CN101818070A - 用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统及自动控制方法 - Google Patents

用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统及自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统，包括燃烧器、混合燃烧室、煤气管路，燃烧器的输入端连接煤气管路，燃烧器的输入端还连接有富氧空气或氧气管路，燃烧器的输出端连接混合燃烧室，混合燃烧室的输出端连接混气室，该混气室的输入端还连接有煤气管路；连接在燃烧器输入端的富氧空气或氧气管路上依次设置有第一加压风机、第一压力测量仪表、第一控制阀和第一流量测量仪；连接在燃烧器输入端的煤气管路上依次设置有第二加压风机、第二压力测量仪表、第二控制阀、第二流量测量仪；运用本发明后，煤气部分闭路循环且质量提高，“三废”排放减少，焦油产率提高，企业之间更容易实现联产及煤气综合利用。

Description

用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统及自动控制方法
技术领域
本发明涉及一种干馏介质发生系统及自动控制方法，尤其是一种用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统及自动控制方法。
背景技术
我国陕北煤炭资源丰富，煤化程度低，具有挥发分高、燃点低、灰分低、硫磷含量低、以及焦油产率高的特点，是低温干馏生产兰炭的优质原料。目前仅榆林年产兰炭量就已接近2000万吨，其兰炭生产设备多采用直立内热炉，热解温度以中温为主。这种炉型无专门的干馏介质发生系统及自动控制方法，采用炉内空气和煤气自然混合燃烧的加热方式。其不足之处是燃烧的废气同时产生于炉内，降低了煤气的热值，同时又增大了煤气净化系统的处理压力，而且废气不易综合利用。另外，煤气在炉内的燃烧不充分，以直接燃烧排放为主造成环境污染和生态问题。因而，积极开发有效的干馏介质发生系统及自动控制方法，提高煤气的综合利用率，形成新的清洁炼焦工艺及成套设备，大大提高陕北煤、煤焦油、焦炉煤气及其余热高效发电技术水平，对陕北能源化工基地建设及可持续发展具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统及自动控制方法，在低温干馏时应用该系统能够有效降低煤气中的氮含量，提高煤气的热值，提高焦油收率，改善兰炭质量。
为实现上述任务，本发明采用如下的技术方案：
一种用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统，包括燃烧器、混合燃烧室和煤气管路，所述的燃烧器的输入端连接煤气管路；
在燃烧器的输入端还连接有富氧空气或氧气管路，燃烧器的输出端连接混合燃烧室，所述的混合燃烧室的输出端连接混气室，该混气室的输入端和煤气管路连通；
在富氧空气或氧气管路上，依次设置有第一加压风机、第一压力测量仪表、第一控制阀和第一流量测量仪；
燃烧器的输入端连通的煤气管路上，依次设置有第二加压风机、第二压力测量仪表、第二控制阀、第二流量测量仪；混合燃烧室的输出端和混气室的输入端之间设有第一温度测量装置；
混气室的输入端连通的煤气管路上，依次设置有第三加压风机(第三压力测量仪表、第三控制阀、第三流量测量仪；
混气室的输出端依次设置有第二温度测量装置、第四压力测量仪表；
第一流量测量仪、第二流量测量仪、第三流量测量仪、第一压力测量仪表、第二压力测量仪表、第三压力测量仪表、第四压力测量仪表、第一加压风机、第二加压风机、第三压风机、和第一温度测量装置、第二温度测量装置分别与数据采集板、单片机相连接。并根据程序控制系统的流量、压力、温度等参数，实现自动控制与报警。
混气室的输出端有热风围管，热风围管的输出端有多个出气口。
用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统的自动控制方法，该系统中的温度、流量和压力信号采用数据采集板采集并进行数据转换，经数据转换后的各种信号从数据采集板进入单片机，单片机运行根据事先编的程序对系统中各设备实现自动控制与报警，具体流程如下：
