件10：第五压力值-第一压力值≥第八压差设定值，第八压差设定值为150kpa；二者的压差过高，会使因浸没式除尘器9堵塞导致流化床反应器3内发生超压情况；

条件11：氧含量检测值≥氧含量设定值，氧含量设定值为1.5％；氧含量过高可能是由于流化床反应器3内发生异常反应而造成的，合成气中氧含量过高会对下游装置的正常运行产生极大安全隐患。

进一步的，停车动作包括：

(1)关闭分布板氧气切断阀35，防止氧气继续通过分布板进入流化床反应器3内；

(2)关闭中心管氧气切断阀36，防止氧气继续通过中心管进入流化床反应器3内；

(3)停止星型给料机2的启停电机37，防止原料煤继续进入下煤管线11，造成堵煤；

(4)关闭下煤切断阀38，防止原料煤继续进入流化床反应器3内；

(5)关闭粗煤气切断阀39，防止不合格的合成气进入下游装置；

(6)打开泄压调节阀40和高点放空调节阀41，且高点放空调节阀41的泄压速率为100kpa/min，用于给流化床反应器3泄压，防止爆炸事故发生。

由3个第一温度测量装置测量到的3个第一温度值中，任意两个第一温度值≥第一温度设定值，即判断满足条件1；

由3个第二温度测量装置测量到的3个第二温度值中，任意两个第二温度值≥第一温度设定值，即判断满足条件2；

由3个第二压力测量装置测量到的3个第二压力值与由3个第三压力测量装置测量到的3个第三压力值作差得到的第一压差值中，任意两个第一压差值≥第一压差设定值，即判断满足条件3；

由3个第四压力测量装置测量到的3个第四压力值与由3个第五压力测量装置测量到的3个第五压力值作差得到的第二压差值中，任意两个第二压差值≤第二压差设定值，即判断满足条件4；

由3个第二压力测量装置测量到的3个第二压力值与由3个第六压力测量装置测量到的3个第六压力值作差得到的第三压差值中，任意两个第三压差值≤第三压差设定值，即判断满足条件5；

由3个第九压力测量装置测量到的3个第九压力值与由3个第五压力测量装置测量到的3个第五压力值作差得到的第四压差值中，任意两个第四压差值≤第四压差设定值，即判断满足条件6；

由3个第十二压力测量装置测量到的3个第十二压力值与由3个第五压力测量装置测量到的3个第五压力值作差得到的第五压差值中，任意两个第五压差值≤第五压差设定值，即判断满足条件7；

由3个第八压力测量装置测量到的3个第八压力值与由3个第七压力测量装置测量到的3个第七压力值作差得到的第六压差值中，任意两个第六压差值≤第六压差设定值，即判断满足条件8；

由3个第十一压力测量装置测量到的3个第十一压力值与由3个第十压力测量装置测量到的3个第十压力值作差得到的第七压差值中，任意两个第七压差值≤第七压差设定值，即判断满足条件9；

由3个第五压力测量装置测量到的3个第五压力值与由3个第一压力测量装置测量到的3个第一压力值作差得到的第八压差值中，任意两个第八压差值≥第八压差设定值，即判断满足条件10；

由3个氧含量分析仪21测量到的3个氧含量检测值中，任意两个氧含量检测值≥氧含量设定值，即判断满足条件11。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。