专利名称：内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及炭化炉荒煤气含氧量的控制技术。
背景技术：
焦炭多采用半焦炉生产，半焦炉主要由炭化炉、输煤系统、初冷塔、电捕焦油器、集 合管等构成。传统半焦炉的生产存在以下一些问题1.半焦炉在加料时，料直接通过通入进料口落人炉内，造成空气和炉中的荒煤气 互相串通，进而影响炉内的压力波动，同时也间接影响燃烧室内煤气的燃烧状况；炉内的压 力大于标准大气压，炉内的荒煤气就会通过进料口进入大气，造成污染和资源浪费。2.当炉顶进料口打开时，进料口附近的荒煤气遇到空气而降温，使得一部分焦油 冷凝，加之温度较低的煤炭不断进入炉中，使得进料口的局部压力降低，从而空气反串进入 炉内，使燃烧室内的煤气燃烧状况受到影响，造成炉温炉压的下降。为了维持整个系统的 压力和温度分布的合理性，不得不向炉内鼓入大量空气和煤气，但由于没有控制煤气和空 气配比装置，常温空气进入炉内吸收大量热量，增加了整个炭化炉的能耗，也使得荒煤气中 的氧气含量得不到有效的控制，从而造成炉内的氧气含量增加、焦炭的质量下降、灰分增加寸。电捕焦油器是直立炭化炉去除荒煤气中煤焦油的重要组成部分。电捕焦油器与机 械除焦油器相比，具有捕焦油效率高、阻力损失小、气体处理量大等特点.不仅可保证后续 工序对气体质量的要求，提高产品回收率，而且可明显改善操作环境。近年来，电捕焦油器 在半焦煤气的净化方面获得了大范围的应用。其工作原理是高压直流电源产生的负高压， 接入电晕极(阴极)，它与沉淀极(阳极)之间产生电场，电场强度超过一定极限后在阴阳 两极间即产生电晕放电。此时流经电场区的气体发生电离，产生大量的离子和电子。周围 可以听见强烈的电磁风声。光线暗时可见紫兰色电晕。通过电场的煤气中的焦油、粉尘、水 雾等粒子与离子或电子结合而苻电，在电场力的作用下向两极运动。由于电子质量小，运动 速度快，空间分布广，所以主要是苻负电的粒子向沉淀极运动。到达沉淀极板中和后，依靠 残存的静电引力和分子间凝聚力首先吸附于沉淀极，而后靠自身重力沿极板下落，通过焦 油出口排出。电捕焦油器工作时，对半焦煤气中的氧含量有严格的要求，只有半焦煤气中的氧 含量不大于2%时，电捕焦油器才可以安全可靠的运行。如果半焦煤气中的氧含量超过 2 %，则极易引发爆炸。因此控制半焦煤气中的氧含量是保证安全生产，提高产品产量和质 量的重要技术措施。半焦炉的实际生产中，半焦煤气中的氧含量基本靠人工调节控制。由于半焦煤气 中的氧含量，受回炉空气、煤气混合比例和集合管压力等多种因素的影响，是一个随机变 量，人工很难控制。若回炉煤气流量过量或半焦炉集合管压力偏高，则浪费能源，污染环境； 回炉空气过量或半焦炉集合管压力偏低，则使半焦荒煤气中氧含量超标，不利于安全生产。
发明内容
本发明的目的在于，克服传统半焦炉生产中存在的荒煤气中含氧量得不到有效控 制、严重影响焦炉系统的操作安全、能耗大和环境污染严重之不足，提供一套准确、可靠、稳 定的半焦煤气氧含量自动调节系统。本发明的具体技术方案如下有一套集合管压力自动调节装置、一套回炉煤气和空气混合燃烧装置、一套半焦 炉给料装置。1.所说的半焦炉给料装置，其技术方案如下传统半焦炉，其炉顶是一个大开位的进料口，原料煤直接通过该进料口进入炉中。本发明的技术方案是在半焦炉的进料口处，设有一个多密封口的给料装置，该装 置分为上料仓、过渡料仓和下料仓。其中，上料仓与输煤系统连接，下料仓与半焦炉连接。过 渡料仓与下料仓的容积相等。在上料仓与过渡料仓之间，以及过渡料仓与下料仓之间，各设 有一个给料装置的密封口。