CN105219900B - 一种高炉煤气放散方法及自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉煤气放散方法及自动控制系统，方法：直接使用放散的高炉煤气作为放散系统的点火伴烧气源；高炉煤气通过点火伴烧器点燃喷出火焰，点燃从放散管中出来的放散高炉煤气。自动控制系统：在氮气吹扫管上设置快切阀，氮气吹扫管经快切阀连接分子封，所述分子封设置在放散管顶部、防风罩底部，分子封设有吹扫氮气入口；主控系统连接高压发生器，并经高压发生器连接点火伴烧器，所述点火伴烧器连接火焰探测组件，火焰探测组件另一端与主控系统相连。实现高炉煤气在非放散状态下“零放散”，防止高炉煤气泄露；使用放散高炉煤气作为点火伴烧系统的燃气气源，自身能源消耗基本为零，降低点火伴烧系统运行成本。

Description

一种高炉煤气放散方法及自动控制系统

技术领域

本发明属于节能环保领域，尤其涉及一种高炉煤气放散自动控制系统。

背景技术

高炉煤气是高炉炼铁的副产品,主要可燃成份为CO、H₂和少量的CH₄,有大量的N₂和CO₂，其输配是通过密闭的管网进行的。但在实际生产过程中,由于煤气的产和供存在一定的不均衡性,在管网超过设计压力时就不得不实施多余煤气的放散。放散的高炉煤气如果直接通过放散塔排入大气,会造成严重的大气污染,影响到周围环境,甚至在个别时段的特殊环境中造成人员煤气中毒。因此，还需要对这部分高炉煤气进行点火伴烧。

目前，普遍采用的高炉煤气放散阀为放散蝶阀。放散蝶阀能够根据高炉煤气管网压力及时准确的自动调节阀门开度，保证高炉煤气管网压力不会出现较大波动，超出管网压力设计要求，满足高炉正常生产需求。但放散蝶阀由于本身阀门特性，无法实现阀门的完全关闭。当高炉出现休风或其它状况造成高炉煤气管网压力过低时，正常状态应该是将放散阀门完全关闭，保证管网内高炉煤气不会从放散阀泄露进入放散塔内。但由于放散蝶阀无法实现阀门的完全关闭，部分钢厂的通常做法是将放散蝶阀留有3°～5°预留角，目的是保证有足够高炉煤气从放散阀进入放散塔；一是确保放散塔底部能够保持较高正压，不会发生回火爆炸的可能；二是确保在放散塔出口有较高浓度高炉煤气，不会出现放散煤气点不着火的问题。这种做法虽然保证了高炉煤气放散的安全，但也造成了煤气管网在非放散状态下大量高炉煤气的损失。同时为确保高炉煤气的放散安全，钢铁企业通常在煤气放散塔顶部对放散煤气进行高空点火放散。由于放散的高炉煤气热值较低(高炉煤气热值为700-900KCAL/m³左右)，很难产生可以完全稳定、自维燃烧的火焰，因此通常需要高热值煤气进行点火和伴烧。国内传统的做法是在各个放散塔顶部保留长明火。长明火的点火伴烧气源通常为高热值的焦炉煤气、天然气或石油液化气等等，甚至有些属于外购燃气。这些长明火不仅消耗了企业大量的高热值燃气，导致钢铁企业生产成本增加，而且也对环境造成了较大的污染。

因此，现有高炉煤气放散系统，当高炉煤气管网压力高于设计压力时，放散蝶阀动作起到一个压力调节的作用；当高炉煤气管网压力低于设计压力时，放散蝶阀留有3°～5°预留角并停止动作；因此，无论高炉煤气管网压力高低都有高炉煤气从放散管中放散。而焦炉煤气作为气源的点火伴烧长明灯一天24小时全天候点燃，保证放散高炉煤气的点火燃烧。

专利《高炉煤气放散塔的煤气放散方法》(公开号CN102286650A)公开了该方法设有9个放散火炬，并将放散火炬分为四组，根据高炉煤气管网压力，分别控制四组放散火炬的关闭，解决了非放散状态下高炉煤气的泄露问题，但该系统的调节能力较差，工艺较为复杂，设备投资较高。

