一种粉煤换热自诊断控制方法与流程

本发明涉及一种粉煤换热自诊断控制方法，属于煤化工领域，尤其是针对粉煤低温干馏技术中的冷却工艺设备。

背景技术：

我国煤炭资源丰富，在煤化工的发展过程中，传统煤化工技术落后，能耗、水耗高，与循环经济和绿色发展的要求极不相符，新型煤化工的发展是大势所趋，煤炭分质利用就是新型煤化工发展的重要趋势。

煤炭分质利用中的块煤干馏技术及煤焦油加氢制油技术已经成熟，而同为煤炭分质利用的粉煤干馏技术，经济效益比块煤更高，是以后干馏技术发展的重点。

目前对粉煤换热自诊断控制还不成熟，其中换热各段粉煤温度监测、冷却水各段温度监测都是指针或数字仪表显示，需人工定期观察巡视记录，这样不仅容易造成观察记录失误，而且增加人工管理成本高，具体操作难度大的问题；卸料装置只是采用卸料电机定速转动卸料，没有料位自动检测和变频器控制，会出现换热段内粉煤分布不均匀不充分，粉煤位置不确定，这样会造成粉煤不能充分的换热冷却，不能稳定的达到所要求的冷却温度，出料仓出来的粉煤温度不一的现象；蒸汽汽包和热水锅筒的水位也是人工监测记录，没有采用液位计、电磁阀和水泵结合控制，这样会使蒸汽汽包和热水锅筒的冷却水补充不及时，不能长时间稳定在设定值，会影响粉煤换热冷却效果。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的人工管理成本高，事故监控难度大，出料不均匀等现象，本发明提出了一种粉煤换热自诊断控制方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，安装耐磨热电偶温度变送器。

所述安装耐磨热电偶温度变送器是将9个耐磨热电偶温度变送器安装在粉煤换热系统的进料段、蒸汽/高温水冷却段、低温水冷却段和各中温水冷却段。

安装在粉煤换热系统的进料段的四个耐磨热电偶温度变送器的测温探头分为两组，其中的一组位于进料段内的过滤筛网上方，另一组位于进料段内的过滤筛网下方。

安装在蒸汽/高温水冷却段的两个耐磨热电偶温度变送器的测温探头分别位于该蒸汽/高温水冷却段内部的换热元件的上方和下方。

在低温水冷却段、第一中温水冷却段和第二中温水冷却段分别安装一个耐磨热电偶温度变送器，并使各耐磨热电偶温度变送器的测温探头分别位于换热元件的下方。

在所述安装耐磨热电偶温度变送器时，将各耐磨热电偶温度变送器的测温探头分别装入所在各段内，将该耐磨热电偶温度变送器的两线制固体电子单元位于各段壳体外。安装在所述进料段壳体上的两组耐磨热电偶温度变送器对称的分布在进料段壳体的圆周上，并位于该进料段壳体的同一表面。

步骤2，安装粉煤料位测定导波雷达。

在进料段的顶端表面安装两个粉煤料位测定导波雷达。所述两个粉煤料位测定导波雷达对称的分布在该进料段顶端表面的两侧。所述各粉煤料位测定导波雷达的杆式探头自上而下的依次穿入蒸汽/高温水冷却段、第一中温水冷却段和第二中温水冷却段内。

步骤3，安装温度变送器。

在各集箱上安装温度变送器。在各集箱顶部的热水管上分别安装一个温度变送器，并使各温度变送器的探头插入该热水管内，用于测量该热水管内的水温。

在给所述蒸汽/高温水冷却段安装耐磨热电偶温度变送器时，将两个耐磨热电偶温度变送器的测温探头分别通过该蒸汽/高温水冷却段壳体上预留的安装孔装入该壳体内，并使该耐磨热电偶温度变送器的两线制固体电子单元位于壳体外。所述装入蒸汽/高温水冷却段内的测温探头分别位于该蒸汽/高温水冷却段内部的换热元件的上方和下方。