上述用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统的自动控制方法：该系统中的温度、流量和压力信号，以及电压或电流信号采用数据采集板采集并进行数据转换，经数据转换后的各种信号从数据采集板进入单片机，单片机运行根据事先编的程序对系统中各设备实现自动控制与报警，具体流程如下：
经干馏炉煤气净化装置净化后的净煤气由煤气管路进入，第二压力测量仪表和第二流量测量仪表采集煤气管路中的煤气压力及流量信息并将其转换成电信号后传入数据采集板；单片机实时接收数据采集板发送的信号，并控制第二加压风机加压使净煤气进入燃烧器，同时根据干馏炉对干馏介质的温度和压力要求调节控制阀门控制流量；
与此同时，富氧空气或纯氧由富氧空气或纯氧管路进入，第一压力测量仪表和第一流量测量仪表分别测量富氧空气或纯氧管路中的气体压力及流量信息并将其转换为电信号后传入数据采集板，单片机实时接收判断数据发送的信号，并控制第一加压风机加压使富氧空气或纯氧进入燃烧器，同时根据干馏炉对干馏介质的温度和压力要求调节第一控制阀控制流量；
进入燃烧器的两种气体在混合燃烧室中充分燃烧；
第一温度测量仪表测量混合燃烧室出口的燃烧废气温度T1并将温度数据传送到数据采集板，干馏炉所要求的废气温度为T2，单片机实时接收数据采集板发送的信号并判断：
如果T1＞T2，单片机控制第三加压风机打开，并调节第三控制阀的开度向混气室中兑入冷煤气(净煤气)，直到T1＝T2；第三流量测量仪表和第三压力测量仪表分别测量兑入的冷煤气(净煤气)量和管路中的压力，并将测量的数据发送到数据采集板；
如果T1＜T2，则单片机发出打开第二加压风机和第二控制阀或者打开第一加压风机和第一控制阀的指令，从而调节进入混合燃烧室的煤气量或富氧量，直到T1＝T2；第一流量测量仪表和第一压力测量仪表分别测量氧气管路中的流量和压力数据并发送到数据采集板；第二流量测量仪表和第二压力测量仪表分别测量煤气管路中的流量和压力数据并发送到数据采集板；
如果T1＝T2，燃烧废气直接通入热风围管，并由出气口进入干馏炉，第二温度测量仪表和第四压力测量仪表测量混气室输出端的气体的温度和压力，并将数据传送给数据采集板。
本发明的有益效果是：
(1)煤气采用闭路循环。煤气与富氧空气或氧气按比例充分混合燃烧后，直接用于原煤加热干馏，充分利用了热能，热利用效率高。
(2)在不改变现行低温干馏炉结构的情况下，产出低氮高质量煤气，提高焦油产量和兰炭质量。
(3)减少煤气的产出量，更容易实现煤气净化，有利于实现联产综合利用。
(4)所有的温度、流量、压力测量仪分别与数据采集板、单片机相连接，并根据程序控制系统的流量、压力、温度等参数，实现自动控制与报警。
(5)大大提高现有低温干馏装置的技术和装备水平，为低温干馏技术在高焦油含量的低变质侏罗纪煤的高效利用创造条件。
附图说明
图1为本发明的干馏介质发生系统的结构示意图。
图2为本发明的干馏介质发生系统与干馏炉的联合结构示意图。
图2中I为干馏介质发生装置，II为煤低温干馏装置，图中各装置如下：
1-富氧空气或纯氧管道，2-第一加压风机，3-第一压力测量仪表，4-第一控制阀，5-第一流量测量仪表，6-燃烧器，7-混合燃烧室，8-第一温度测量仪表，9-混气室，10-第二温度测量仪表，11-第四压力测量仪表，12-热风围管，14-干馏炉，13-进气口，15-焦油氨水沉降池，16-焦油池，17煤气净化装置，18-煤气管路，19-第三流量测量仪表，20-第三控制阀，21-第三压力测量仪表，22-第三加压风机，23-第二流量测量仪表，24-第二控制阀，25-第二压力测量仪表，26-第二加压风机；27-数据采集板，28-单片机。
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明。
具体实施方式
如图1所示，一种用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统，包括燃烧器6、混合燃烧室7、煤气管路18，燃烧器6的输入端连接煤气管路18，燃烧器6的输入端还连接有富氧空气或氧气管路1，燃烧器6的输出端连接混合燃烧室7，混合燃烧室7的输出端连接冷煤气兑入的混气室9，该混气室9的输入端和煤气管路18连通；混气室9的输出端有热风围管12，热风围管12的输出端有多个出气口13。
