CN106319142A - 一种转炉煤气回收放散控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转炉煤气回收放散控制装置及方法，利用由煤气主管、三通阀、水封阀、煤气柜、氮气吹扫管、快切阀、旁通管道、旁通阀、煤气放散管道、一氧化碳和氧气检测器、煤气放散塔、放散火炬头、主控系统、高压发生器、火焰检测组件及点火伴烧器组成的控制装置，通过一氧化碳和氧气检测器对煤气的CO和O₂进行实时检测，主控系统根据检测信号进行煤气回收或放散的判断，通过控制三通阀、水封阀、快切阀及旁通阀的开闭，进行煤气回收、放散以及放散塔与煤气放散管道的氮气吹扫，并自动实现放散煤气的点火燃放。本发明可有效降低点火伴烧系统的运行成本，提高点火系统的安全可靠性，极大节约能源，降低维护费用，减少环境污染。

Description

一种转炉煤气回收放散控制装置及方法

技术领域

本发明属于节能环保技术领域，尤其涉及一种转炉煤气回收放散的控制装置及控制方法。

背景技术

转炉煤气是转炉炼钢的副产品,主要可燃成份为CO、H₂和少量的碳氢化合物,有大量的N₂和CO₂，其输配是通过密闭的管网进行的。转炉煤气中CO浓度可达50～70％左右，是钢铁企业中重要的二次能源。但由于转炉煤气产生的不连续性和煤气回收工艺对煤气质量要求等特点，会有大量不符合回收条件或非正常回收状态下的转炉煤气被放散到大气环境中，而符合条件的转炉煤气，可以回收到转炉煤气柜中，并供给煤气用户使用。在转炉完整的一个炼钢周期中只有吹炼过程有转炉煤气产生，这个过程中，转炉煤气中CO浓度迅速从零上升到70％～80％，然后再降为零。整个过程CO浓度变化剧烈，热值波动非常大；转炉煤气中O₂浓度会从21％降至0.8％以下，然后再上升至高位。因此，回收只是对以上过程中间段符合要求的转炉煤气进行回收，判断主要标准就是CO和O₂浓度。

为确保转炉煤气的放散安全，需要在煤气放散塔顶部对放散煤气进行高空点火放散。而放散的转炉煤气热值较低，一般转炉煤气热值为1200-1400KCAL/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，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，而且也对环境造成较大的污染。

专利公开号CN102978333A公开了一种转炉煤气回收系统及其方法，该方法根据煤气中CO浓度不同进行分柜回收，实现了转炉煤气回收的最大化。但该方法要根据划分的CO浓度区间而设定多个用于存储不同浓度CO的煤气柜，会增加转炉煤气回收工艺的复杂性，加大设备投资费用。

“转炉煤气回收与放散点火工艺实践”的文章研究了转炉煤气回收与放散点火工艺实施过程中的安全问题，通过完善转炉煤气回收与放散点火的工艺控制，保证转炉煤气回收与放散点火能够安全稳定运行。但该工艺使用焦炉煤气以长明灯的形式点燃放散转炉煤气。由于焦炉煤气中焦油等杂质含量高，致使煤气管腐蚀且产生堵塞，造成点火不可靠。

文章“100t转炉煤气放散装置的改进”使用转炉煤气柜中回收的转炉煤气作为点火伴烧气源。该方式使用了相对干净、低热值的转炉煤气替代焦炉煤气，降低了煤气放散成本，但需要连接一条煤气管道到放散塔顶部，容易在管道内局部形成水膜，造成系统点火的不可靠。

综上所述，转炉煤气回收及放散自动控制方法还存在诸多问题。主要体现在，现有转炉煤气回收系统工艺复杂；转炉煤气放散点火伴烧需要消耗高热值煤气，且是以全天候长明灯的形式点火伴烧，大大增加了系统运行成本；系统在运行方面存在安全问题，点火不可靠。因此，探寻更加实用有效、节能环保的转炉煤气回收及放散的自动控制方法是非常必要的。

