一种单孔炭化室智能稳压控制装置的制作方法

[0001]
本发明涉及炼焦设备技术领域，特别涉及一种单孔炭化室智能稳压控制装置。


背景技术：

[0002]
目前较为成熟的单孔炭化室压力调节系统有德国的proven系统、意大利的sopreco系统及中国的cps系统。其中proven系统是通过调整满流液位来调节荒煤气流通断面，进而调节荒煤气流通阻力以及炭化室内压力。sopreco系统是通过蝶阀来调节荒煤气流通阻力以及炭化室内压力。cps是通过调整水封阀盘开度来调节荒煤气流通断面，进而调节荒煤气流通阻力以及炭化室内压力。
[0003]
proven系统是通过活塞驱动组件在炭化室压力过大时，提起杯口塞使漏斗杯中的氨水液位下降至皇冠管下端沿周向布置的长条孔以下，以便皇冠管内的荒煤气能从长条孔或皇冠管下端进入集气管，但在procen系统中集气管一般维持-100～-300pa的压力，而炭化室一般为正压，通过提起球面塞降低漏斗杯内的氨水液位速度过快，容易导致炭化室内压力变为负压，与炼焦工艺原则相悖，从而导致炭化室和燃烧室炉墙不能自然结炭形成石墨封堵缝隙，炭化室长期负压异使炉墙缝隙持续增大，恶化燃烧室加热制度，影响焦炭质量，妨碍正常推焦。因此proven系统在中国反响不佳，除7.63m焦炉以外，至2010年以后的国内新建焦炉仍使用cps系统，但cps系统要求集气管保持80～120pa正压，因此炭化室在装煤后的结焦初期由于炭化室压力大，炉门与炉框存在间隙，常规封堵料无法在压力较高时保持封堵效果，而单个炭化室压力无法调节降低，故炉框一直保持冒烟冒火，严重影响了环境。


技术实现要素：

[0004]
针对上述问题，本发明旨在设计一种能调节皇冠管下端长条孔位于氨水液面以上长度的装置，来调节荒煤气的流通截面积，以便单个调节炭化室的压力,具体的现有技术是通过活塞中筒的溢流孔调节氨水液面高度时，溢流孔容易被堵塞问题，本发明的技术方案旨在解决该问题。
[0005]
本发明的技术方案是一种单孔炭化室智能稳压控制装置，包括桥管上安装的压力检测管，桥管末端安装倒置的皇冠管，皇冠管下端安装的漏斗杯，漏斗杯内安装的由活塞驱动组件提拉的活塞连杆及安装在活塞连杆下端的杯口塞，其中，所述活塞连杆向上穿过活塞连杆水封和安装在桥管背部的法兰盖，通过连接接手连接所述活塞驱动组件的活塞杆，所述活塞杆或连接接手上固定有沿活塞杆径向延伸的螺杆，所述螺杆与阀门定位器的反馈杆滑动连接，所述反馈杆远离阀门定位器的一侧布置有垂直所述螺杆的条状孔，该螺杆与条状孔滑动配合，气源经阀门定位器的先导阀与活塞驱动组件的活塞气缸相连通，压力检测管连通桥管与变送器，控制器接收变送器输出的信号，并向阀门定位器的力矩马达1输出4～20ma电流，使封堵阀门定位器的喷嘴的挡板移动，所述螺杆随活塞杆升降时拨动所述反馈杆，驱动阀门定位器的量程弹簧移动抵消挡板产生的位移；
[0006]
所述皇冠管与桥管末端之间安装固定管，所述皇冠管可升降的套于固定管下端，该固定管与皇冠管滑动配合，所述固定管与桥管末端紧固连接，皇冠管内壁与横杆两端连接，该横杆中部与活塞连杆紧固固定，所述杯口塞固定在套筒的下端外周，套筒的上端与端盖紧固连接，活塞连杆穿过该端盖的中心孔与端盖滑动连接，活塞连杆位于套筒内的一端固定有限位结构，该限位结构的宽度大于端盖的中心孔的直径，该活塞连杆下降使横杆落在端盖的上表面时，皇冠管的上端面高于固定管的下端面且长条孔的上端低于漏斗杯的上端面，该活塞连杆上提使限位结构触碰端盖的下表面时，皇冠管的下端面高于漏斗杯的上端面。