同时在三个料仓上，各安装有一套物位测量仪表，此三套物位测 量仪表的作用如下上料仓的物位测量仪表(如射频导纳物位计)与输煤系统连锁，设上下限连锁报 警，不但保证上料仓不缺煤，同时也不让煤溢出料仓。过渡料仓物位测量仪表(射频导纳物 位计)也设上下限连锁报警当处于料位上限时，关闭1号自动放料装置，同时报警，即具备 给半焦炉内放料条件；当处于料位下限时，先关闭2号自动放料装置，然后打开1号自动放 料装置，给过渡料仓内放料。由于炉顶空间限制，下料仓物位测量仪表(可以是射频导纳物 位计)仅设下限连锁报警，当料位处于下限时，打开2号自动放料装置，给半焦炉内放料。该装置，加强了干馏炉给料系统的密封性，可以稳定集合管压力，使半焦荒煤气集 合管的压力允许波动范围为+100P广-lOOPa;压力正向波动时半焦荒煤气不外泄，负向波 动时半焦荒煤气中的氧含量不变大，使半焦荒煤气集合管压力在出现小范围波动时，生产 仍可安全运行，同时也降低了集合管压力调节系统的动作频率。克服了因干馏炉给料装置 的密封性差和集合管压力波动而造成半焦煤气中氧含量超标的问题。2.所说的集合管压力自动调节装置，传统的集合管压力装置，主要由总管、集气支管、手动调节阀、压力测量元件组成。 该集合管压力装置的一边连接半焦炉的炉顶侧面，另一边连接喷淋塔塔顶侧面。其间的总 管上设有压力测量元件和手动调节阀。集气管设有压力变送器，主要靠人工来对其调节。集 气支管位于总管的拐弯处，处于旁路状态。当总管有故障或检修时，集气支管起旁路导通作 用。本发明之集合管压力自动调节装置，做出改进的技术方案如下A、将半焦荒煤气集合管上的压力测量元件的取压点位置，由喷淋氨水后改为喷淋 氨水前，并相应增加一套脏煤气取样装置，既可起排污作用，又可缓冲压力。B、煤气鼓风机大回流压力测量元件的取压点，由初冷塔后改在初冷塔前。半焦炉 集合管自动调节装置能快速稳定初冷塔前的压力，减少压力波动，进而稳定半焦炉荒煤气 出初冷塔的压力。C、在集合管上的压力测量元件的取压点处增加了阻尼器，该阻尼器可以在0. Is 内对取压点的脉动压力快速平滑取压，提高半焦炉集合管自动调节装置的品质(如图4所示)°D、在集合管上安装的手动调节阀，气动执行机构的抗干扰能力要优于电动执行机 构。当工地现场内没有仪表气源时，可采用电动执行机构。电动执行机构的控制信号(主 要是电磁阀)容易受到现场其他大电流设备的电磁干扰，为了屏蔽和减少电磁干扰，所以， 除了安装电动执行机构外，还要配套增加信号阻尼器。3.所述回炉半焦煤气和空气混合燃烧装置，采用半焦行业常用的温度串级-变比 值控制系统，使回炉的空气和半焦煤气按比例完全混合、充分燃烧，从而解决了因回炉空气 过剩而造成的半焦煤气中氧含量超标的问题。传统回炉半焦煤气和空气混合燃烧装置，只是在半焦炉上回炉空气管道和半焦煤 气管道安装温度检测设备，在控制室内实时检测到温度，根据实践经验进行温度对比，然后 再调整官道上的调节阀，以便达到比例配合，充分燃烧。本发明之传统回炉半焦煤气和空气 混合燃烧装置，其主要的技术改进方案是(1)在回炉空气管道上、半焦煤气管道上分别装有流量测量元件。当工地现场地区 存在异常的气象条件时(如早晚温差大，冬夏温差大)，应对流量元件本体信号增设温度及 压力补偿或采用保温伴热方式。(2)在该装置上增设变比值控制系统，以回炉煤气为恒定量，正常工作时根据煤气 流量和空气流量的预设比例关系调节回炉空气流量，当半焦炉内温度变化幅度较大时，用 干馏段所有温度点的平均值修正其比例系数。(3)将原回炉煤气管道上的调节蝶阀改为远程手动调节蝶阀(开闭)。保留空气 管道上的调节蝶阀，将变比值控制系统应用到调节阀回路中。(4)在仪表控制器的输入端及输出端分别安装信号隔离装置，将系统和外界的干 扰信号隔离，提高系统的准确性和稳定性。回炉半焦煤气和空气混合燃烧装置中的智能控制器24，其输入及输出端，分别安 装信号隔离装置27。