发明内容

本发明提出一种转炉煤气回收放散控制装置及方法，其目的旨在降低转炉煤气的放散成本，提高转炉煤气放散点火的安全可靠性，并降低转炉煤气放散对周边环境的不利影响。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种转炉煤气回收放散控制装置，其特征在于，包括煤气主管、三通阀、水封阀、煤气柜、氮气吹扫管、快切阀、旁通管道、旁通阀、煤气放散管道、一氧化碳和氧气检测器、煤气放散塔、放散火炬头、主控系统、高压发生器、火焰检测组件及点火伴烧器；煤气主管上安装的三通阀一端连接水封阀，水封阀后部设有煤气柜，另一端通过煤气放散管道连接煤气放散塔，煤气放散管道上分别连接有带快切阀的氮气吹扫管和带旁通阀的旁通管道；煤气主管上装有一氧化碳和氧气检测器，一氧化碳和氧气检测器另一端连接主控系统，主控系统上连接有高压发生器，每个高压发生器通过高压电缆连接在对应的点火伴烧器上，每个点火伴烧器旁均装有火焰探测组件，火焰探测组件固定在煤气放散塔上部的放散火炬头上，火焰探测组件的另一端与主控系统相连。

一种转炉煤气回收放散控制方法，其具体控制过程为：

通过一氧化碳和氧气检测器对煤气主管中煤气的CO和O₂含量进行实时检测，主控系统根据一氧化碳和氧气检测器传送的信号及煤气柜能否回收煤气的状态进行煤气回收或放散的判断：

当煤气中的CO浓度高于预定值30％～40％、O₂浓度低于预定值1％～2％，且煤气柜也具备回收条件时时，满足煤气回收条件，主控系统开始执行煤气回收操作：首先打开水封阀，关闭旁通阀，主控系统确认到位后，控制三通阀向煤气回收方位切换，并开始进行煤气回收；转炉煤气通过三通阀进入水封阀，经过除尘处理后进入煤气柜；

当主控系统执行煤气回收操作时，水封阀出现故障或三通阀切换不成功时，主控系统则控制旁通阀自动打开，进行煤气放散，而不进行煤气回收；当故障消除后，旁通阀自动关闭，停止煤气放散；

当煤气中CO和O₂含量达不到回收条件，或者出现煤气柜满柜或故障而拒绝煤气回收时，主控系统将三通阀从回收位切换到放散位，使煤气进入放散塔进行放散；三通阀切换到放散位后，水封阀开始关闭；

当煤气回收放散装置由回收状态切换至放散状态或是由放散状态切换至回收状态时，均进行氮气吹扫，即氮气吹扫管上的快切阀打开，氮气进入煤气放散管道，对整个放散塔及煤气放散管道进行氮气吹扫；根据放散塔管径的不同，氮气吹扫量控制在60～150Nm³/h，吹扫时间为2～5min；

当主控系统判断煤气进行放散时，一氧化碳和氧气检测器检测煤气主管中CO浓度，当CO浓度高于15％～18％时，主控系统向高压发生器提供交流电，供给点火伴烧器产生面状电弧，点燃进入点火伴烧器的放散煤气，并从点火伴烧器上部喷出火焰，喷出的火焰点燃从火炬头出来的放散煤气；点火伴烧器可持续点燃放散煤气，直到煤气放散塔停止放散。

本发明的有益效果为：

本发明可以实现转炉煤气回收及放散的自动控制，大大降低转炉煤气放散塔上点火伴烧系统的运行成本，提高回收及放散点火系统的安全可靠性，能极大节约能源，降低维护费用，减少环境污染，具有较高的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是转炉煤气回收放散控制装置结构示意图。

图中：煤气主管1、三通阀2、水封阀3、煤气柜4、氮气吹扫管5、快切阀6、旁通管道7、旁通阀8、煤气放散管道9、一氧化碳和氧气检测器10、煤气放散塔11、放散火炬头12、主控系统13、高压发生器14、火焰检测组件15、点火伴烧器16。