专利CN200975680Y公开高炉煤气放散的点火装置，该装置改变了放散塔的点火结构，克服了原有点火装置的布置不合理、附属焦炉煤气管容易烧损等缺点。但该方法使用焦炉煤气作为点火伴烧气源，增加了系统的运行成本，且焦炉煤气中焦油等杂质含量高，容易致使煤气管腐蚀且产生堵塞，造成点火不可靠。

专利《新型的高炉煤气放散及自动点火系统》(CN102261664A)公开，该系统通过快切阀实现放散系统的完全关闭，并使用煤气管网中的高炉煤气作为点火气源解决了焦炉煤气作为点火气源存在的各种问题。但该系统对管网内高炉煤气在临界压力点频繁波动的状况没有给出合理解决方案，且要从高炉煤气主管网引一条30～50米高的通气管到放散塔顶部，很容易造成通气管的堵塞、点火的不可靠。

综上所述，高炉煤气放散系统还存在诸多问题，主要体现在：一是现有高炉煤气放散系统不能很好的满足高炉煤气管网压力频繁波动，即需调节又需切断的要求；二是现有高炉煤气点火伴烧需要消耗高热值煤气，增加运行成本，或是系统运行存在问题、点火不可靠。因此，探寻更加实用有效、节能环保的高炉煤气放散系统是非常迫切和必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种高炉煤气放散方法及自动控制系统，能够大大降低高炉煤气放散、点火的投资及运行维护成本，提高高炉煤气放散、点火的安全可靠性。

一种高炉煤气放散方法，直接使用放散的高炉煤气作为放散系统的点火伴烧气源；放散管中放散的高炉煤气通过点火伴烧器的煤气入口管自动进入点火伴烧器内部；与空气入口管进入的空气混合，并借助点火伴烧器内催化反应室，在催化反应作用下被电弧点燃，从点火伴烧器上部喷出火焰；喷出的火焰作为点火伴烧火焰，点燃从放散管中出来的放散高炉煤气。

一种高炉煤气放散自动控制系统，高炉煤气主管网通过阀门与放散管相连，在高炉煤气主管网上安装压力检测器，压力检测器分别连接主控系统，在氮气吹扫管上设置快切阀，氮气吹扫管经快切阀连接分子封，所述分子封设置在放散管顶部、防风罩底部，分子封设有吹扫氮气入口；主控系统连接高压发生器，并经高压发生器连接点火伴烧器，所述点火伴烧器连接火焰探测组件，火焰探测组件另一端与主控系统相连。

点火伴烧器为3个，且3个点火伴烧器呈120°角分布，安装在防风罩边缘，点火伴烧器上设置有煤气入口管、空气入口管、除水装置、电梯电弧和催化反应室，电梯电弧发生器通过高压电缆与高压发生器相连；所述煤气入口管与点火伴烧器垂直方向呈30°角向下插入防风罩内；所述除水装置安装在高炉煤气入口管根部位置，所述空气入口管垂直安装在防风外部；电梯电弧发生器安装在煤气入口管和空气入口管的上部，催化反应室安装在电梯电弧发生器上部。

在高炉煤气主管网上安装阀门为密封调节一体阀门，并设置与其配套的电液执行机构。

本发明通过对高炉煤气放散自动控制系统的设计，可以实现高炉煤气在非放散状态下的“零放散”，防止了高炉煤气的大量泄露；又实现了使用放散管中放散高炉煤气作为点火伴烧系统的燃气气源，替代了传统的高热值煤气，自身能源消耗基本为零，大大降低点火伴烧系统的运行成本。本发明安全可靠、节约能源、降低维护成本和保护环境。

附图说明

图1为高炉煤气放散自动控制系统结构示意图。

图2高炉煤气放散管火炬头与点火伴烧器示意图。

图中1-高炉煤气主管网，2-氮气吹扫管，3-密封调节一体阀门，4-电液执行机构，5-压力检测器，6-主控系统,7-高压发生器,8-快切阀，9-放散管，10-火炬头，11-点火伴烧器，12-火焰探测组件，13-分子封，14-吹扫氮气入口，15-防风罩，16-煤气入口管，17-空气入口管，18-除水装置，19-高压电缆，20-电梯电弧，21-催化反应室。