[0007]
优选地，所述皇冠管的直径小于固定管并与固定管滑动配合，横杆靠紧端盖时，固定管的下端面高于皇冠管的上端面。
[0008]
进一步地，所述固定管的底端外周固定有开口朝上的环形槽一，所述皇冠管上端内周固定有开口朝下的环形槽二，环形槽二的内径小于环形槽一的外径且大于固定管的直径，环形槽一的外径小于皇冠管的直径，该横杆靠紧端盖时距固定管下端的距离不小于端盖下表面距限位结构上表面的距离，且环形槽二落入环形槽一中，在集气管内氨水喷嘴的喷洒作用下，环形槽一和环形槽二形成水封结构。
[0009]
进一步地，所述阀门定位器选用yt-1000l型阀门定位器。
[0010]
进一步地，所述活塞驱动组件包括活塞缸、活塞杆、隔板，该活塞缸内安装可上下移动的隔板，隔板底部连接活塞杆的上端，活塞杆的下端穿过活塞气缸底部的o型密封组件，活塞杆与活塞气缸底部滑动连接，所述隔板将活塞缸分隔为相互密闭的上部的复位缸和下部的活塞气缸，复位缸内安装有弹簧，弹簧对隔板施加向下的压力。
[0011]
优选地，靠近所述活塞杆位于桥管外的一侧安装有导向板，导向板上开设有平行于活塞杆的导向槽，所述螺杆穿过导向槽与阀门定位器的反馈杆滑动连接。
[0012]
本发明的有益效果：本发明的阀门定位器中活塞缸的结构，配合反馈杆、螺杆能实现对活塞杆的提拉高度的控制，调节炭化室压力。
[0013]
本发明的新型可升降的皇冠管被活塞拉杆驱动时，能通过改变煤气的流通截面积调节炭化室压力，调节时活塞杆的运动过程与压力波动趋势同步，没有瞬时压力增高的风险，皇冠管与固定管的密封良好，且能通过喷氨水自清洁，不会产生无法调节皇冠管下端长条孔露出氨水液面上高度的问题。
[0014]
本发明的结构容易对现有的proven系统进行升级改造，解决长期存在的环保问题。
附图说明
[0015]
图1为本发明的一种单孔炭化室智能稳压控制装置的结构示意图；
[0016]
图2为本发明实施例2的一种单孔炭化室智能稳压控制装置的活塞杆落下时结构示意图；
[0017]
图3为本发明实施例2的一种单孔炭化室智能稳压控制装置的活塞杆提起时结构示意图；
[0018]
图4为本发明实施例2的一种单孔炭化室智能稳压控制装置的改进方案的结构示意图；
[0019]
图5为本发明的实施例3的活塞组件的结构示意图；
[0020]
图6为本发明的实施例3的活塞组件在不同工艺状态下的运行位置示意图；
[0021]
1-力矩马达，2-挡板，3-喷嘴，4-先导阀，5-轴孔，6-出气管，7-底座，8-阀芯，9-进气管，10-复位缸，11-活塞气缸，12-活塞杆，13-反馈杆，14-拉板，15-销轴，16-量程弹簧，17-压力检测管，18-变送器，19-桥管，20-皇冠管，21-漏斗杯，22-活塞连杆，23-杯口塞，24-活塞连杆水封，25-法兰盖，26-连接接手，27-活塞杆，28-螺杆，29-条状孔，30-活塞驱动组件，31-活塞缸，32-隔板，33-导向板，34-导向槽，35-集气管，36-长条孔，37-固定管，38-横杆，39-套筒，40-阀门定位器，41-端盖，42-插销，43-环形槽一，44-环形槽二，45-氨水喷嘴，46-控制器。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
