一种基于涡流管技术的焦炉煤气热值仪预处理系统及方法与流程

本发明涉及冶金焦化行业中焦炉煤气测量，尤其涉及一种基于涡流管技术的焦炉煤气热值仪预处理系统及方法。

背景技术：

1、在冶金焦化行业焦炉煤气是最常用的燃气产品，是用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，产出焦炭和焦油产品同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。焦炉煤气是一种混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，其主要成分为氢气和甲烷，另外还含有少量的一氧化碳、c2以上不饱和烃、二氧化碳、氧气和氮气等；由于焦炉煤气的净化程度不同，还会含有较多的焦油和萘，而焦油和萘在常温或低温状态下会堵塞取样管道、管件和传感器部件，给焦炉煤气热值连续测量带来困难。

2、焦炉煤气热值作为计量焦煤煤气燃烧热量的重要参数，焦炉加热中、轧钢的加热炉上都需要在线连续测量，用于准确计算焦炉煤气的热量供给，为了保证热值仪正常工作，需要一套预处理系统对焦炉煤气进行预处理。现有的设置一般采用过滤器和水洗装置，将含有杂质的焦炉煤气处理后送到热值内进行测量，过滤装置和水洗装置可以去除焦炉煤气中粉尘杂质和水溶性杂质，对焦炉煤气中焦油和萘的去除能力有限，尤其是萘在30℃以下时会结萘，严重时会在短时间内将过滤器和水洗装置堵塞，造成焦炉煤气不能到达热值仪的测量传感器，使得热值仪不能正常工作；维护人员需要离线更换过滤装置和水洗装置，使得热值仪不能连续工作；有的热值仪预处理系统采用冗余式，虽然可以减少因维护工作造成热值仪测量中断的时间，但是频繁的维护工作和更换预处理装置的费用还是必须的；尤其是在焦炉煤气质量不好时的极端情况下，还可能造成焦油和萘进入到热值仪内部造成热值仪的损坏。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于涡流管技术的焦炉煤气热值仪预处理系统及方法，对焦炉煤气进行预处理，提高了对焦炉煤气中焦油和萘的去除能力；预处理过滤器a和预处理过滤器b分别处于在线工作和离线反吹维护工作，保证热值仪在线连续运行；预处理过滤器设有差压变送器和温度传感器，维护直观便携，提高了热值仪运行可靠性。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种基于涡流管技术的焦炉煤气热值仪预处理系统，包括涡流管、预处理过滤器、仪表压缩空气供气管路、焦炉煤气样气管路、冷气冷却管路、热气反吹管路、焦炉煤气供气管路、热值仪分析主机，预处理过滤器的冷却入口通过冷气冷却管路与涡流管的冷气出口连接，预处理过滤器的反吹入口通过热气反吹管路与涡流管的热气出口连接，预处理过滤器的煤气入口与焦炉煤气样气管路连接，预处理过滤器的煤气出口通过焦炉煤气供气管路与热值仪分析主机的净化后煤气口连接，热值仪分析主机的空气口和涡流管的供气口均与仪表压缩空气供气管路连接；

4、预处理过滤器包括结构相同的预处理过滤器a和预处理过滤器b，预处理过滤器a和预处理过滤器b并联连接，预处理过滤器a和预处理过滤器b互为备用。

5、焦炉煤气样气管路、冷气冷却管路、热气反吹管路、焦炉煤气供气管路均包括主份管路和备份管路，预处理过滤器a的冷却入口与主份冷气冷却管路连接，预处理过滤器b的冷却入口与备份冷气冷却管路连接，预处理过滤器a的反吹入口与主份热气反吹管路连接，预处理过滤器b的反吹入口与备份热气反吹管路连接，预处理过滤器a的煤气入口与主份焦炉煤气样气管路连接，预处理过滤器b的煤气入口与备份焦炉煤气样气管路连接，预处理过滤器a的煤气出口与主份焦炉煤气供气管路连接，预处理过滤器b的煤气出口与备份焦炉煤气供气管路连接；

6、仪表压缩空气供气管路、主份焦炉煤气样气管路、主份冷气冷却管路、主份热气反吹管路、主份焦炉煤气供气管路、备份焦炉煤气样气管路、备份冷气冷却管路、备份热气反吹管路、备份焦炉煤气供气管路设置控制阀，控制阀与plc/dcs系统通过端口连接。

7、预处理过滤器的上端设置冷气放散口，冷气放散口通过管路与热值仪分析主机连接，用于对热值仪分析主机柜内的设备进行冷却，使得热值仪分析主机柜内的压力保持正压。

8、预处理过滤器包括过滤腔和冷却腔，涡流管的冷气通过在线预处理过滤器a的冷却腔对在线预处理过滤器a的过滤腔进行冷却，使得焦炉煤气中焦油和萘吸附冷凝在过滤腔中的过滤填料上；涡流管的热气用于对离线预处理过滤器b进行实时连续反吹，将凝结在离线预处理过滤器b的过滤腔中的过滤填料上的焦油和萘变成液态或气态，随着吹扫气排到排污槽内；

