蓄热式辐射管快速热解炉的温度控制方法与流程

本发明涉及煤炭及生物质快速热解领域，尤其涉及一种蓄热式辐射管快速热解炉，特别涉及一种蓄热式辐射管快速热解炉的温度控制方法。

背景技术：

随着蓄热式辐射管快速热解炉应用越来越广泛，其温度控制的问题也日渐突出。要满足蓄热式辐射管快速热解炉温度控制，则面临着三个问题：

问题一，燃烧比控制燃料的燃烧效率；

问题二，燃料的用量控制炉体温度，控制热解效率；

问题三，快速热解的原料不同所需要达到的温度范围也不同。

快速热解炉的温度取决于燃料燃烧过程的放热速率与原料热解过程的吸热速率。当燃料燃烧放热速率慢，原料热解在接近平衡的条件下进行，快速热解炉的温度于一定范围内，燃料燃烧放出的热量就会迅速传递给原料，并被热解反应吸收。但是，当燃料燃烧速率大于原料热解过程的吸热速率，燃料燃烧的热量大于原料热解所需的吸热量，此时快速热解炉的温度就会超过平衡温度范围。而快速热解炉的燃料用量又与快速热解炉温度控制有关。简而言之，快速热解炉的温度控制需要满足两个平衡条件：1、燃料流量乘以空燃比等于所要空气流量(例如：天然气的空燃比是10：1)；2、热解需要热量加上热解炉自身损耗的热量等于燃料燃烧提供的热量。

此外，快速热解炉的温度控制还应考虑产量及物料的情况。当产量较低，即喂料量较小，进料螺旋的转速亦较慢，此时应相应降低快速热解炉温度。因快速热解炉温度过高，一方面会增加热耗，另一方面还不利于热工制度的稳定。总之，在快速热解炉能力许可的情况下应适当提高快速热解炉温度以实现提高效率的目的

现有技术一般要人工设定目标温度，通过调节燃气的流量和助燃空气的流量达到设定目标温度，或者需要人工设定燃气和空气流量调节阀的开度来实现温度控制。

然而，其缺点在于，众所周知，尤其是本领域技术人员，快速热解不同的煤种对温度的要求也不尽相同，这就需要操作人员积累大量的经验，热解炉温度与燃料用量比例及助燃空气用量，如果调节不合适会使热解反应处在不合适的状态，热解炉燃料用量比例过高或过低都是不利的，造成燃料的浪费或者由于温度达不到造成快速热解的不充分。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对蓄热式辐射管快速热解炉温度控制的要求，提供一种既满足快速热解的需要，又不会造成燃料的浪费的温度控制方法。

本发明提供一种蓄热式辐射管快速热解炉的温度控制方法，包括以下步骤：

1)在所述快速热解炉的炉体内设置温度分区，每个所述温度分区内设置蓄热式辐射管以及与所述蓄热式辐射管连接的燃气调节阀、空气调节阀；

2)在蓄热式辐射管内设置辐射管测温热电偶，测量所述温度分区的炉体温度；

3)通过输入输出模块，将炉体的温度信号传给可编程逻辑控制器，然后所述可编程逻辑控制器执行控制程序进行计算与判断，判断所述热解炉的工作状态为升温阶段或工作阶段，设定目标温度并生成相应的控制指令，自动控制所述燃气调节阀和所述空气调节阀的开度，进而调节温度。

具体地，将所述蓄热式辐射管连接压力传感器和烟气调节阀，用所述压力传感器测量烟气的压力，并将压力信号传给所述可编程逻辑控制器，然后所述可编程逻辑控制器执行控制程序进行计算与判断，生成相应的控制指令，控制所述烟气调节阀的开度。