[0023]
实施例1
[0024]
如图1所示，在桥管内调节单孔炭化室压力的装置，桥管19上安装有压力检测管17，桥管19末端安装倒置的皇冠管20，皇冠管20下端安装漏斗杯21，漏斗杯21内安装由活塞驱动组件30提拉的活塞连杆22及安装在活塞连杆22下端的杯口塞23，其中，活塞连杆22向上穿过活塞连杆水封24和安装在桥管19背部的法兰盖25，通过连接接手26连接活塞驱动组件30的活塞杆27，活塞杆27或连接接手26上固定有沿活塞杆27径向延伸的螺杆28，螺杆28与阀门定位器40的反馈杆13滑动连接，反馈杆13远离阀门定位器40的一侧布置有垂直螺杆28的条状孔29，该螺杆28与条状孔29滑动配合，阀门定位器40选用yt-1000l型阀门定位器，气源从进气口9经阀门定位器40的先导阀4与活塞驱动组件30的活塞气缸11相连通，压力检测管17连通桥管19与变送器18，控制器46接收变送器18输出的信号，并向阀门定位器40的力矩马达1输出4～20ma电流，使封堵阀门定位器40的喷嘴3的挡板2移动，螺杆28随活塞杆12升降时拨动反馈杆13，驱动阀门定位器30的量程弹簧16移动抵消挡板2产生的位移。活塞驱动组件30包括活塞缸31、活塞杆12、隔板32，该活塞缸31内安装可上下移动的隔板32，隔板32底部连接活塞杆12的上端，活塞杆12的下端穿过活塞气缸11底部的o型密封组件，活塞杆12与活塞气缸11底部滑动连接，隔板32将活塞缸31分隔为相互密闭的上部的复位缸10和下部的活塞气缸11，复位缸10内安装有弹簧，弹簧对隔板32施加向下的压力，靠近活塞杆12位于桥管19外的一侧安装有导向板33，导向板33上开设有平行于活塞杆12的导向槽34，螺杆28穿过导向槽34与阀门定位器40的反馈杆13滑动连接。导向板33和导向槽34能防止提拉活塞杆12时发生转动。
[0025]
根据本实施例的结构，炭化室结焦过程中，荒煤气从桥管19流入集气管35，桥管19喷洒氨水后，氨水在漏斗杯21内累积，液位升高至淹没皇冠管20下端的长条孔36，荒煤气被氨水液面封住，导致桥管19内气压升高，压力检测管17将高压煤气导向压力变送器18，压力变送器18将桥管内气体的压力转换为4～20ma直流电，气体压力越大，电流越大，压力变送器18再将电流传输给力矩马达1，力矩马达1产生电磁场，挡板2受电磁场力远离喷嘴3。喷嘴3和挡板3间距变大，排出先导阀4内部的轴孔5右侧腔室的气体。阀芯8右侧压力较左侧大，推动挡住底座7的阀芯8向右边移动，气压通过出气口6输入到活塞气缸11。随着活塞气缸11内部压力增加，推动隔板32上升，螺杆28随活塞杆12上升，拨动反馈杆13绕销轴15逆时针转
动，固定在同一销轴15上的拉板14也逆时针转动，拉动量程弹簧16。当量程弹簧16和力矩马达1的力保持平衡时，挡板2回到原位，减小与喷嘴3间距。随着通过喷嘴3排出空气量的减小，轴孔5右侧气室的气压增加。阀芯8回到原位，重新堵住底座7，停止气压输入到活塞气缸11。当活塞杆12的运动停止时，阀门定位器40保持稳定状态。本过程中活塞杆12上升使漏斗杯21底部的杯口塞23被提起，漏斗杯21内的氨水液位下降，皇冠管20的长条孔36露出，荒煤气经皇冠管20的长条孔36吸如集气管36，桥管19及炭化室内的压力降低，这样又反馈形成较低的直流电流，使挡板2封堵喷嘴3阻止阀门定位器40继续促使活塞杆12提拉杯口塞21，能使炭化室内的压力维持在设定值上下方波动。