该系统工艺流程是空气流量和回路煤气流量，经变比值控制系统计算调节后，进 入炭化炉。炭化炉产生的荒煤气进入半焦炉集合管，由集合管压力自动调节装置将荒煤气 的压力调节控制在工艺要求的范围内。荒煤气与一部分回流半焦煤气混合进入初冷塔，进 入初冷塔的混合气体压力，由回炉煤气旁路压力控制装置控制，保证进入初冷塔的气体压 力平稳地保持在工艺要求的范围内；经过初冷塔降温后的荒煤气，进入电捕焦油器，除去煤 气中的焦油，经过电捕焦油器净化后的煤气，进入后续相关装置，最终进入煤气鼓风机加压 送至焦炉使用或外送至气柜储存。其中一部分净化后的煤气经过旁路管线返回初冷塔，补 偿初冷塔入口处荒煤气的压力，使进入初冷塔的荒煤气压力维持在工艺要求的范围内，保 证初冷塔平稳运行。本发明设置了集气管压力调节装置和炉顶进料装置增加集气管压力调节装 置——具有自动调节集合管压力的功能，较好地解决了原半焦炉煤气中氧含量不稳定的问 题，将荒煤气中的氧含量控制在安全范围之内，能够稳定、可靠、准确的控制煤气氧含量满 足小于2%的要求(生产过程中基本稳定在1. 0% 1. 5% )，并能有效的控制进入初冷塔荒 煤气的压力保证初冷塔平稳安全的运行。同时也减少了半焦煤气的泄露，减少了对环境污 染，并能有效地控制初冷塔荒煤气的进口压力，该压力主要采用旁路回流部分煤气的方式补偿进入初冷塔，以保证初冷塔平稳安全地运行；保证了干馏产品的质量。增加炉顶进料装 置，是为了进一步杜绝空气窜入炉内和集气管，减少荒煤气中的含氧量。下面结合附图叙述一个本发明的实施例，对本发明做进一步说明。
图1是本发明的焦荒煤气集合管压力调节装置原理图；图2是本发明的炉顶给料装置示意图；图3是本发明的温度串级-比值调节装置示意图。
具体实施方式
如下图1显示本实施例半焦荒煤气集合管压力调节装置的构造，主要有脏煤气取样 装置1、阻尼器2、微差压变送器3、信号阻尼器4、智能调节控制器5、电动执行机构6(电动 蝶阀)、调节阀7、半焦炉集合管8。其各部分功能及作用如下(1)脏煤气取样装置1的功能分离出荒煤气介质中的杂质，同时又可缓冲压力。(2)阻尼器2的功能对取压点的脉动压力快速平滑取压，提高调节系统的品质。(3)微差压变送器3的功能将压力信号转换成r20mA的电流信号。信号阻尼器 的功能(4)信号阻尼器4的功能，用来滤除信号中的噪声和干扰信号，起平滑信号作用。 它提供可调的一阶滞后环节，用以补偿和改善调节系统的动态性能。(5)智能调节控制器5的功能，接受微差压变送器的圹20mA的压力信号。根据预 先设定，控制智能电动执行机构动作，同时接受智能电动执行机构反馈的阀位信号，以补偿 阀位偏差。(6)电动执行机构6 (电动蝶阀)的功能，执行智能调节控制器给出的调节信号，并 将动作后的阀位信号反馈给智能调节控制器。(7)调节阀7的功能，调节阀7属于自控阀，将信号输入后进行控制。本实例中使 用蝶阀与电动执行机构直接连接，根据执行机构的动作情况开或者关，改变流体的流通截 面，以此来调节管路压力。(8)半焦炉集合管8的功能，半焦炉集合管是半焦炉侧面连接到喷淋塔侧面的管 道。半焦炉集合管上的压力是该系统的技术控制目标。半焦炉集合管的压力信号，经过脏煤气取样装置1去污缓冲后，进入阻尼器2，阻 尼器2在0. 1秒内将此脉动压力快速平滑稳压后，进入微差压变送器3，微差压变送器3将 管路压力信号转换成r20mA的电流信号后进入信号阻尼器4，通过信号阻尼器4滤除掉信 号中的噪声和干扰信号，并将信号平滑后引入智能调节控制器5 ；智能调节控制器5将该信 号与预设信号比较分析后，给智能型电动执行机构6(即电动蝶阀)输出动作信号，智能型 电动执行机构6根据动作信号驱动调节阀7动作，改变流体的流通截面，以此来调节稳定半 焦炉集合管压力；同时智能型电动执行机构6，将动作后的阀位信号反馈给智能调节控制 器5，以补偿阀位动作偏差。该半焦炉集合管压力的自动调节过程如下