步骤4，安装电磁阀和液位检测计。

所述的电磁阀有两个，其中的一个电磁阀安装在热水锅筒与第二中温水冷却段之间的管道上；另一个电磁阀安装在蒸汽汽包与第一中温水冷却段之间的管道上。

在所述的热水锅筒的顶部与蒸汽汽包的顶部分别安装有液位检测计。

步骤5，安装变频器。

所述的变频器有两个，均安装在粉煤换热系统控制柜的安装板上。各变频器的电源输入端R、S、T分别与断路器的输出端L1、L2、L3连接；电源输出端T1、T2、T3分别与卸料电机的输入端U、V、W连接；变频器的MI1、MI2、MI3、MI4端口分别与PLC控制器的Q1.0、Q1.1、Q1.2和Q1.3端口连接。

步骤6、热水锅筒补水。给热水锅筒补水到1.5米。开启低温水冷却段水泵和热水锅筒的补水电磁阀，让25℃的工业软水通过管道进入低温水冷却段的换热元件中，通过管道进入热水锅筒中，当热水锅筒中的水位达到1.5米时关闭低温水冷却段水泵和热水锅筒的补水电磁阀；

步骤7、蒸汽汽包补水。给蒸汽汽包补水到1.5米。开启热水锅筒出水循环水泵和蒸汽汽包补水电磁阀，使从第一中温水冷却段出来的冷却水通过蒸汽汽包补水电磁阀进入蒸汽汽包中，当水位达到1.5米时关闭热水锅筒出水循环水泵和蒸汽汽包补水电磁阀；

步骤8，监测粉煤在各换热段的温度值。

将各耐磨热电偶温度变送器采集的0～10V粉煤各段模拟温度值进入PLC控制器的模数转换模块中，转换成数字量的温度值存放在PLC指定的内部存储器中，并随时读取实时变化的粉煤温度值，达到实时监测的目的；

当监测的各换热段的温度值低于设定的温度值50℃时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员采取措施。

步骤9，控制粉煤位置。

启动两个卸料电机带动两个星形卸料器，使粉煤料从卸料口流出。通过两个粉煤料位测定导波雷达采集4～20mA DC的粉煤料的位置值，并将该粉煤料的位置值传输给PLC的模数转换模块中，转换成数字量的位置值存放在PLC控制器指定的内部存储器中。将转换成数字量的位置值与设定的5米的料位值进行比较，当测定粉料位超出设定料位线±150mm时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员采取措施；当测定粉料位未超出设定料位线±150mm时，根据比较结果通过PLC控制器调节粉煤出料速度。

所述调节粉煤出料速度的具体过程是：

当料位值高于5米小于5.15米时，PLC控制器给两台卸料变频器输入速度为950转/分的高速控制信号，控制对应的两台卸料电机快速转动使出料段粉煤快速出料；进料段的粉煤就会快速落下使料位值回落至5米；当料位值回落至5米后，变频器给卸料电机速度为700转/分的中速控制信号，保证出料均匀。

当进料段粉煤料位测定导波雷达检测到料位低于5米高于4.85米时，变频器给卸料电机转速为450转/分的低速控制信号，以减缓出料段的出料速度，使粉煤料达到设定料位值5米；当料位值升至5米后，通过变频器给卸料电机发出700转/分的中速控制信号，以使粉煤在换热过程中，不因出料速度的快慢而影响冷却效果，使粉煤在换热段充分冷却，达到要求。

步骤10，实时动态监测冷却水的温度和水汽混合物的温度；

通过所述安装在第一中温水冷却段、第二中温水冷却段和低温水冷却段的各个集箱上的温度变送器检测该第一中温水冷却段、第二中温水冷却段和低温水冷却段的水温度值；通过所述安装在蒸汽/高温水冷却段的集箱上的温度变送器检测该蒸汽/高温水冷却段的水汽混合物的温度值；将得到的水温度值和水汽混合物的温度值以0～10V DC电压值传到模数转换模块，并转换为数值量存入PLC控制器的存储区。通过RS485通信模式读取该数据，实现对冷却水的温度和水汽混合物的温度的实时动态监测。

当监测的冷却水的温度或水汽混合物的温度低于设定的温度值50℃时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员采取措施。

步骤11，自动控制蒸汽汽包和热水锅筒的水位。

当热水锅筒水位低于设定水位50mm时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提示须对该热水锅筒补水。

热水锅筒的水位通过电磁阀的开启补水，使水位保持1.5米的定值，当水位由于热水再利用和进入第一中温水冷却段再次冷却利用造成水位下降到1.45时，热水锅筒电磁阀和水泵开启补充25℃工业软水，当水位达到1.5米时关闭电磁阀和水泵。从而实现对热水锅筒水位的自动控制。