具体实施方式

由图1可见，本发明转炉煤气回收放散控制装置，主要是由煤气主管1、三通阀2、水封阀3、煤气柜4、氮气吹扫管5、快切阀6、旁通管道7、旁通阀8、煤气放散管道9、一氧化碳和氧气检测器10、煤气放散塔11、放散火炬头12、主控系统13、高压发生器14、火焰检测组件15、点火伴烧器16所组成。

煤气主管1上安装的三通阀2的一端连接水封阀3，水封阀3后部设有煤气柜4；三通阀2的另一端通过煤气放散管道9连接煤气放散塔11，煤气放散管道9上分别连接有带快切阀6的氮气吹扫管5和带旁通阀8的旁通管道7。煤气主管1上装有一氧化碳和氧气检测器10，一氧化碳和氧气检测器10的另一端连接主控系统13，主控系统13上连接有高压发生器14，每个高压发生器14通过高压电缆连接在对应的点火伴烧器16上，每个点火伴烧器16旁均装有火焰探测组件15，火焰探测组件15固定在煤气放散塔11上部的放散火炬头12上，火焰探测组件15的另一端与主控系统13相连。

对于直径为1.8m，高为80m，设计放散量为20万m³/h的转炉煤气放散塔11，本发明转炉煤气回收放散的具体控制过程为：

通过一氧化碳和氧气检测器10对煤气主管1中煤气的CO和O₂含量进行实时检测，主控系统13根据一氧化碳和氧气检测器10传送的信号及煤气柜4煤气柜能否回收煤气的状态进行煤气回收或放散的判断。

当煤气中的CO浓度高于预定值30％、O₂浓度低于预定值1％，且煤气柜4具备回收条件时，即满足煤气回收条件，主控系统13开始执行煤气回收操作：首先打开水封阀3，关闭旁通阀8，主控系统13确认水封阀3打开到位且旁通阀8处于关闭位置后，控制三通阀2向煤气回收方位切换，并开始进行煤气回收；转炉煤气通过三通阀2进入水封阀3，经过除尘处理后进入煤气柜4,根据用户需求供给煤气。

当主控系统执行煤气回收操作时，水封阀出现故障或三通阀切换不成功时，主控系统13则控制旁通阀8自动打开，进行煤气放散，而不进行煤气回收。当故障消除后，主控系统13则控制旁通阀8自动关闭，停止煤气放散。

当煤气中CO和O₂含量达不到回收条件，或者出现煤气柜4满柜或故障拒绝煤气回收时，主控系统13做出转炉煤气放散的判断，并进行放散操作。将三通阀2从回收位切换到放散位，使煤气进入放散塔11进行放散；三通阀2切换到放散位后，水封阀3开始关闭。

当煤气回收放散装置由回收状态切换至放散状态或是由放散状态切换至回收状态时，均进行氮气吹扫：氮气吹扫管5上的快切阀6打开，氮气进入煤气放散管道9，对整个放散塔11及煤气放散管道9进行氮气吹扫；氮气吹扫量控制在100Nm³/h，吹扫时间为3min，吹扫完成后关闭快切阀6，同时发出信号将三通阀2从回收位切换到放散位，并将水封阀3及旁通阀8关闭。

在放散状态下，放散煤气通过煤气放散管道9进入煤气放散塔11；一氧化碳检测器10检测放散管中CO浓度，当CO浓度高于18％时，主控系统13向高压发生器14馈送220V交流电，

当主控系统判断煤气进行放散时，一氧化碳和氧气检测器检测煤气主管中CO浓度，当CO浓度高于18％时，主控系统13向高压发生器14馈送220V交流电，并通过高压发生器14产生25000V的高压电供给给点火伴烧器16，使其能够将进入点火伴烧器16中放散煤气点燃，并从点火伴烧器16上部喷出火焰。喷出的火焰点燃从放散火炬头12中出来的放散煤气。当火焰检测组件15检测到点火伴烧器16产生火焰后，主控系统13停止向高压发生器14馈送交流电。点火伴烧器16持续点燃放散煤气，直到煤气放散塔11停止放散。