A、鼓风机大回流控制系统根据现场工况，调节器给定值置一 2000Pa，电动信号阻尼器阻尼时间T置ls，比例 度S置80% 150%，积分时间1\置20 30s，微分时间TD置5s，手动/自动开关置手动。手动开启鼓风机进口阀门，遥控电动蝶阀的开度，逐渐使蝶阀的开度达到30%，当 测量值等于给定值时，手动/自动开关置自动，大回流系统投人自动运行，鉴于蝶阀的开度 与流量基本成线性关系，在半焦炉正常煤气产量下，气动蝶阀30%的开度，有较大的上下调 节余地，当半焦炉煤气产量减少时，蝶阀开度自动增大，增大回流量，快速稳定初冷塔前的 压力当煤气产量增大时，蝶阀自动关小，减少回流量，迅速稳定初冷塔前的压力。如此之鼓 风机大回流自动调节的良好性能，为实现半焦炉荒煤气压力自动调节创造了重要条件。B、半焦炉荒煤气集合管压力控制系统根据现场工况，调节器给定值置一 20Pa，电动信号阻尼器阻尼时间T置3s，比例度 6置100% 200%，积分时间1\置15 30s，微分时间TD置5s，手动/自动开关置手动。 同时对阀位信号设定误差补偿。遥控电动蝶阀的开度，当测量值等于给定值时，手动/自动开关置自动运行，投入 运行后，实现了半焦炉荒煤气集合管压力0士50Pa的压力自动调节，满足了生产的安全运 行。图2显示本实施例之炉顶给料装置的结构，主要有上煤皮带9、上料仓10、过渡 料仓11、下料仓12、半焦炉13、过渡料仓上部电液动插板阀14、过渡料仓下部电液动插板阀 15、射频导纳物位计16等部分，组成半焦炉炉顶给料装置。其各部分功能及作用如下(1)上煤皮带9，给炉顶给料装置提供原料。(2)上料仓10，存储上煤皮带送来的原料。(3)过渡料仓11，存储上料仓放入送来的原料，然后再将原料放入下料仓。(4)下料仓12，与半焦炉13连为一体，接收过渡料仓放入的原料入半焦炉。(5)过渡料仓上部电液动插板阀14，控制过渡料仓的进料与否。(6)过渡料仓下部电液动插板阀15，控制下料仓的进料与否。(7)射频导纳物位计16，将测量来的各料位信号送到智能控制系统，实现半焦炉 密封自动给料。过渡料仓11与下料仓12的容积相等，这样可保证在加料过程中不带入压力波动 干扰。上料仓10的射频导纳物位计16与输煤系统连锁，保证上料仓10不能缺煤，也不 能让煤溢出料仓，因此该射频导纳物位计16设上下限连锁报警。过渡料仓11射频导纳物 位计16也设上下限连锁报警，当处于料位上限时关闭过渡料仓上部电液动插板阀14，同时 报警，即具备给半焦炉内放料条件，当处于料位下限时先关闭过渡料仓下部的自动放料装 置——电液动插板阀15，然后打开过渡料仓上部电液动插板阀14给过渡料仓内放料。由于 炉顶空间限制，下料仓射频导纳物位计仅设下限连锁报警，当料位处于下限时在过渡料仓 上部电液动插板阀14关闭的情况下打开过渡料仓下部电液动插板阀15给半焦炉内放料， 达到半焦炉密封自动给料。该给料装置的自动调节工作过程如下先关闭2号电动闸板阀，然后打开1号电动