在富氧空气或氧气管路1上，依次设置有第一加压风机2、第一压力测量仪表3、第一控制阀4和第一流量测量仪5；燃烧器6输入端连通的煤气管路18上依次设置有第二加压风机26、第二压力测量仪表25、第二控制阀24、第二流量测量仪23；混合燃烧室7的输出端和混气室9的输入端之间设有第一温度测量装置8；
混气室9的输入端连通的煤气管路18上，依次设置有加第三压风机22、第三压力测量仪表21、第三控制阀20、第三流量测量仪19；混气室9的输出端依次设置有第二温度测量装置10、第四压力测量仪表11；
第一流量测量仪5、第二流量测量仪23、第三流量测量仪19、第一压力测量仪表3、第二压力测量仪表25、第三压力测量仪表21、第四压力测量仪表11、第一加压风机2、第二加压风机26、第三压风机22、和第一温度测量装置8、第二温度测量装置10分别与数据采集板27、单片机28相连接。
如图2所示，实际应用时，将热风围管12的输出端的出气口13连接到干馏炉14上。煤气管路18从煤气净化装置17的输出端开始并分别接入燃烧器6和混气室9的输入端。
本发明改变了传统的空气与煤气在干馏炉内混合燃烧的方式，将富氧空气与煤气在干馏炉14外的燃烧器6中混合燃烧，并根据干馏炉14内温度要求，在混合燃烧室7前端增加一套冷煤气兑入装置-混气室9，以调节进入干馏炉14内的气体温度，从而在比较宽的温度范围内适应不同干馏炉的要求。在混气室9前端设置热风围管12，热风围管12的输出端有多个进气口13，以满足均匀分配热风从不同的进气口进入干馏炉14内的需要。进入低温干馏炉14的干馏介质可按炉子大小不同沿热风围管12设置不同数量或尺寸的进气口13。
上述用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统的自动控制方法：该系统中的温度、流量和压力信号，以及电压或电流信号采用数据采集板27采集并进行数据转换，经数据转换后的各种信号从数据采集板27进入单片机28，单片机28运行根据事先编的程序对系统中各设备实现自动控制与报警，具体流程如下：
经干馏炉煤气净化装置17净化后的净煤气由煤气管路18进入，第二压力测量仪表25和第二流量测量仪表23采集煤气管路18中的煤气压力及流量信息并将其转换成电信号后传入数据采集板27；单片机28实时接收数据采集板27发送的信号，并控制第二加压风机26加压使净煤气进入燃烧器6，同时根据干馏炉14对干馏介质的温度和压力要求调节控制阀门24控制流量；
与此同时，富氧空气或纯氧由富氧空气或纯氧管路1进入，第一压力测量仪表3和第一流量测量仪表5分别测量富氧空气或纯氧管路1中的气体压力及流量信息并将其转换为电信号后传入数据采集板27，单片机28实时接收判断数据27发送的信号，并控制第一加压风机2加压使富氧空气或纯氧进入燃烧器6，同时根据干馏炉14对干馏介质的温度和压力要求调节第一控制阀4控制流量；
进入燃烧器6的两种气体在混合燃烧室7中充分燃烧；
第一温度测量仪表8测量混合燃烧室7出口的燃烧废气温度T1并将温度数据传送到数据采集板27，干馏炉14所要求的废气温度为T2，单片机28实时接收数据采集板27发送的信号并判断：
如果T1＞T2，单片机28控制第三加压风机22打开，并调节第三控制阀20的开度向混气室9中兑入冷煤气(净煤气)，直到T1＝T2；第三流量测量仪表19和第三压力测量仪表21分别测量兑入的冷煤气(净煤气)量和管路中的压力，并将测量的数据发送到数据采集板27；
如果T1＜T2，单片机28发出打开第二加压风机26和第二控制阀24或者打开第一加压风机2和第一控制阀4的指令，从而调节进入混合燃烧室7的煤气量或富氧量，直到T1＝T2；第一流量测量仪表5和第一压力测量仪表3分别测量氧气管路1中的流量和压力数据并发送到数据采集板27；第二流量测量仪表23和第二压力测量仪表25分别测量煤气管路18中的流量和压力数据并发送到数据采集板27；
如果T1＝T2，燃烧废气直接通入热风围管12，并由出气口13进入干馏炉14，第二温度测量仪表10和第四压力测量仪表11测量混气室9输出端的气体的温度和压力，并将数据传送给数据采集板27。
