CN101486917B - 焦炉α值在线检测系统及其焦炉加热制度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测装置，具体应用于焦炉加热过程中对空气过剩系数α值的检测及对焦炉加热制度进行调节的指导方法，公开了一种焦炉α值在线检测系统，包括气体分析仪和α值在线分析模块，气体分析仪安装于烟气管道与烟囱之间，分析出各气体含量后的烟气经管道进入烟囱后排出；α值在线分析模块通过信号线与气体分析仪进行连接，由气体分析仪分析出的各气体含量数据信息通过信号线传输给α值在线分析模块计算出α值。本发明提供了一种在线检测焦炉α值的系统及其焦炉加热制度调节方法，能够实现焦炉α值在线检测，并适时指导和改善焦炉加热，使加热煤气燃烧更充分完全和合理。总之，本发明结构简单、制作方便、易于安装、成本低、操作简便、效果好。

Description

焦炉α值在线检测系统及其焦炉加热制度调节方法

技术领域

本发明涉及检测装置，具体应用于焦炉加热过程中对空气过剩系数α值的检测，及对焦炉加热制度进行调节的指导方法。

背景技术

焦炉加热煤气燃烧是否充分，对焦化厂节能减排影响重大。目前国内外尚未发现焦炉α值在线检测的装置或方法，多半是采用人工检测焦炉加热的α值或只测含氧。国外及国内少数厂家采用了CCCS、ACCS(日本、宝钢)、CPMS(芬兰、武钢)或CCMS(武钢)等复杂的焦炉专家系统。实践证明，人工、手持检测及这些专家系统只测含氧存在如下缺点和问题：

1、人工检测α值的缺点：人工检测α值，存在工作量大、频次低、误差大、数据滞后的问题，因此，对生产指导意义不大；手持式测量α值频次低、数据滞后无法适时指导焦炉加热。

2、手持式测量α值存在的问题：一是由于废气温度高、含尘量大原因，仪器容易坏，用一段时间后，测量就不准了。

3、焦炉专家系统只测含氧存在的问题：一是不能全面准确反映煤气燃烧情况；二是不能定量指导焦炉加热调节。另外各类焦炉专家系统还存在系统复杂、投资高、不稳定、维护量大、维护费用高的问题，对焦炉加热调节没有具体指导作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种焦炉α值在线检测系统及其焦炉加热制度调节方法，它具有对焦炉α值进行在线检测的特点。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种焦炉α值在线检测系统，包括气体分析仪和α值在线分析模块，所述气体分析仪安装于烟气管道与烟囱之间，分析出各气体含量后的烟气经管道进入烟囱后排出；所述α值在线分析模块通过信号线与气体分析仪进行连接，由气体分析仪分析出的各气体含量数据信息通过信号线传输给α值在线分析模块计算出α值。

对上述基础结构的优化方案为，所述气体分析仪采用拉曼激光气体进行测量或紫外光气体进行测量。

对上述结构进一步的改进为，还包括烟气冷却器和烟气过滤装置，所述烟气过滤装置与机焦侧分烟道相连接，用以过滤烟气中的灰尘；所述烟气冷却器包括第一端、第二端、第三端；所述第一端通过管道与烟气过滤装置相连接，所述第二端通过冷却水泵将冷却水打入烟气冷却器的上段，再流入下段，过滤后的烟气从下段进入，与冷却水间接接触，所述第三端与所述气体分析仪相连接，将过滤并冷却后的烟气输送至气体分析仪对烟气的各气体含量进行分析。

更优选的设计方案为，α值在线分析模块还与中控室计算机及打印机相互连接，由其计算出的α值能够及时被传输至中控室计算机或直接通过打印机打印输出。

一种焦炉加热制度调节方法，根据上述焦炉α值在线检测系统所计算出的α值作为判断依据，α值由各单位根据每座焦炉所烧的煤气不同、炉型不同给出一个合格范围，以下用M表示：