7闸板阀，给过渡料仓内将料放满，再将1号电动闸板阀关闭，然后再打开2号电动闸板阀给 给半焦炉内放料。该过程采用智能控制器(本实例采用小型PLC)控制，所有的顺序及连锁 均在智能控制器内部实现。根据现场具体情况放料间隔时间确定为15 20min。图3显示本实施例之温度串级_比值调节装置的构造。主要有温度变送器17、温度调节控制器18、回炉空气流量计19、回炉空气流量变 送器20、回炉煤气流量计21、回炉煤气流量变送器22、除法器23、比值调节控制器24、电动 执行机构26 (电动蝶阀)、信号隔离器27。各部分通过相应的结构连接，组成温度串级_比 值调节装置。其各部分功能及作用如下温度变送器17，将热电偶温度信号转换成r20mA的电流信号。温度调节控制器18，接受温度变送器的圹20mA的温度信号，根据预先设定控制智 能电动执行机构动作，调节回炉煤气流量。回炉空气流量计19，在线连续测量回炉空气的流量。回炉空气流量变送器20，将回炉空气流量转换成r20mA的电流信号。回炉煤气气流量计21，在线连续测量回炉煤气的流量。回炉煤气流量变送器22，将回炉煤气流量转换成r20mA的电流信号。除法器23，计算回炉空气流量和回炉煤气流量的比例。比值调节控制器24，接收除法器计算出的回炉空气流量和回炉煤气流量的比例， 根据预先设定控制智能电动执行机构动作，调节回炉煤气流量，保持适当的回炉空气流量 和回炉煤气流量的比例。电动执行机构25，执行调节控制器24的调节信号，并将动作后的阀位信号反馈给 调节控制器24.蝶阀26与电动执行机构直接连接26，根据执行机构的动作情况或开或关，改变流 体的流通截面，以此来调节管路介质流量。信号隔离器27的功能隔离系统中的干扰信号，保护控制回路，消弱环境噪声对 测试电路的影响，提高系统的准确性。根据半焦的工艺特点，选择干馏温度为主被控参数，回炉煤气和回炉空气的流量 之比为副被控参数，组成温度串级-比值控制。在半焦炉干馏温度正常的情况下，通过比值 控制器控制回路空气和回炉煤气的流量比例，保证回炉煤气在炉内充分完全充分燃烧。当 干馏温度收到扰动而变化时，通过温度控制器调节回炉煤气的流量进行补偿。其自动调节过程如下根据工艺情况，选择空气、煤气流量比值控制回路为副环，并允许在一定范围内变 化，选择温度控制回路为主环。主调节器采用PI调节，副调节器采用P调节。根据现场工况，比值调节器给定值K'置1.5，主调节器比例度5置60% 100%，积分时间1\置150 180s，副调节器比例度s 30% 50%，置手动/自动开关置手动。遥控回路空气管道上的电动蝶阀的开度，逐渐使回路空气流量达到设定值时停 止，遥控回路半焦煤气管道上的电动蝶阀的开度，逐渐使回路半焦煤气流量达到设定值时 投入空气、煤气流量比值控制回路(副控回路)，运行稳定后再将温度控制回路投入(主控 回路)。投入运行后，大大减小了剩余空气的上窜问题，同时也稳定了空气、半焦煤气在半焦炉内的充分燃烧，稳定了半焦炉的干馏段温度。该压力调节结构由煤气隔离器、空气隔离器、阻尼器、差压变送器、信号阻尼器构成。煤气、空气隔离器的作用是隔离煤气、空气压力中的干扰信号和杂质信号，维护信号 的正常；阻尼器的作用是对取压点的脉动压力快速平滑取压；差压变送器的作用是将压 力信号转换成Γ20πιΑ的电流信号；信号阻尼器的作用是用来滤除信号中的噪声和干扰信 号，起平滑信号作用，提供可调的一阶滞后环节，用以补偿和改善调节系统的动态性能。
权利要求
内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，有输煤系统、初冷塔、电捕焦油器、集合管装置，输煤系统位于炭化炉的上方，集气管装置一边接炭化炉的侧面，一边接初冷塔的侧面，其特征在于该炭化炉的进料处有一个多密封口的给料密封装置；集合管装置内有集合管压力自动调节装置(8)；炭化炉内有回炉半焦煤气和空气混合燃烧装置；所述给料密封装置，是带有过渡料仓的串联式给料装置，该装置由上料仓(10)，过渡料仓(11)和下料仓(12)组成，上料仓(10)与输煤系统连接(9)，下料仓与半焦炉(13)连接；在上料仓(10)与过渡料仓(11)之间以及过渡料仓(11)与下料仓(12)之间，各有一个自动放料装置(15)；所述集合管压力自动调节装置(8)，其压力测量元件的取压点设在氨水喷淋前；并有一套脏煤气或荒煤气取样装置；在该装置内设有信号阻尼器(4)；初冷塔前设有煤气鼓风机大回流取压点。所述回炉半焦煤气和空气混合燃烧装置，其回炉半焦煤气管道上有调节阀；该调节阀设有变比值控制系统。