需要指出的是，由于放散的转炉煤气是吹炼过程发生煤气的前段和后段，前段放散煤气中CO浓度是从零上升到30％以上的过程；后段放散转炉煤气中CO浓度是从30％以上下降到零的过程；而本发明所使用的点火伴烧器16只有在CO浓度达到15％～18％(对应热值为1920～2300KJ/m³)以上时，才能将放散煤气点燃。因此，在CO浓度从零到15％～18％的时间里，点火伴烧器16无法点燃放散煤气。但通过对转炉煤气中CO浓度的监测统计数据来看，CO浓度低于15％～18％的时间非常短，通常吹炼前段CO浓度是从零上升到15％～18％所用时间只有30秒左右；吹炼后段CO浓度是从15％～18％下降到2％所用时间也只有30秒左右，之后需要50秒左右从2％降至零。因此，即使点火伴烧器16无法点燃15％～18％CO浓度以下的放散煤气，对于整个系统而言也是安全的。

Claims (2)

1.一种转炉煤气回收放散控制装置，其特征在于，包括煤气主管、三通阀、水封阀、煤气柜、氮气吹扫管、快切阀、旁通管道、旁通阀、煤气放散管道、一氧化碳和氧气检测器、煤气放散塔、放散火炬头、主控系统、高压发生器、火焰检测组件及点火伴烧器；煤气主管上安装的三通阀一端连接水封阀，水封阀后部设有煤气柜，另一端通过煤气放散管道连接煤气放散塔，煤气放散管道上分别连接有带快切阀的氮气吹扫管和带旁通阀的旁通管道；煤气主管上装有一氧化碳和氧气检测器，一氧化碳和氧气检测器另一端连接主控系统，主控系统上连接有高压发生器，每个高压发生器通过高压电缆连接在对应的点火伴烧器上，每个点火伴烧器旁均装有火焰探测组件，火焰探测组件固定在煤气放散塔上部的放散火炬头上，火焰探测组件的另一端与主控系统相连。

2.一种应用权利要求1所述转炉煤气回收放散控制装置的方法，其特征在于，煤气回收及放散的具体控制过程为：

通过一氧化碳和氧气检测器对煤气主管中煤气的CO和O₂含量进行实时检测，主控系统根据一氧化碳和氧气检测器传送的信号及煤气柜能否回收煤气的状态进行煤气回收或放散的判断：

当煤气中的CO浓度高于预定值30％～40％、O₂浓度低于预定值1％～2％，且煤气柜也具备回收条件时时，满足煤气回收条件，主控系统开始执行煤气回收操作：首先打开水封阀，关闭旁通阀，主控系统确认到位后，控制三通阀向煤气回收方位切换，并开始进行煤气回收；转炉煤气通过三通阀进入水封阀，经过除尘处理后进入煤气柜；

当主控系统执行煤气回收操作时，水封阀出现故障或三通阀切换不成功时，主控系统则控制旁通阀自动打开，进行煤气放散，而不进行煤气回收；当故障消除后，旁通阀自动关闭，停止煤气放散；

当煤气中CO和O₂含量达不到回收条件，或者出现煤气柜满柜或故障而拒绝煤气回收时，主控系统将三通阀从回收位切换到放散位，使煤气进入放散塔进行放散；三通阀切换到放散位后，水封阀开始关闭；

当煤气回收放散装置由回收状态切换至放散状态或是由放散状态切换至回收状态时，均进行氮气吹扫，即氮气吹扫管上的快切阀打开，氮气进入煤气放散管道，对整个放散塔及煤气放散管道进行氮气吹扫；根据放散塔管径的不同，氮气吹扫量控制在60～150Nm³/h，吹扫时间为2～5min；

当主控系统判断煤气进行放散时，一氧化碳和氧气检测器检测煤气主管中CO浓度，当CO浓度高于15％～18％时，主控系统向高压发生器提供交流电，供给点火伴烧器产生面状电弧，点燃进入点火伴烧器的放散煤气，并从点火伴烧器上部喷出火焰，喷出的火焰点燃从火炬头出来的放散煤气；点火伴烧器可持续点燃放散煤气，直到煤气放散塔停止放散。