上述过程中，单片机实时对各仪表参数进行判断，如果至少一个参数超过设定值，单片机控制报警。
实施例1：年产兰炭60万吨的生产厂应用(通入富氧空气)
(1)基本情况
兰炭生产采用立式方炉，原采用空气助燃，煤(神木煤)焦比1.68∶1。焦油产率7.8％左右，吨煤剩余煤气量580m3左右，煤气热值1700-1900kcal/Nm3，煤气采用小型燃气发电消纳，发电主要供自用，少量煤气燃烧外排。取样煤气成分为：H2 11.0％，CO 11.2％，CO2 5.9％，CH4 13.29％，C2-C5 1.24％，热值1779kcal/m3。
(2)应用结果
将助燃空气改为富氧空气(富氧率为30％)，应用本发明的干馏介质发生系统，煤焦比降低到1.66∶1，焦油产率提高到8.1％左右，吨煤剩余煤气量降为380-420m3，煤气热值大幅度提高到2800-3200kcal/Nm3，煤气有效成分大幅度提高。取样煤气成分为：H2 14.67％，CO 16.48％，CO2 10.15％，CH417.36％，C2-C5 8.11％，煤气热值3065kcal/m3。发电机效率由原来的39％提高到41％左右，无外排煤气。
实施例2：年产兰炭60万吨的生产厂应用(通入纯氧)
(1)基本情况
兰炭生产采用立式方炉，原采用空气助燃，煤(神木煤)焦比1.67∶1。焦油产率7.8％左右，吨煤剩余煤气量570m3左右，煤气热值1700-1900kcal/Nm3，煤气采用小型燃气发电消纳，发电主要供自用，少量煤气燃烧外排。取样煤气成分为：H2 11.8％，CO 10.9％，CO2 6.1％，CH4 12.39％，C2-C5 1.24％，其余为氮气。煤气热值1768kcal/m3。
(2)应用结果
现将助燃空气改为纯氧，应用本发明的干馏介质发生系统，煤焦比降低到1.63∶1，焦油产率提高到8.2％左右，吨煤剩余煤气量降为190-200m3，煤气热值大幅度提高，达到5500-6400kcal/Nm3，煤气有效成分大幅度提高，具备后续化工利用的条件。取样煤气成分为：H2 17.07％，CO 16.78％，CO210.65％，CH4 41.69％，C2-C5 11.11％，其余为氮气。煤气热值5589kcal/m3。煤气如继续采用小型燃气发电消纳，则发电机效率由原来的39％提高到41％左右，无外排煤气。
实施例3：年产150万吨兰炭的工业区应用(通入纯氧)
(1)基本情况：
工业园区内有年产兰炭60万吨的生产企业2家，年产兰炭20万吨的生产企业1家，均采用立式方炉，空气助燃，煤焦比1.65∶1。焦油产率8％左右，吨煤剩余煤气量580m3左右，煤气热值1700-1900kcal/Nm3，煤气采用燃气燃煤混合发电消纳，发电机效率39％左右。取样煤气平均成分为：H212.1％，CO 10.6％，CO2 6.5％，CH4 14.39％，C2-C5 1.04％，其余为氮气。热值1849kcal/m3。
(2)应用结果
采用集中设置空分制氧装置，分散供氧的方式。助燃气改用纯氧，应用本发明的干馏介质发生系统后，煤焦比降低到1.62∶1，焦油产率提高到8.5％左右，吨煤剩余煤气量降为200m3左右，煤气热值大幅度提高，达到5600-6500kcal/Nm3，煤气有效成分大幅度提高，具备后续化工利用的条件。采用燃气发电，发电机热循环效率提高到42％左右。取样煤气成分为：H2 17.87％，CO17.48％，CO2 11.15％，CH4 43.39％，C2-C5 10.11％，其余为氮气。煤气热值5732kcal/m3。

Claims (4)

1.一种用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统，包括燃烧器(6)、混合燃烧室(7)和煤气管路(18)，所述的燃烧器(6)的输入端连接煤气管路(18)；其特征在于：
在燃烧器(6)的输入端还连接有富氧空气或氧气管路(1)，燃烧器(6)的输出端连接混合燃烧室(7)，所述的混合燃烧室(7)的输出端连接混气室(9)，该混气室(9)的输入端和煤气管路(18)连通；
在富氧空气或氧气管路(1)上，依次设置有第一加压风机(2)、第一压力测量仪表(3)、第一控制阀(4)和第一流量测量仪(5)；