①当α＞M时，说明空气多、煤气少或吸力大，此时：

A.t_实＜t_标，则加煤气量↑

B.t_实＝t_标，则变风门↓，或调吸力↓

C.t_实＞t_标，则变风门↓，或调吸力↓

②当α＜M时，说明空气少、煤气多或吸力小，此时：

A.t_实＜t_标，则变风门↑，或调吸力↑

B.t_实＝t_标，则减煤气量↓，或调吸力↑

C.t_实＞t_标，则减煤气量↓

其中：t_实——实际直行温度，℃

t_标——标准温度，℃；

标准温度依照如下标准温度制定综合经验公式确定：

式中：k₁、k₂——焦炉操作经验系数

て——当前和变后结焦时间中的较大值，h

Δて——结焦时间变化量，h；当缩短结焦时间时，Δて为正值；当延长结焦时间时，Δて为负值

ΔW——配合煤水分变化量，％；当配合煤水分降低时为负值，当配合煤水分升高时为正值

Δt_饼——焦饼温度需要调整的量，℃；当焦饼温度需要降低时为负值，当焦饼温度需要升高时为正值

Δt_标——标准温度需要调整的量，℃；当Δt_标为负值时，要降低标准温度；当Δt_标为正值时，要提高标准温度

Δt_标与t_标的关系为：t_实＝t_标+Δt_标；

当α值需要变化时，煤气流量、分烟道吸力、进风门开度定量调节的方法：

当α值的变化是以α值达标为调节目的，并且 $\left|\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right|\≤|\±$ $2.5|\%$ 时适用以下公式：

①流量调节： $\mathrm{\ΔV}=V\×\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}$

式中，α——现在的空气过剩系数

Δα——α值需要变化的量

V——现在的煤气流量，m³/h

ΔV——煤气流量需要调节的量，m³/h

②分烟道吸力调节： $\mathrm{\Δa}=a\×[{(1+\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}})}^2-1]$

式中，α——现在的空气过剩系数

Δα——α值需要变化的量

a——现在的分烟道吸力，Pa

Δa——分烟道吸力需要调节的量，Pa；

③进风门调节： $\mathrm{\ΔL}=L\×\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}$

式中，α——现在的空气过剩系数

Δα——α值需要变化的量

L——现在的风门开度，mm；

ΔL——风门开度需要调节的量，mm。

本发明的优点在于：

1.提供了一种焦炉α值在线检测系统，通过在线检测α值，避免了现有技术中利用人工检测α值工作量大、误差大，以及手持式测量和人工检测都存在的频次低、数据滞后的问题，实现了焦炉α值在线的检测，并能够根据本发明说提供的焦炉加热制度调节方法适时指导焦炉正常加热。

2.通过增加烟气过滤装置和烟气冷却器，解决了现有技术中手持式测量α值存在的焦炉加热废气温度高、含尘量大，容易损坏仪器或造成测量不准的问题，用以达到精确测量的目的。

3.气体分析仪采用拉曼激光气体进行测量或紫外光气体进行测量，测定焦炉加热废气中的成分。紫外光气体测量技术是新开发出来的，其特点是测量受粉尘干扰小；拉曼激光气体测量技术(LGA)是目前国内外最先进的气体测量技术，与现有的三种主要气体检测方法——红外法、气相色谱法和质谱法相比具有如下优点：

(1).可同时检测多种气体：一台标准的拉曼激光气体分析仪能同时检测八种气体成分，包括控制中需要检测的所有气体。

(2).检测精度高、速度快、可实现多点检测：拉曼激光气体分析仪精度为全量程的0.2％，与质谱仪相当。检测速度可达毫秒级的响应时间，使在线实时控制成为可能，并且可以用切换的方式实现用一台拉曼激光气体分析仪对多个位置进行监测，一台拉曼激光气体分析仪可以检测一座焦炉的机焦侧，或一组焦炉的机焦侧4个点，从而节省整个测试设备的投入成本。与单点检测设备相比能够降低设备的投入成本。

(3).拉曼激光气体测量技术(LGA)能够通过局域网或因特网进行远程操作，将数据传输到控制室或监测部门进行实时监测。可以将测得的数据以数字或模拟信号传输给控制部分，实现实时控制。

(4).拉曼激光气体测量技术(LGA)的激光探头不会被燃烧过程气体中的氢气、水蒸气和其他气体所污染，导致测试失效，因此拉曼激光气体测量技术(LGA)可以长期、稳定、准确地测量各种工业气体，可在各种恶劣的工业环境中长期稳定运行。

(5).拉曼激光气体测量技术(LGA)还可以配置自动标定系统可以任何时候对系统进行标定。

本发明中的气体分析仪采用拉曼激光气体测量技术(LGA)，能够解决目前国内外焦炉专家系统只测含氧，不能全面准确反映煤气燃烧情况、不能定量指导焦炉加热调节的问题。并且也避免了焦炉专家系统投资高、系统复杂、不稳定、维护量大、维护费用高的问题。