[0026]
实施例2
[0027]
使用本实施1的装置调节炭化室压力时，炭化室力压升降的快慢与氨水液面降低的速度和荒煤气产生的流量相关。焦炉生产中氨水的循环喷洒量一般是恒定值，而炭化室内煤气发生量从装煤开始逐渐升高，在结焦中期时达到最大，再逐渐降低，在结焦末期时达到极小。因此在不同的结焦时期为维持炭化室内压力，杯口塞需被提起的高度不同，如装煤初期至结焦中期由于煤气发生量增加，杯口塞被提起的高度要大于，结焦中期至结焦末期时，杯口塞被提起的高度。由于杯口塞的高度变化较大，氨水流入集气管的流速不易控制，用实施例1的结构调节炭化室压力时仍存在较大波动。
[0028]
为解决该问题，如图2，提供了一种单孔炭化室智能稳压控制装置的改进方案，改进在于：实施例1中的皇冠管20与桥管19末端之间安装固定管37，皇冠管20可升降的套于固定管37下端，固定管37与皇冠管20滑动配合，固定管37与桥管19末端紧固连接，皇冠管20内壁连接横穿活塞连杆22的横杆38，杯口塞23固定在套筒39的下端外周，套筒39的上端与端盖41紧固连接，活塞连杆22穿过该端盖41的中心孔与端盖41滑动连接，活塞连杆22位于套筒41内的一端固定有限位结构，本实施例中选用插销42，该插销42的长度或宽度大于端盖41的中心孔的直径，该活塞连杆22下降使横杆38落在端盖41的上表面时，皇冠管20的上端面高于固定管37的下端面且长条孔36的上端低于漏斗杯23的上端面，该活塞连杆22上提使插销42触碰端盖41的下表面时，皇冠管20的下端面高于漏斗杯23的上端面。
[0029]
优选地，为防止固定管37和皇冠管20之间间隙过大漏失荒煤气，固定管37的底端外周固定有开口朝上的环形槽一43，皇冠管20上端内周固定有开口朝下的环形槽二44，环形槽二44的内径小于环形槽一43的外径且大于固定管37的直径，环形槽一43的外径小于皇冠管20的直径，该横杆38靠紧端盖41时距固定管37下端的距离不小于端盖41下表面距插销42上表面的距离，且环形槽二44落入环形槽一43中，在集气管35内氨水喷嘴45的喷洒作用下，环形槽一43和环形槽二44形成水封结构，且氨水能不断经水封结构漫入皇冠管20内冲洗皇冠管20，防止在结焦末期时，荒煤气从固定管37与皇冠管20的间隙吸入集气管，造成炭化室负压。未将皇冠管20的直径设计为比固定管37的直径小，并在固定管37内周布置该水封结构，是为了防止装煤时产生的粉尘被桥管19内的氨水喷头冲入水封内，填充环形槽43影响活塞连杆22将皇冠管20放下。
[0030]
做为另一种优选方案，如图4，本实施例中，也可将皇冠管20设置为直径小于固定管37，与固定管37滑动配合，横杆38靠紧端盖41时，固定管37的下端面高于皇冠管20的上端面，由于皇冠管20和固定管37内周会附着焦油及粉尘，焦油及粉尘能封堵皇冠管20和固定管37之间的间隙，防止固定管37和皇冠管20之间间隙过大漏失荒煤气。
[0031]
本实施例中其他结构与实施例1相同，也设有相同的压力检测管17、活塞驱动组件30、漏斗杯21、连接接手26、法兰盖25、活塞杆27、螺杆28、阀门定位器40、反馈杆13、条状孔29、先导阀4、轴孔5、活塞气缸11、变送器18、力矩马达1、喷嘴3、挡板2、量程弹簧16、活塞杆12、隔板32、活塞缸31、活塞气缸11、复位缸10、导向板33、导向槽34、销轴15、拉板14、底座7、阀芯8。图2为皇冠管放下的示意图，图3为皇冠管提起的示意图。