9、焦炉煤气样气通过在线预处理过滤器a的过滤腔进行冷却，使得焦炉煤气中焦油和萘吸附冷凝在过滤腔中的过滤填料上，过滤后的焦炉煤气样气通过预处理过滤器的煤气出口排出。

10、焦炉煤气由焦炉煤气供给管路提供，过滤腔和冷却腔由不锈钢板制成，过滤填料由不锈钢钢丝缠绕而成；预处理过滤器还包括外壳，外壳和过滤腔上设置有散热片，冷却腔固定在散热片上，散热片的底部与冷气冷却管路连接，涡流管的冷气从散热片的上端流出，散热片和过滤腔与流经过滤腔的煤气和过滤填料进行换热。

11、还包括测量装置，测量装置包括温度传感器和差压变送器，温度传感器设置在预处理过滤器的过滤腔的过滤填料中，差压变送器设置在预处理过滤器上，用于检测预处理过滤器进出口压力差值，温度传感器、差压变送器与plc/dcs系统通过端口连接。

12、一种基于涡流管技术的焦炉煤气热值仪预处理方法，基于plc/dcs系统实现自动控制，具体包括以下内容：

13、1)、选择预处理过滤器工作模式，工作模式包括工作模式一和工作模式二，工作模式一和工作模式二不能同时选择；

14、工作模式一为：预处理过滤器a启动在线工作模式，预处理过滤器b启动离线反吹维护模式；

15、工作模式二为：预处理过滤器b启动在线工作模式，预处理过滤器a启动离线反吹维护模式；

16、2)、选择控制模式，控制模式包括定时模式和自动模式，内容如下：

17、a、定时模式：

18、设定定时切换周期t1s，定时切换工作模式一和工作模式二，t1s由hmi人机界面给定；

19、b、自动模式：通过差压变送器采集的测量值pd1自动切换工作模式一和工作模式二；

20、如果工作时间小于t2s，且pd1>pds，切换工作模式；

21、如果工作时间大于t2s，且pd1>pds，切换工作模式；

22、其中：t2s表示正常工作的额定时间设定值；pd1表示预处理过滤器的前后压差测量值；pds表示预处理过滤器的前后压差超标的设定值；

23、3)、故障诊断模块，内容如下：

24、a、工作模式一时，当涡流管工作预热时间达到t3s，如果t1>th时，输出报警信息：涡流管低温工作异常，预处理过滤器a填料故障；t2<tl时，输出报警信息：涡流管高温异常，预处理过滤器b填料故障；

25、b、工作模式二时，t1<tl时，输出报警信息：涡流管高温异常，预处理过滤器a填料故障；t2>th时，输出报警信息：涡流管低温工作异常，预处理过滤器b填料故障；

26、其中：t3s---涡流管预热时间设定值；

27、t1---预处理过滤器a的过滤体温度测量值；

28、t2---预处理过滤器b的过滤体温度测量值；

29、th---涡流管低温工作上限设定值；

30、tl---涡流管高温工作下限设定值。

31、工作模式一和工作模式二的切换过程为：将原先处于离线反吹维护模式的预处理过滤器b切换为在线工作模式，打开焦炉煤气供气备份管路的控制阀，同时关闭热气反吹备份管路的控制阀、打开冷气冷却备份管路的控制阀；将原先处于在线工作模式的预处理过滤器a切换为离线反吹维护模式，关闭焦炉煤气供气主份管路的控制阀，同时打开热气反吹主份管路的控制阀、关闭冷气冷却主份管路的控制阀。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

33、1、从涡流管的冷气出口输出的冷气，能够对处于在线工作的预处理过滤器进行制冷；同时从涡流管的热气出口输出的热气，能够对处于离线反吹维护工作的预处理过滤器进行加热反吹，使得通过预处理过滤器的煤气中不含有焦油和萘杂质，保证热值仪在线连续运行；

34、2、通过对预处理过滤器的过滤腔进行实时温度检测和预处理过滤器的前后两侧压差检测，基于plc/dcs系统，实时记录数据信息，实现预处理系统的故障诊断功能，在线进行涡流管故障诊断及预处理器填料故障诊断，减少人工干预，确保运行可靠性；

35、3、采用涡流管，无需用电、氟利昂或化学冷媒，仅用经过滤的工业用压缩空气，制冷不产生任何废弃物，无需清理残留物，无需清洗零部件，运行可靠、免维护，不锈钢结构持久耐；

36、4、冗余配置的预处理过滤器利用涡流管的冷热气流，在冷气冷却管路和热气反吹管路上设置控制阀，实现交替自动切换控制，改变传统的离线维护方式，确保热值仪在线连续运行，实现热值仪免维护工作；

37、5、预处理过滤器的上端设置冷气放散口，放散气放散到热值仪分析主机柜内，对柜内的设备进行冷却，同时使得柜内的压力保持正压，可以实现柜体的防尘和防爆要求，在不增加成本的前提下提高了热值仪分析主机柜体的防护要求，提高了热值仪的适应性。