本发明提供了一种在线检测焦炉α值的系统及其焦炉加热制度调节方法，能够实现焦炉α值在线检测，并适时指导和改善焦炉加热，使加热煤气燃烧更充分完全和合理。总之，本发明结构简单、制作方便、易于安装、成本低、易于操作、使用效果好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明系统示意图。

其中：1——烟囱  2——管道  3——α值在线分析模块3  4——中控室计算机  5——打印机  6——拉曼激光(或紫外光)气体分析仪  7——管道烟气泵  8——烟气管道  9——烟气冷却器  10——澡堂热水汽包  11——自动切换球阀  12——烟气过滤装置  13——探头  14——机焦侧分烟道  15——水管  16——冷却水泵  17——总烟道

具体实施方式

首先，参照图1所示的本发明系统示意图，将气体分析仪6安装于烟气管道8与烟囱1之间，以便将分析出各气体含量后的烟气经管道2进入烟囱1后排出；α值在线分析模块3通过信号线与气体分析仪6进行连接，以便将气体分析仪6分析出的各气体含量数据信息通过信号线传输给α值在线分析模块3计算出α值。将α值在线分析模块3与中控室计算机4及打印机5相互连接，由其计算出的α值能够及时被传输至中控室计算机4或直接通过打印机5打印输出。

将机焦侧分烟道14与焦炉加热过程中烟气通过的立火道、斜道相联通，并通过管道与总烟道17相联通，通过总烟道17与烟囱1相连接；

将烟气过滤装置12与机焦侧分烟道14相连接，用以过滤烟气中的灰尘，优选的方案为，机焦侧分烟道14通过插入的探头13与烟气过滤装置12相连接；

烟气冷却器9的一端通过管道与烟气过滤装置12相连接，一端通过冷却水泵16将冷却水打入烟气冷却器9的上段，再流入下段，过滤后的烟气从下段进入，与冷却水间接接触，烟气冷却器9的另一端与气体分析仪6相连接，过滤并冷却后的烟气通过管道烟气泵7经烟气管道8抽至气体分析仪6，优选采用拉曼激光气体分析仪或紫外光气体分析仪，对烟气的各气体含量进行分析。从烟气冷却器9出来的水通过水管连接到澡堂热水器包10中。

焦炉加热产生的烟气通过立火道、斜道、进入机焦侧分烟道14，绝大部分通过总烟道17达到烟囱1，很小部分烟气经过插入分烟道的探头13达到烟气过滤装置12，烟气中的灰尘被过滤下来，烟气过滤装置12可定期清扫。机焦两侧被过滤后的烟气，经过管道到达自动切换球阀11，然后通过一根管道到达烟气冷却器9，这样可以节省一套α值在线检测装置。冷却水生活水通过冷却水泵16打入冷却器9的上段，再流入下段，以提高冷却效果。烟气从下段进入，与冷却水间接接触，被冷却到规定的温度以下。经冷却后的烟气，被管道烟气泵7经烟气管道8抽到拉曼激光气体分析仪6或紫外光气体分析仪6，分析出O₂、CO、CO₂等气体的含量后，烟气进入烟囱1。气体分析仪6分析出的数据信号通过信号线传到α值在线分析模块3，α值在线分析模块3将数据信号进行处理，计算出α值，并及时将指导焦炉加热的意见输出到中控室计算机4，也可以将指导意见通过打印机5打印出来，用于指导焦炉加热，保证焦炉加热燃烧的合理性。另外，可以将配煤水分、炼焦周转时间和焦饼温度等有关数据，通过人工输入，程序模块可以自动计算出标准温度需要调整的幅度，以及煤气流量、烟道吸力以及进风门需要调整的幅度，指导焦炉炼焦加热和焦炉生产。达到适时指导和改善焦炉加热，使加热煤气燃烧更充分完全和合理的目的。