2.根据权利要求1所述内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，其特征在于集 合管压力自动调节装置(8)的压力允许波动范围为+lOOPiT-lOOPa。
3.根据权利要求1所述内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，其特征在于过 渡料仓(11)与下料仓(12)的容积相等。
4.根据权利要求1所述内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，其特征在于所 说在上料仓(10)与过渡料仓(11)之间以及过渡料仓(11)与下料仓(12)之间，各有一个 自动放料装置(15)，该自动放料装置是电动闸板阀。
5.根据权利要求1所述内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，其特征在于在 各个料仓上各安装一套物位测量装置(16)。
6.根据权利要求1所述内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，其特征在于回 炉半焦煤气和空气混合燃烧装置之回炉半焦煤气管道上的调节阀，为远程手动开闭。
7.根据权利要求1所述内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，其特征在于所 应用的变比值控制系统，采用比值调节控制器(24)，在其输入端和输出端，分别安装有信号 隔离装置(27)。
8.根据权利要求5所述内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，其特征在于在 各个料仓上各安装一套物位测量装置(16)，该装置是射频导纳物位计；上料仓的射频导纳 物位计与输煤系统连锁，设上下限连锁报警；过渡料仓射频导纳物位计也设上下限连锁报 警；下料仓射频导纳物位计设下限连锁报警。
9.根据权利要求5所述内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，其特征在于所 述集合管压力自动调节装置(8)，在该装置内设有的信号阻尼器，其中包括阻尼器和电动阻 尼器。
全文摘要
内热式直立炭化炉的荒煤气含氧量控制系统，有带有过渡料仓的串联式给料装置，该装置有上料仓、过渡料仓、和下料仓，在上料仓与过渡料仓之间以及过渡料仓与下料仓之间，各有一个自动放料装置；有集合管压力自动调节装置，其取压点设在氨水喷淋前，有一套脏煤气或荒煤气取样装置，设有信号阻尼器；初冷塔前设有煤气鼓风机大回流取压点。炭化炉内有回炉半焦煤气和空气混合燃烧装置，其回炉半焦煤气管道上有调节阀，采用变比值控制系统。本发明之荒煤气含氧量控制系统，具有自动调节集合管压力的功能，较好地解决了原半焦炉煤气中氧含量不稳定的问题，将荒煤气中的氧含量控制在安全范围之内——能够稳定、可靠、准确的控制煤气氧含量满足小于2％的要求，给安全生产提供了保障，同时也减少了半焦煤气的泄露，提高了干馏产品的质量。减少了对环境污染，保证初冷塔平稳安全地运行。
文档编号C10B27/00GK101824328SQ200910254408
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者宫百战, 李水锋 申请人:西安理研工控科技有限公司