更具体地，所述可编程逻辑控制器连接人机操作界面，该人机操作截面接收所述温度和/或烟气压力的信号，并显示所述快速热解炉的工作状态。

进一步地，利用所述人机操作界面直接编辑指令，发送给所述可编程逻辑控制器来调节所述快速热解炉的温度。

优选地，所述可编程逻辑控制器根据PID调节及双交叉限幅控制理论设定燃气流量F_燃气设定，并调节所述燃气调节阀，

F_燃气设定∈(Min,Max),[Max＝(1+0.05)×F_空气×α，Min＝(1-0.05)×F_空气×α]，其中，

F_燃气设定为设定燃气流量，F_空气为空气流量，α为空燃比。

优选地，所述可编程逻辑控制器根据PID调节及双交叉限幅控制理论设定空气流量F_空气设定，并调节所述空气调节阀，

F_空气设定∈(Min,Max),[Max＝(1+0.05)×F_燃气/α，Min＝(1-0.05)×F_燃气/α]，其中，

F_空气设定为设定空气流量，F_燃气为燃气流量，α为空燃比。

优选地，在所述温度控制分区内，设置多个蓄热式辐射管，其中，每个所述辐射管上设置单独的热电偶，测量所述辐射管的温度，并通过所述输入输出模块将温度信号传给所述可编程逻辑控制器。

优选地，通过所述输入输出模块，所述可编程逻辑控制器接收所述辐射管的换向信号，并及时控制所述燃气调节阀、所述空气调节阀和/或所述烟气调节阀的开度。

特别地，通过所述输入输出模块，所述可编程逻辑控制器接收与所述热解炉相连的螺旋进料机的进料螺旋信号，所述可编程逻辑控制器根据进料量调节温度。

此外，所述控制方法还能够手动实现温度控制，根据设定的目标温度，依次手动调节所述燃气调节阀、空气调节阀和/或烟气调节阀的开度。

本发明的方法针对蓄热式辐射管快速热解炉温度控制的要求而提出，一方面满足了快速热解的需要，另一方面又不会造成燃料的浪费。其具备智能、稳定、安全、高效、节能，温度控制精确的特点，实现了蓄热式辐射管快速热解炉的温度控制。

附图说明

图1是本发明的温度控制方法的流程图。

图2是本发明相关装置的布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明所述的蓄热式辐射管快速热解炉包含四个温度控制区，但每个区的工作原理是相同的，我们仅以一区的温度控制为例详细介绍本发明。如图2所示，每个分区内包含多个蓄热式辐射管(反应区辐射管)，每一个所述温度控制区设有辐射管测温电偶测量温度、炉体测温热电偶，一个烟气压力传感器和一个控制向该温度控制区提供燃气的燃气调节阀，一个控制向该温度控制区提供空气的空气调节阀和一个控制烟气压力的烟气调节阀。每根辐射管上都有单独的热电偶测量温度，保证所有的辐射管构成的温度场处在最合理的范围内，炉体测温热电偶用于测量炉体的温度，以得到更多的数据，进而保证温度控制更精确。

如图2所示，外部信号接入：进料螺旋信号的接入，保证此部分根据螺旋进料机的进料量来调节炉膛内的温度，辐射管换向信号的接入，保证换向导致的流量、压力变化不会影响到辐射管各调节阀。

如图1和2所示，本发明提供一种蓄热式辐射管快速热解炉的温度控制方法，包括以下步骤：

1)在所述快速热解炉的炉体内设置温度分区，每个所述温度分区内设置蓄热式辐射管以及与所述蓄热式辐射管连接的燃气调节阀、空气调节阀；

2)在蓄热式辐射管内设置辐射管测温热电偶，测量所述温度分区的炉体温度；

3)通过输入输出模块，将炉体的温度信号传给可编程逻辑控制器，然后所述可编程逻辑控制器执行控制程序进行计算与判断，判断所述热解炉的工作状态为升温阶段或工作阶段，设定目标温度并生成相应的控制指令，自动控制所述燃气调节阀和所述空气调节阀的开度，进而调节温度。

如图1所示，将所述蓄热式辐射管连接压力传感器和烟气调节阀，用所述压力传感器测量烟气的压力，并将压力信号传给所述可编程逻辑控制器，然后所述可编程逻辑控制器执行控制程序进行计算与判断，生成相应的控制指令，控制所述烟气调节阀的开度。