当蒸汽汽包水位低于设定水位50mm时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员须对该蒸汽汽包补水。

蒸汽汽包的水位设定保持在1.5米，当蒸汽汽包的水位下降到1.45时，热水锅筒水泵和汽包进水电磁阀打开补水，当水位恢复1.5米时关闭热水锅筒水泵和汽包进水电磁阀，从而实现对蒸汽汽包水位的自动控制。

本发明中，通过对PLC收集来的温度值进行实时动态监测：通过耐磨热电偶温度变送器将进料段、蒸汽/高温水冷却段、第一中温水冷却段、第二中温水冷却段和低温水冷却段的粉煤检测温度传送给PLC模拟量输入端；所述温度变送器将冷却水和水汽混合物的温度送给PLC模拟量输入端；所述两台变频器分别对两台出料电机进行启停及转速控制，通过粉煤料位测定导波雷达检测信号自动调节电机转速实现对粉料位置的控制，使出料流动顺畅；所述水泵给换热系统供应冷却用的工业软水并补充蒸汽汽包和热水锅筒水位；所述液位检测计用来检测蒸汽汽包和热水锅筒的冷却水位；所述电磁阀是给蒸汽汽包和热水锅筒补充冷却水用。

本发明的有益效果是：(1)对粉煤在高、中、低各冷却段温度进行实时动态监测显示；(2)采用变频器与料位检测装置对出料电机启停及转速控制，可通过对料粉位置识别信号自动调节电机转速，实现对粉料位置的控制；(3)对冷却水温度、蒸汽温度进行实时动态监测，对蒸汽汽包和热水锅筒的水位实现自动控制；(4)采用彩色液晶屏人机界面与PLC组成控制、监测、显示、记录系统，通过工控画面对设备运行状况、数据参数进行检测和控制，温度、水汽液位数据参数在彩色液晶屏上集中显示，并记录温度、水汽液位等数据，便于随时读取记录数据，也可与计算机连接，提取记录数据；(5)具有故障自诊断功能：当各测温点温差>50℃时，发出声光报警；当粉料位超出料位线±150mm，超出设定水位汽包锅筒水位±50mm时，实现报警功能，将有蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员采取措施；(6)具有紧急处理功能：当系统遇到紧急情况需停机处理，只需按下急停按钮，避免造成进一步更大的损失，确保系统与人身安全；(7)通过PLC控制器及相关元器件完成了自诊断控制方法，对粉煤的料位值和水位值进行自动调节控制，不仅提高了控制精确度，而且有效的节省了操作人员的劳动力，保证了系统的安全可靠运行；(8)使粉煤从550℃的冷却到100℃，并对热量进行回收和利用的过程顺利进行。

附图说明

图1为粉煤换热自诊断控制元器件安装分布示意图；

图2为变频器接线示意图；

图3为本发明的流程。图中：

1.油气旋风细料进口；2.粉煤料位测定导波雷达；3.粉煤进料口；4.进料段；5.耐磨热电偶温度变送器；6.换热元件；7.蒸汽/高温水冷却段；8.第一中温水冷却段；9.第二中温水冷却段；10.低温水冷却段；11.出料段；12.星形卸料器；13.卸料电机；14.热水锅筒；15.蒸汽汽包；16.温度变送器；17.电磁阀；18.水泵；19.集箱；20.液位检测计；21.PLC控制器；22.变频器；23.断路器。

具体实施方式

本实施例是一种粉煤换热自诊断控制方法。

如图1所示粉煤换热自诊断控制元器件安装分布示意图。所述粉煤换热系统为现有技术，换热过程中，将从分解炉过来的直径为￠6mm的550℃的粉煤冷却到100℃，同时对该冷却过程中产生的热量进行回收和利用。粉煤从主进料口3和从油气旋风细料进口1进入的细料混合进入进料段4，在该进料段4内充分混合进入蒸汽/高温水冷却段7，通过其中换热元件6第一次降温进入第一中温水冷却段8，同样通过换热元件6进行降温，同理依次通过第二中温水冷却段9和低温水冷却段10降温，检测达到100℃的粉煤进入出料段11顺畅均匀流出。图中所示热水锅筒14和蒸汽汽包15这两个部分为蒸汽与热水循环回收装置，通过直径为￠45mm的铁制管道与各段的集箱19连接对粉煤进行冷却，通过电磁阀17的通断保证热水锅筒14和蒸汽汽包15内的水位保持一定值。