具体实施方式

如图所示，一种高炉煤气放散自动控制系统，高炉煤气主管网1通过阀门3与放散管9相连，在高炉煤气主管网1上安装压力检测器5，压力检测器5分别连接主控系统6，在氮气吹扫管2上设置快切阀8，氮气吹扫管2经快切阀8连接分子封13，所述分子封设置在放散管9顶部、防风罩15底部，分子封13设有吹扫氮气入口14；主控系统6连接高压发生器7，并经高压发生器7连接点火伴烧器11，所述点火伴烧器11连接火焰探测组件12，火焰探测组件12另一端与主控系统6相连；点火伴烧器11为3个，且3个点火伴烧器11呈120°角分布，安装在防风罩15边缘，点火伴烧器11上设置有煤气入口管16、空气入口管17、除水装置18、电梯电弧20和催化反应室21，电梯电弧发生器20通过高压电缆与高压发生器7相连；所述煤气入口管16与点火伴烧器11垂直方向呈30°角向下插入防风罩内；所述除水装置18安装在高炉煤气入口管16根部位置，所述空气入口管17垂直安装在防风罩外部；电梯电弧发生器20安装在煤气入口管16和空气入口管17的上部，催化反应室21安装在电梯电弧发生20器上部。

在高炉煤气主管网1上安装阀门3为密封调节一体阀门，并设置与其配套的电液执行机构4。当高炉煤气管网压力过低时，由于原有放散蝶阀无法实现完全关闭，会有少量高炉煤气通过放散管9泄露，这部分少量泄露高炉煤气进入点火伴烧器11内部与空气入口管17中空气混合后，使得混合煤气中CO浓度过低，无法满足以上所述点火伴烧器点燃的CO最低浓度要求，造成无法点燃这部分泄露高炉煤气。采用密封调节一体阀门3和与其配套的电液执行机构4，当高炉煤气管网压力过低时，可以实现阀门的完全关闭，避免由于CO浓度过低点火伴烧器11无法点燃泄露高炉煤气的问题。同时密封调节一体阀门3和与其配套的电液执行机构4可以实现在30～60秒安全可靠的打开密封调节一体阀门3，并根据管网压力的波动，调节密封调节一体阀门的开度，控制高炉煤气的放散量，保证管网内压力处于合理范围。

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

对于直径为1400mm，高为50m，设计放散量为20万m3/h的高炉煤气放散管。本发明通过压力检测器5对高炉煤气管网1的压力进行实时检测，当高炉煤气管网压力1低于设计放散压力值15Kp时，主控系统6判定放散系统应处于非放散状态，并返回密封调节一体阀门3开关状态，如阀门处于关闭状态则主控系统6不作出响应；如阀门处于打开状态，则主控系统6发出信号通过电液执行机构4将密封调节一体阀门3完全关闭，保证不会有高炉煤气泄露进入放散管；当煤气管网压力1达到设计放散值15Kp时，压力检测器5将信号传送给主控系统6，主控系统6获得信号后通过电液执行机构4可以在30～60秒安全可靠的打开密封调节一体阀门3；并根据管网压力的波动，通过电液执行机构4调节密封调节一体阀门3的开度，控制高炉煤气的放散量，保证管网内压力处于低于15Kp的合理范围。

当高炉煤气管网1压力持续降低，低于设计放散压力时，高炉煤气放散系统从放散状态调整到非放散状态，主控系统6发出信号通过电液执行机构4操作密封调节一体阀门3实现完全关闭。在放散系统运行过程中，氮气吹扫管2提供50m3/h的氮气吹扫量，通过吹扫氮气入口14向分子封13内通入氮气，可以利用氮气的浮力在分子封13上部钟罩内形成一个高于大气压的区域，阻止空气进入放散管9内部，从而防止回火爆炸事故。氮气吹扫管2上的氮气快切阀8处于常开状态，保证放散系统正常工作。

当高炉煤气管网1压力达到设计放散值15Kp，主控系统6获得启动点火信号后，会打开放散系统的密封调节一体阀门3，使放散的高炉煤气进入放散管9；同时还会向高压发生器7馈送220V交流电，使得高压发生器7产生25000V电压，25000V的高压电通过高压电缆19送给点火伴烧器11内的电梯电弧20发生装置，可以产生30×200mm2面状电弧；当放散管9放散的高炉煤气到达防风罩15位置时，通过点火伴烧器11的煤气入口管16自动被引入点火伴烧器内部；煤气入口管16采用白钢制作，与点火伴烧器11垂直方向呈30°角布置，煤气入口管16管长为1m，管径为100mm；可以保证放散高炉煤气自动被引入点火伴烧器内部，不会发生堵塞等问题。在点火伴烧器内煤气入口管16根部位置的除水装置18，可降低进入燃烧室高炉煤气中冷凝水含量，保证点火可靠性；引入的高炉煤气与空气入口管17进入的空气混合，并借助点火伴烧器11内催化反应室21，在催化反应作用下被面状电梯电弧20点燃，从点火伴烧器11上部喷出火焰。喷出的火焰作为点火伴烧火焰，点燃从火炬头10出来的放散高炉煤气。