冷却烟道气的生活水，从烟气冷却器9出来后，通过水管15直接输送到澡堂热水汽包10中，可以作为热水供职工洗澡用，达到烟气余热利用的目的。

本发明采用的能够指导焦炉加热的α值在线分析模块3通过以下方式计算出空气过剩系数α值：

空气过剩系数α值的计算公式：

其中

式中：O₂、CO、CO₂——干燥废气中各成分体积百分比，％；

V_CO2——煤气完全燃烧时生成的CO₂量，m³/m³；

O_2理——煤气完全燃烧时所需的理论氧量，m³/m³；

L_过——过剩空气量；

O_2过——过剩氧气量。

K——随加热煤气组成而异的系数(简称煤气的K值)。随煤气种类而变化，一般焦炉煤气K＝0.43；高炉煤气K＝2.5；混合煤气K＝2.3(焦炉煤气混合比3～7％)。当煤气成分变化较大时，K值必须进行计算。计算公式如下：

K＝0.43×x％+2.5(100-x)％

式中：x％——焦炉煤气混合比，％

α值——空气过剩系数。一般烧焦炉煤气时，α＝1.20～1.25；烧高炉煤气时，α＝1.15～1.20；烧混合煤气时，α＝1.15～1.25(4.3米焦炉)，α＝1.20～1.30(6米焦炉)，有时为了控制上部温度，防止炉顶空间温度过高，炉墙上部长石墨，对6米焦炉，α＝1.20～1.35。因此，α值由各单位根据每座焦炉所烧的煤气不同、炉型不同给出一个合格范围，以下用M表示。

空气过剩系数α值测量出来后，按如下焦炉加热制度调节方法指导加热制度调节：

①当α＞M时，说明空气多、煤气少或吸力大，此时：

A.t_实＜t_标，则加煤气量↑

B.t_实＝t_标，则变风门↓，或调吸力↓

C.t_实＞t_标，则变风门↓，或调吸力↓

②当α＜M时，说明空气少、煤气多或吸力小，此时：

A.t_实＜t_标，则变风门↑，或调吸力↑

B.t_实＝t_标，则减煤气量↓，或调吸力↑

C.t_实＞t_标，则减煤气量↓

其中：t_实——实际直行温度，℃

t_标——标准温度，℃；

分烟道α值与立火道α值的关系：

用拉曼激光测出的是焦炉机焦侧分烟道α值，要换算成立火道α值，才能按照上述标准进行调节，这就需要对每座焦炉分烟道α值与立火道α值的相关性进行测定。所以在进行α值在线检测系统程序设计时，要有相关系数k的数据输入，实际立火道α值计算公式为：

α＝α_立＝k’×α_分

式中：α_立——立火道α值

α_分——分火道α值

k’——分烟道α值与立火道α值的相关系数，通过人工或仪器测定；

上述调节标准是在假设标准温度合理的情况下制定的，一般来说，焦炉加热标准温度的确定主要考虑如下几个方面的因素：

①装煤量、堆比重及结焦时间。

②天气及配合煤的水分。

③焦炭成熟情况及焦饼中心温度。

标准温度制定综合经验公式：

式中：k₁、k₂——焦炉操作经验系数，对于武钢4.3米焦炉k₁＝0.33，

k₂＝0.8；对于6米焦炉k₁＝0.53，k₂＝1.0。

て——当前和变后结焦时间中的较大值，h。

Δて——结焦时间变化量，h；当缩短结焦时间时，Δて为正值；

当延长结焦时间时，Δて为负值。

ΔW——配合煤水分变化量，％；当配合煤水分降低时为负值，

当配合煤水分升高时为正值。

Δt_饼——焦饼温度需要调整的量，℃；当焦饼温度需要降低时为负值，当焦饼温度需要升高时为正值。

Δt_标——标准温度需要调整的量，℃；当Δt_标为负值时，要降低标准温度；当Δt_标为正值时，要提高标准温度。

Δt_标与t_标的关系为：t_实＝t_标+Δt_标

当α值需要变化时，煤气流量、分烟道吸力、进风门开度定量调节的指导：

流量、吸力、风门随α值定量调节近似推导公式：

(注：①以α值达标为调节目的；②

时适用)

①流量调节：若α为现在的空气过剩系数，Δα为α值需要变化的量，V为现在的煤气流量，m³/h；ΔV为煤气流量需要调节的量，m³/h；则：

$\mathrm{\ΔV}=V\×\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}$

②分烟道吸力调节：若α为现在的空气过剩系数，Δα为α值需要变化的量，a为现在的分烟道吸力，Pa；Δa为分烟道吸力需要调节的量，Pa，则：

$\mathrm{\Δa}=a\×[{(1+\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}})}^2-1]$