[0032]
本实施例的装置在使用时，在装煤初期，荒煤气发生量大，力矩马达1根据压力检测管17、变送器18测量采集的电流，驱动活塞驱动组件30提拉横杆22，使皇冠管20升高，增加长条孔36位于氨水液面以上的长度，增加荒煤气的流通量，当长条孔36完全位于氨水液面以上时，还能再提拉皇冠管20的下端面至漏斗杯21的上端面以上，荒煤气流入集气管35不受水封影响，若仍不足，活塞杆12进一步提拉，将杯口塞23提前，降低氨水液面的高度，整个降低炭化室压力的过程相当于活塞杆12上升运动的线性过程，调节时压力波动平稳，在提起杯口塞23之前，氨水液面不变，仅改变长条孔36的露出长度，不受实施例1的调节过程中氨水流失量难以稳定控制的影响。
[0033]
在结焦中期以后，荒煤气发生量减小，力矩马达1根据压力检测管17、变送器18测量采集的电流，驱动活塞驱动组件30放下横杆22、杯口塞23、皇冠管20，使长条孔36露出的长度减少，逐步减少荒煤气流通截面积，直至长条孔36完全被氨水液面淹没，整个调节过程也是活塞杆12下降运动的线性过程。
[0034]
活塞杆12的运动与炭化室的压力变化趋势始终同步。
[0035]
如表1对比实施例2调节炭化室压力的控制方式与现有的proven控制方式。
[0036]
表1
[0037][0038]
相比于现有技术中的技术方案如cn209433253u和cn201437533u，该方案依靠驱动活塞中筒中的活塞内筒上下运动改变氨水液面高度，一方面，其调压过程分两个阶段，1.在装煤时需将杯口塞完全提起；2.在装煤完成后要通过降低活塞内筒降低炭化室压力；两阶段活塞杆的运动方向不同步，调压不能自主完成，需人工介入，且在装煤时提高杯口塞高度前存在活塞内筒完全封堵氨水下降通道的瞬间，因此该过程反应在装煤时容易产生瞬间炭化室压力升至顶峰的过程；3.现有技术在结焦末期必须依赖程序准确预测结焦时间但，否则安照结焦中期的调压方式，容易在精度不佳时提起杯口塞，导致炭化室负压，因此现有技术的软控制系统需额外建设有极高的成本。
[0039]
另一方面，装煤后炭化室内发生大量荒煤气，荒煤气夹带煤粉经过桥管，当荒煤气导出不畅通时容易在桥管内形成煤桥封堵桥管，这是焦炉生产普遍存在的问题，现有技术中依靠驱动活塞内筒上下运动改变氨水液面高度，氨水需经过活塞内筒流到集气管中，若氨水中夹带煤粉，极容易堵塞活塞内筒和活塞中筒的溢流孔，且该技术方案无法通过内部或外部清扫避免该问题，长此以往，驱动活塞中筒中的活塞内筒上下运动不能再改变氨水
液面高度，失去了调节炭化室压力的功能。而本申请可通过在集气管喷洒清洁的氨水清洗皇冠管及固定管间的水封结构，在长期使用时，不会丧失调节功能。
[0040]
此外，焦炉建成后，由于集气管保持负压并充满易爆气体，proven系统中的杯口塞的更换充满安全风险，因此几乎无法利用现有技术的改进方案对proven系统进行改造，仅能调整调压软件及更换皇冠管以上部件，但本申请的结构，能对现有的proven系统进行升级改造，能解决至7.63m焦炉建成后prowen系统容易堵塞，不能正常实用的问题。
[0041]
在改造过程需按以下步骤执行：
[0042]