本实施例的具体过程是：

步骤1，安装耐磨热电偶温度变送器。

所述安装耐磨热电偶温度变送器5是将9个耐磨热电偶温度变送器5安装在粉煤换热系统的进料段4、蒸汽/高温水冷却段7、低温水冷却段10和各中温水冷却段。

在给所述进料段4安装耐磨热电偶温度变送器时，将四个耐磨热电偶温度变送器5的测温探头分别通过进料段4壳体上预留的安装孔装入该进料段内，并使该耐磨热电偶温度变送器的两线制固体电子单元位于进料段壳体外。所述四个测温探头分为两组，其中的一组位于进料段内的过滤筛网上方，另一组位于进料段内的过滤筛网下方。所述各组耐磨热电偶温度变送器5对称的分布在进料段壳体的圆周上，并位于该进料段壳体的同一表面。

在给所述蒸汽/高温水冷却段7安装耐磨热电偶温度变送器时，将两个耐磨热电偶温度变送器5的测温探头分别通过该蒸汽/高温水冷却段壳体上预留的安装孔装入该壳体内，并使该耐磨热电偶温度变送器的两线制固体电子单元位于壳体外。所述装入蒸汽/高温水冷却段内的测温探头分别位于该蒸汽/高温水冷却段内部的换热元件的上方和下方。

在所述低温水冷却段10和各中温水冷却段分别安装一个耐磨热电偶温度变送器。通过预留的安装孔将各耐磨热电偶温度变送器的测温探头分别装入低温水冷却段壳体内和各中温水冷却段壳体内，并使各测温探头分别位于换热元件的下方。

步骤2，安装粉煤料位测定导波雷达。

在进料段4的顶端表面安装两个粉煤料位测定导波雷达2。所述两个粉煤料位测定导波雷达2对称的分布在该进料段顶端表面的两侧。所述各粉煤料位测定导波雷达2的杆式探头自上而下的依次穿入蒸汽/高温水冷却段7、第一中温水冷却段8和第二中温水冷却段9内。

步骤3，安装温度变送器。

所述的温度变送器16有8个，分别安装在各集箱19顶部的热水管上，并使各温度变送器16的探头插入该热水管内，用于测量该热水管内的水温。

所述的集箱19有8个，分别连接在所述蒸汽/高温水冷却段7、第一中温水冷却段8、第二中温水冷却段9和低温水冷却段10上。

本实施例中，所述的温度变送器采用温度变送器。

步骤4，安装电磁阀和液位检测计。

所述的电磁阀17有两个，其中的一个电磁阀安装在热水锅筒14与第二中温水冷却段9之间的管道上；另一个电磁阀安装在蒸汽汽包15与第一中温水冷却段8之间的管道上。

在所述的热水锅筒14的顶部与蒸汽汽包15的顶部分别安装有液位检测计20。

步骤5，安装变频器。

所述的变频器22有两个，均安装在粉煤换热系统控制柜的安装板上。如图2所示为变频器线路连接图，各变频器22的电源输入端R、S、T分别于与断路器23的L1、L2、L3连接，电源输出端T1、T2、T3分别与卸料电机13的U、V、W连接，变频器22的MI1、MI2、MI3、MI4分别与PLC控制器21的Q1.0、Q1.1、Q1.2和Q1.3连接。

步骤6、热水锅筒补水。给热水锅筒14补水到1.5米。开启低温水冷却段水泵18和热水锅筒14的补水电磁阀17，让25℃的工业软水通过管道进入低温水冷却段10的换热元件6中，通过管道进入热水锅筒中，当热水锅筒中的水位达到1.5米时关闭低温水冷却段水泵18和热水锅筒14的补水电磁阀17；

步骤7、蒸汽汽包补水。给蒸汽汽包15补水到1.5米。开启热水锅筒出水循环水泵18和蒸汽汽包补水电磁阀17，使从第一中温水冷却段8出来的冷却水通过蒸汽汽包补水电磁阀17进入蒸汽汽包中，当水位达到1.5米时关闭热水锅筒出水循环水泵18和蒸汽汽包补水电磁阀17；