所述燃烧器(6)的输入端连通的煤气管路(18)上，依次设置有第二加压风机(26)、第二压力测量仪表(25)、第二控制阀(24)、第二流量测量仪(23)；混合燃烧室(7)的输出端和混气室(9)的输入端之间设有第一温度测量装置(8)；
所述混气室(9)的输入端连通的煤气管路(18)上，依次设置有第三加压风机(22)、第三压力测量仪表(21)、第三控制阀(20)、第三流量测量仪(19)；
所述混气室(9)的输出端依次设置有第二温度测量装置(10)、第四压力测量仪表(11)；
所述的第一流量测量仪(5)、第二流量测量仪(23)、第三流量测量仪(19)、第一压力测量仪表(3)、第二压力测量仪表(25)、第三压力测量仪表(21)、第四压力测量仪表(11)、第一加压风机(2)、第二加压风机(26)、第三压风机(22)、和第一温度测量装置(8)、第二温度测量装置(10)分别与数据采集板(27)、单片机(28)相连接。
2.如权利要求1所述的用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统，其特征在于，所述的混气室(9)的输出端有热风围管(12)。
3.如权利要求1或2所述的用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统，其特征在于，所述热风围管(12)的输出端有多个出气口(13)。
4.权利要求1所述的用于内热式低温干馏的干馏介质发生系统的自动控制方法，其特征在于，该系统中的温度、流量和压力信号采用数据采集板(27)采集并进行数据转换，经数据转换后的各种信号从数据采集板(27)进入单片机(28)，单片机(28)根据事先编的程序对系统中各设备实现自动控制与报警，具体流程如下：
经干馏炉煤气净化装置(17)净化后的净煤气由煤气管路(18)进入，第二压力测量仪表(25)和第二流量测量仪表(23)采集煤气管路(18)中的煤气压力及流量信息并将其转换成电信号后传入数据采集板(27)；单片机(28)实时接收数据采集板(27)发送的信号，并控制第二加压风机(26)加压使净煤气进入燃烧器(6)，同时根据干馏炉(14)对干馏介质的温度和压力要求调节控制阀门(24)控制流量；
与此同时，富氧空气或纯氧由富氧空气或纯氧管路(1)进入，第一压力测量仪表(3)和第一流量测量仪表(5)分别测量富氧空气或纯氧管路(1)中的气体压力及流量信息并将其转换为电信号后传入数据采集板(27)，单片机(28)实时接收判断数据(27)发送的信号，并控制第一加压风机(2)加压使富氧空气或纯氧进入燃烧器(6)，同时根据干馏炉(14)对干馏介质的温度和压力要求调节第一控制阀(4)控制流量；
进入燃烧器(6)的两种气体在混合燃烧室(7)中充分燃烧；
第一温度测量仪表(8)测量混合燃烧室(7)出口的燃烧废气温度T1并将温度数据传送到数据采集板(27)，干馏炉(14)所要求的废气温度为T2，单片机(28)实时接收数据采集板(27)发送的信号并判断：
如果T1＞T2，单片机(28)控制第三加压风机(22)打开，并调节第三控制阀(20)的开度向混气室(9)中兑入冷煤气(净煤气)，直到T1＝T2；第三流量测量仪表(19)和第三压力测量仪表(21)分别测量兑入的冷煤气(净煤气)量和管路中的压力，并将测量的数据发送到数据采集板(27)；
如果T1＜T2，单片机(28)发出打开第二加压风机(26)和第二控制阀(24)或者打开第一加压风机(2)和第一控制阀(4)的指令，从而调节进入混合燃烧室(7)的煤气量或富氧量，直到T1＝T2；第一流量测量仪表(5)和第一压力测量仪表(3)分别测量氧气管路(1)中的流量和压力数据并发送到数据采集板(27)；第二流量测量仪表(23)和第二压力测量仪表(25)分别测量煤气管路(18)中的流量和压力数据并发送到数据采集板(27)；
如果T1＝T2，燃烧废气直接通入热风围管(12)，并由出气口(13)进入干馏炉(14)，第二温度测量仪表(10)和第四压力测量仪表(11)测量混气室(9)输出端的气体的温度和压力，并将数据传送给数据采集板(27)。
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