③进风门调节：若α为现在的空气过剩系数，Δα为α值需要变化的量，L为现在的风门开度，mm；ΔL为风门开度需要调节的量，mm；则：

$\mathrm{\ΔL}=L\×\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}$

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种焦炉α值在线检测系统，其特征在于，包括气体分析仪(6)和α值在线分析模块(3)，所述气体分析仪(6)安装于烟气管道(8)与烟囱(1)之间，分析出各气体含量后的烟气经管道(2)进入烟囱(1)后排出；所述α值在线分析模块(3)通过信号线与气体分析仪(6)进行连接，由气体分析仪(6)分析出的各气体含量数据信息通过信号线传输给α值在线分析模块(3)计算出α值。

2.如权利要求1所述的一种焦炉α值在线检测系统，其特征在于，所述气体分析仪(6)采用拉曼激光气体进行测量或紫外光气体进行测量。

3.如权利要求1或2所述的一种焦炉α值在线检测系统，其特征在于，还包括烟气冷却器(9)和烟气过滤装置(12)，所述烟气过滤装置(12)与机焦侧分烟道(14)相连接，用以过滤烟气中的灰尘；所述烟气冷却器(9)包括第一端、第二端、第三端；所述第一端通过管道与烟气过滤装置(12)相连接，所述第二端通过冷却水泵(16)将冷却水打入烟气冷却器(9)的上段，再流入下段，过滤后的烟气从下段进入，与冷却水间接接触，所述第三端与所述气体分析仪(6)相连接，将过滤并冷却后的烟气输送至气体分析仪(6)对烟气的各气体含量进行分析。

4.如权利要求1或2所述的一种焦炉α值在线检测系统，其特征在于，α值在线分析模块(3)还与中控室计算机(4)及打印机(5)相互连接，由其计算出的α值能够及时被传输至中控室计算机(4)或直接通过打印机(5)打印输出。

5.如权利要求3所述的一种焦炉α值在线检测系统，其特征在于，α值在线分析模块(3)还与中控室计算机(4)及打印机(5)相互连接，由其计算出的α值能够及时被传输至中控室计算机(4)或直接通过打印机(5)打印输出。

6.一种焦炉加热制度调节方法，其特征在于，根据权利要求1所述的一种焦炉α值在线检测系统所计算出的α值作为判断依据，α值由各单位根据每座焦炉所烧的煤气不同、炉型不同给出一个合格范围，以下用M表示：

①当α＞M时，说明空气多、煤气少或吸力大，此时： 

A.t_实＜t_标，则加煤气量↑

B.t_实＝t_标，则变风门↓，或调吸力↓

C.t_实＞t_标，则变风门↓，或调吸力↓

②当α＜M时，说明空气少、煤气多或吸力小，此时：

A.t_实＜t_标，则变风门↑，或调吸力↑

B.t_实＝t_标，则减煤气量↓，或调吸力↑

C.t_实＞t_标，则减煤气量↓

其中：t_实——实际 执行温度，℃

t_标——标准温度，℃；

标准温度依照如下标准温度制定综合经验公式确定：

式中：k₁、k₂——焦炉操作经验系数

て——当前和变后结焦时间中的较大值，h

Δて——结焦时间变化量，h；当缩短结焦时间时，Δて为正值；当延长结焦时间时，Δて为负值

ΔW——配合煤水分变化量，％；当配合煤水分降低时为负值，当配合煤水分升高时为正值

Δt_饼——焦饼温度需要调整的量，℃；当焦饼温度需要降低时为负值，当焦饼温度需要升高时为正值

Δt_标——标准温度需要调整的量，℃；当Δt_标为负值时，要降低标准温度；当Δt_标为正值时，要提高标准温度

Δt_标与t_标的关系为：t_实＝t_标+Δt_标；

当α值需要变化时，煤气流量、分烟道吸力、进风门开度定量调节的方法：

当α值的变化是以α值达标为调节目的，并且

时适用以下公式：

①流量调节：

式中，α——现在的空气过剩系数 

Δα——α值需要变化的量

V——现在的煤气流量，m³/h

ΔV——煤气流量需要调节的量，m³/h

②分烟道吸力调节：

式中，α——现在的空气过剩系数

Δα——α值需要变化的量

a——现在的分烟道吸力，Pa

Δa——分烟道吸力需要调节的量，Pa；

③进风门调节：

式中，α——现在的空气过剩系数

Δα——α值需要变化的量

L——现在的风门开度，mm；

ΔL——风门开度需要调节的量，mm。 

Images