步骤8，监测粉煤在各换热段的温度值。

将各耐磨热电偶温度变送器5采集的0～10V粉煤各段模拟温度值进入PLC控制器21的模数转换模块中，转换成数字量的温度值存放在PLC指定的内部存储器中。通过液晶屏人机界面从该存储器中读取实时变化的粉煤温度值，达到实时监测的目的；

本实施例中，进料段4温度为550℃、蒸汽/高温水冷却段7冷却后温度为400℃、第一中温水冷却段8冷却后温度为300℃、第二中温水冷却段9冷却后温度为200℃、低温水冷却段10冷却后温度为100℃。

当监测的各换热段的温度值低于设定的温度值50℃时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员采取措施。

步骤9，控制粉煤位置。

启动两个卸料电机13带动两个星形卸料器12，使粉煤料从卸料口流出。通过两个粉煤料位测定导波雷达2采集4～20mA DC的粉煤料的位置模拟值，并将该粉煤料的位置模拟值传输给PLC的模数转换模块中，转换成数字量的位置值存放在PLC控制器21指定的内部存储器中。将转换成数字量的位置值与设定的5米的料位值进行比较，当测定粉料位超出设定料位线±150mm时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯27作用发出警示提醒操作人员采取措施；当测定粉料位未超出设定料位线±150mm时，根据比较结果通过PLC控制器21调节粉煤出料速度，具体是：

当料位值高于5米小于5.15米时，PLC控制器21给两台卸料变频器23输入速度为950转/分的高速控制信号，控制对应的两台卸料电机13快速转动使出料段粉煤快速出料；进料段的粉煤就会快速落下使料位值回落至5米；当料位值回落至5米后，变频器给卸料电机速度为700转/分的中速控制信号，保证出料均匀。

当进料段粉煤料位测定导波雷达2检测到料位低于5米高于4.85米时，变频器给卸料电机转速为450转/分的低速控制信号，以减缓出料段的出料速度，使粉煤料达到设定料位值5米；当料位值升至5米后，通过变频器给卸料电机发出700转/分的中速控制信号，以使粉煤在换热过程中，不因出料速度的快慢而影响冷却效果，使粉煤在换热段充分冷却，达到要求。

步骤10，实时动态监测冷却水的温度和水汽混合物的温度；

通过六个安装在第一中温水冷却段8、第二中温水冷却段9和低温水冷却段10的各个集箱19上的温度变送器16检测该第一中温水冷却段、第二中温水冷却段和低温水冷却段的水温度值；通过两个安装在蒸汽/高温水冷却段7的集箱上的温度变送器检测该蒸汽/高温水冷却段的水汽混合物的温度值；将得到的水温度值和水汽混合物的温度值以0～10V DC电压值传到模数转换模块，并转换为数值量存入PLC控制器的存储区。彩色液晶屏触摸屏通过RS485通信模式读取该数据，实现对冷却水的温度和水汽混合物的温度的实时动态监测。

当监测的冷却水的温度或水汽混合物的温度低于设定的温度值50℃时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员采取措施。

步骤11，自动控制蒸汽汽包和热水锅筒的水位。

通过热水锅筒实现热水的再利用。在热水的再利用中会导致热水锅筒水位的下降。当热水锅筒水位低于设定水位50mm时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员须对该热水锅筒补水。

热水锅筒的水位通过电磁阀的开启补水，使水位保持1.5米的定值，当水位由于热水再利用和进入第一中温水冷却段8再次冷却利用造成水位下降到1.45时，热水锅筒电磁阀17和水泵18开启使25℃工业软水进入补充，当水位达到1.5米时关闭电磁阀17和水泵18。

通过蒸汽汽包实现蒸汽的回收。在蒸汽的回收中会导致蒸汽汽包水位的下降。当蒸汽汽包水位低于设定水位50mm时，PLC输出报警指令，蜂鸣报警灯作用发出警示提醒操作人员须对该蒸汽汽包补水。

蒸汽汽包的水位设定保持在1.5米，当蒸汽汽包的水位下降到1.45时，热水锅筒水泵和汽包进水电磁阀打开补水，当水位恢复1.5米时关闭热水锅筒水泵和汽包进水电磁阀，这样就达到了自动控制蒸汽汽包和热水锅筒水位的目的。