放散管上共有3个点火伴烧器呈120°角平均分布安装在火炬头10边缘，可以保证无论何种风向下，放散煤气无论向哪个方向飘散都可以被点燃。安装在火炬头10上点火伴烧器11旁边的火焰探测组件12时刻监测着火焰情况，点火伴烧器11点燃放散高炉煤气后，火焰探测组件12将信号反馈给主控系统6，主控系统6停止给高压发生器7提供220V交流电，点火伴烧器11内的电梯电弧20点火部分停止工作，通过催化反应室21可以保证进入点火伴烧器内11的高炉煤气连续燃烧，点火伴烧器11的功能转变为伴烧器。而伴烧器可持续点燃放散高炉煤气，直到高炉煤气管网1压力持续降低，低于设计放散压力15Kp，主控系统6发出信号通过电液执行机构4将密封调节一体阀门3完全关闭，放散管9停止放散。

Claims (1)

1.一种高炉煤气放散方法，其特征在于，直接使用放散的高炉煤气作为放散系统的点火伴烧气源；放散管(9)中放散的高炉煤气通过点火伴烧器(11)的煤气入口管(16)自动进入点火伴烧器(11)内部；与空气入口管(17)进入的空气混合，并借助点火伴烧器(11)内催化反应室(21)，在催化反应作用下被电弧点燃，从点火伴烧器(11)上部喷出火焰；喷出的火焰作为点火伴烧火焰，点燃从放散管(9)中出来的放散高炉煤气；所述高炉煤气放散方法采用的自动控制系统，高炉煤气主管网(1)通过阀门(3)与放散管(9)相连，在高炉煤气主管网(1)上安装压力检测器(5)，压力检测器(5)分别连接主控系统(6)，在氮气吹扫管(2)上设置快切阀(8)，氮气吹扫管(2)经快切阀(8)连接分子封(13)，所述分子封设置在放散管(9)顶部、防风罩(15)底部，分子封(13)设有吹扫氮气入口(14)；主控系统(6)连接高压发生器(7)，并经高压发生器(7)连接点火伴烧器(11)，所述点火伴烧器(11)连接火焰探测组件(12)，火焰探测组件(12)另一端与主控系统(6)相连；所述点火伴烧器(11)为3个，且3个点火伴烧器(11)呈120°角分布，安装在防风罩(15)边缘，点火伴烧器(11)上设置有煤气入口管(16)、空气入口管(17)、除水装置(18)、电梯电弧(20)和催化反应室(21)，电梯电弧发生器(20)通过高压电缆与高压发生器(7)相连；所述煤气入口管(16)与点火伴烧器(11)垂直方向呈30°角向下插入防风罩(15)内；所述除水装置(18)安装在高炉煤气入口管(16)根部位置，所述空气入口管(17)垂直安装在防风罩(15)外部；电梯电弧发生器(20)安装在煤气入口管(16)和空气入口管(17)的上部，催化反应室(21)安装在电梯电弧发生器(20)上部；在高炉煤气主管网(1)上安装阀门(3)为密封调节一体阀门，并设置与其配套的电液执行机构(4)；使用了配有电液执行机构的密封调节一体阀门对高炉煤气放散系统进行开关及调节控制；当高炉煤气管网压力超过设计放散值时，电液执行机构可以在30～60秒安全可靠的打开密封调节一体阀门，并根据管网压力的波动，调节密封调节一体阀门的开度，控制高炉煤气的放散量，保证管网内压力处于合理范围；当高炉煤气管网压力持续降低，低于设计放散压力时，高炉煤气放散系统从放散状态调整到非放散状态，通过电液执行机构操作密封调节一体阀门实现完全关闭；在放散系统运行过程中，通过氮气吹扫管向分子封内通入氮气，可以利用氮气的浮力在分子封上部钟罩内形成一个高于大气压的区域，阻止空气进入放散管内部，从而防止回火爆炸事故。