s01，在结焦末期，提起活塞内筒封堵活塞中筒的溢流口，固定活塞连杆，并补充氨水淹没皇冠管的长条孔，使再将连接接手断开，拆除活塞驱动组件、及桥管；
[0043]
s02，固定现有技术中活塞外筒，拆开活塞外筒的上端盖，利用封堵物填充活塞外筒与活塞中筒之间的间隙，然后将活塞外筒的上端盖与活塞外筒紧固，这样活塞外筒，活塞内筒，活塞中筒的结构与本实施例2的套筒内结构相似，改造后活塞中筒和活塞外筒相当于实施例2的套筒39，活塞内筒相当于实施例2的插销42，仅用来提拉套筒39；
[0044]
s03，将镀锌板卷成筒从皇冠管内放入漏斗杯内，使氨水液面没过镀锌板卷筒，拆除皇冠管上端与集气管的紧固件，提出皇冠管，并扩大镀锌板卷筒的直径，仍保持集气管与镀锌板卷筒内周的隔绝；
[0045]
s04，装配并准备本实施例2的固定管、皇冠管、横杆，并在固定管和皇冠管之间的水封结构内灌水形成水封，不同点在于，在横杆中段安装夹持活塞拉杆的夹具，该横杆布置两根，互相平行且位于皇冠管横截面中线的两侧；
[0046]
s05，缩小镀锌板卷筒的直径，迅速从活塞拉杆上端将步骤s04准备的固定管、皇冠管放入到镀锌板卷筒外周，使横杆触碰活塞外筒的上端盖，然后夹紧夹具，使横杆与活塞拉杆固定，将固定管的上端法兰与集气管紧固；
[0047]
s06，重新安装桥管、活塞驱动组件，安装阀门定位器，恢复氨水喷洒，再恢复生产。
[0048]
实施例3
[0049]
以下将结合图5和图6介绍本发明提供的基于proven系统的炭化室压力控制方法，对工作原理进行简要介绍：
[0050]
活塞组件的放大图如图5所示，具体由杯口塞83a、活塞内筒83b、活塞外筒83c、活塞中筒83d、上端盖83e、活塞杆83f等部件组成，活塞中筒83d上部设有溢流孔；活塞内筒83b落下到底时活塞杆伸出长度为l
a
，活塞内筒83b提升至活塞中筒83d的顶端时，活塞杆的伸出长度为l
e
，活塞内筒83b提升至图6的d位置时，活塞杆的伸出长度为l
d
；
[0051]
通过plc控制器向控制活塞杆高度的阀门定位器输出电流：
[0052]
在结焦末期时，使活塞杆伸出长度为l
e
；
[0053]
在四大车四车联锁系统的装煤车就位于该炭化室并开启炉盖，四大车四车联锁系统解除装煤联锁时，使活塞杆伸出长度小于l
e
；
[0054]
在四大车四车联锁系统的推焦车结束该炭化室平煤，关闭小炉门信号产生后，使活塞杆伸出长度为l
a
，并由控制器设定目标压力值为20～120pa，控制器通过pid控制程序根据测量的炭化室压力与目标压力值的差值输出电流控制阀门定位器调节活塞杆的伸出长度介于l
a
至l
d
之间；
[0055]
该结焦末期为四大车四车联锁系统中该炭化室计划推焦时间的前30分钟～1小时
至计划推焦时间。
[0056]
优选地，若四大车四车联锁系统能记录各炭化室的装煤时间，可通过设定的结焦时间，计算装煤后累计时间所处的结焦阶段，在不同结焦阶段，控制器设定不同的目标压力值。
[0057]
实施例4
[0058]
基于实施例2提供的装置的炭化室压力控制方法为：若四大车四车联锁系统能记录各炭化室的装煤时间，可通过设定的结焦时间，计算装煤后累计时间所处的结焦阶段，在不同结焦阶段，控制器设定不同的目标压力值，控制器通过pid控制程序根据测量的炭化室压力与目标压力值的差值输出电流控制阀门定位器调节活塞杆的伸出长。因此相较于实施例3不用在不同阶段调节活塞杆的伸出长度至预设区间。