所述可编程逻辑控制器连接人机操作界面，该人机操作截面接收所述温度和/或烟气压力的信号，并显示所述快速热解炉的工作状态。

利用所述人机操作界面直接编辑指令，发送给所述可编程逻辑控制器来调节所述快速热解炉的温度。

如图2所示，在所述温度控制分区内，设置多个蓄热式辐射管，其中，每个所述辐射管上设置单独的热电偶，测量所述辐射管的温度，并通过所述输入输出模块将温度信号传给所述可编程逻辑控制器。

如图1和2所示，通过所述输入输出模块，所述可编程逻辑控制器接收所述辐射管的换向信号，并及时控制所述燃气调节阀、所述空气调节阀和/或所述烟气调节阀的开度。

如图2所示，通过所述输入输出模块，所述可编程逻辑控制器接收与所述热解炉相连的螺旋进料机的进料螺旋信号，所述可编程逻辑控制器根据进料量调节温度。

如图1所示，所述可编程逻辑控制器根据PID调节及双交叉限幅控制理论设定燃气流量F_燃气设定，并调节所述燃气调节阀，

F_燃气设定∈(Min,Max),[Max＝(1+0.05)×F_空气×α，Min＝(1-0.05)×F_空气×α]，其中，

F_燃气设定为设定燃气流量，F_空气为空气流量，α为空燃比。

如图1所示，所述可编程逻辑控制器根据PID调节及双交叉限幅控制理论设定空气流量F_空气设定，并调节所述空气调节阀，

F_空气设定∈(Min,Max),[Max＝(1+0.05)×F_燃气/α，Min＝(1-0.05)×F_燃气/α]，其中，

F_空气设定为设定空气流量，F_燃气为燃气流量，α为空燃比。

根据目标温度，通过模糊计算得出调节燃气流量，通过PID的调节可以有效防止波动的影响，同时进行双交叉限幅控制理论，使燃气流量的设定F_燃气设定∈(Min,Max),[Max＝(1+0.05)×F_空气×α，Min＝(1-0.05)×F_空气×α],其中，F_燃气设定为设定燃气流量，F_空气为空气流量，α为空燃比。

根据燃气的流量和设定的空燃比调节空气调节阀的开度，亦是通过PID调节，同时进行双交叉限幅控制理论，使空气流量的设定F_空气设定∈(Min,Max),[Max＝(1+0.05)×F_燃气/α，Min＝(1-0.05)×F_燃气/α]；其中，F_空气设定为设定空气流量，F_燃气为燃气流量，α为空燃比烟气调节阀相对独立，根据烟气管道的压力，保证辐射管内的燃烧状态处在最佳的状态。进而实现温度的精确控制。

以上为自动控制，即控制阀完全处在自动控制条件下，如图1和2所示，首先对快速热解炉所处的阶段进行判断。如果判断为升温阶段，则设定温度是根据炉体设定好的升温曲线，随着时间而不断提升设定温度，如果是工作阶段，炉体温度处在相对稳定，燃烧提供的热能等于热解消耗的热能加上热解炉损耗的能量，此时燃气量应和进料量呈线性关系，目标温度的设定应该根据进料螺旋的速度来设定热解炉温度与燃料用量比例及助燃空气用量，热解炉燃料用量比例过高或过低都是不利的。不同分区可以根据工艺需求设定不同的目标温度，在此范围内就可为快速热解炉的合理热力分布提供好的基础。

此外，如图1和2所示，所述控制方法还能够手动实现温度控制，根据设定的目标温度，依次手动调节所述燃气调节阀、空气调节阀和/或烟气调节阀的开度，使各区温度控制在合理范围内，空燃比配置较佳，烟气管压力处在合理范围内。例如利用所述人机操作界面直接编辑指令，发送给所述可编程逻辑控制器来调节所述快速热解炉的温度。

手动控制与自动控制相结合，大大提高了本发明所述的温度控制方法的实用性，便于更好地应对突发情况。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。