CN107239084A - 快速热解炉的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速热解炉的温度控制方法，包括以下步骤：在快速热解炉的炉体内设置多个温度控制区，各控制区设置多个蓄热式辐射管以及与蓄热式辐射管连接的燃气调节阀、空气调节阀，炉体内设置热电偶，测量炉体温度，在蓄热式辐射管上设置热电偶，测量蓄热式辐射管的温度；将炉体温度的信号传给控制器，判断热解炉的工作状态，设定目标温度；将蓄热式辐射管的温度信号传给控制器，确定超温和故障的蓄热式辐射管数量，控制器根据目标温度计算，确定燃气流量与空气流量，并控制调节阀的开度，进而调节温度。本发明所述方法解决了炉体内存在超温和故障的蓄热式辐射管的问题，其具备智能、稳定、安全、高效、节能，温度控制精确的特点。

Description

快速热解炉的温度控制方法

技术领域

本发明涉及煤炭及生物质快速热解领域，尤其涉及一种多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。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。

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

值得注意的是，现有技术在控制蓄热式辐射管快速热解炉的温度时，往往忽略了炉体内超温和故障的蓄热式辐射管，在温度控制时，仍将炉体内超温和故障的蓄热式辐射管的作为正常蓄热式辐射管使用，显然是不适宜的，会导致温度控制不准确。当有部分辐射管停止燃烧时，燃气流量不变化会造成其他的辐射管空燃比配比不当，燃烧不稳定，进而严重影响原料的热解或浪费大量资源、增加成本，损失可能无法估量。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种快速热解炉的温度控制方法，使得温度控制更准确，提高热解效率，减少能源损耗。

本发明提供的快速热解炉的温度控制方法，包括以下步骤：

在快速热解炉的炉体内分区设置多个温度控制区，各温度控制区内均设置多个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；在所述快速热解炉的各温度控制区的炉体内设置热电偶，测量各温度控制区内的炉体温度；在每个所述蓄热式辐射管上设置单独的热电偶，测量所述蓄热式辐射管的温度；

将炉体温度的信号传给控制器，然后所述控制器执行控制程序进行计算与判断，判断所述热解炉的各温度控制区的工作状态为升温阶段或工作阶段，设定目标温度；

将所述蓄热式辐射管的温度信号传给所述控制器，确定炉体内超温和故障的蓄热式辐射管数量，所述控制器根据目标温度计算，确定燃气流量与空气流量，并控制所述燃气调节阀和所述空气调节阀的开度，进而调节各温度控制区的温度。

进一步地，在判断所述热解炉的各温度控制区的工作状态时，设置参考温度设定值，若炉体温度小于设定值，则对应的温度控制区处在升温阶段，若炉体温度大于或等于设定值，则对应的温度控制区处在工作阶段。

更进一步地，将所述蓄热式辐射管的换向信号传给所述控制器，所述控制器及时控制所述燃气调节阀和所述空气调节阀开度。

更进一步地，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控制器。

具体地，利用所述控制器执行控制程序，根据所述压力信号进行计算与判断，生成相应的控制指令，控制所述烟气调节阀的开度。

特别地，当所述温度控制区内所述蓄热式辐射管升温达到上限值时，所述蓄热式辐射管停止燃烧，所述燃气调节阀关闭，所述温度控制区内的燃气流量减少，空气流量不减少；当所述蓄热式辐射管停止燃烧，所述燃气调节阀关闭，所述蓄热式辐射管内的燃气流量不变，空气流量增加。

进一步地，用所述控制器接收与所述快速热解炉相连的螺旋进料机的速度信号，所述控制器根据该速度信号设定目标温度，并对所述快速热解炉的温度进行调节。

优选地，在工作阶段时，设定所述目标温度与所述速度信号成线性关系。

具体地，所述控制器根据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+σ)×F_{实际空气流量}×α×(N-n₁-n₂)/(N-n₂)，Min＝(1-σ)×F_{实际空气流量}×α×(N-n₁-n₂)/(N-n₂)]；其中，

F_燃气设定为设定燃气流量，F_{实际空气流量}为实际空气流量，α为空燃比，N为蓄热式辐射管总数，σ为误差系数(0.03≤σ≤0.8)，n₁为超温的蓄热式辐射管数量，n₂为故障的蓄热式辐射管数量。

具体地，所述控制器根据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+σ)×F_{实际燃气流量}×(N-n₁)/α×(N-n₁-n₂)，Min＝(1-σ)×F_{实际燃气流量}×(N-n₁)/α×(N-n₁-n₂)]；其中，

F_空气设定为设定空气流量，F_{实际燃气流量}为实际燃气流量，α为空燃比，N为蓄热式辐射管总数，σ为误差系数(0.03≤σ≤0.8)，n₁为超温的蓄热式辐射管数量，n₂为故障的蓄热式辐射管数量。

本发明的有益效果：

本发明所述的方法充分考虑了快速热解炉的温度控制条件，并解决了炉体内存在超温和故障的蓄热式辐射管的问题，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，又能最大程度有效利用资源。

附图说明

图1是本发明相关装置的布置示意图。

图2是本发明所述温度控制方法的流程图。

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。

如图1所示，本发明提供一种快速热解炉的温度控制方法。在快速热解炉的炉体内设置多个温度控制区，例如，如图1中的一区、二区、三区、四区，各温度控制区内均设置多个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；在所述快速热解炉的各温度控制区的炉体内设置热电偶，测量各温度控制区内的炉体温度；在每个所述蓄热式辐射管上设置单独的热电偶，测量所述蓄热式辐射管的温度。每个温度控制区可测量多个点，使得测量得到的炉体温度与蓄热式辐射管的温度更为准确。当然，各个温度控制区的控制方法是类似的，只有目标温度不同，因而，在此不针对某一区进行单独的描述。

通过燃气调节阀可调节燃气的流量，空气调节阀可调节助燃空气的流量。将燃气和助燃空气通入蓄热式辐射管，由点火风机将燃气点燃，燃气在蓄热式辐射管内燃烧，为快速热解炉加热。所述蓄热式辐射管设置有换向阀，用于对蓄热式辐射管进行换向燃烧的切换。

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，所述烟气调节阀可控制烟气压力。

如图1所示，本发明所述的多蓄热式辐射管快速热解炉还设置有螺旋进料机，用来控制送入快速热解炉内的进料量。由于进料越多，其需要的热解能量也必然要多，燃气量也应该越多，即燃气量应和进料量呈线性关系，而进料量由螺旋进料机的进料螺旋的速度决定，因此，燃气量与螺旋进料机的速度关系密切，可以用传感器检测螺旋进料机的速度信号。

如图1所示，所述快速热解炉还设置有螺旋出料机、布料氮气入口以及热解气收集管道，所述螺旋出料机用于将热解后的固体产物导出，布料氮气用于向所述快速热解炉通入氮气，用途为均匀布料，同时确保快速热解炉内的无氧环境，热解气收集管道用于收集热解气。

如图2所示，将各热电偶的温度信号输入一个控制器，该控制器可以是一个可编程逻辑控制器，其可以具有相应的输入输出模块。该控制器还可以连接到人机操作界面，该人机操作界面接收所述温度和/或烟气压力的信号，并显示所述快速热解炉的工作状态。使得操作人员可以掌握所述快速热解炉的各种工作状态，从而更好地控制所述快速热解炉的温度。更特别地，利用所述人机操作界面直接编辑指令，发送给所述控制器来调节各阀的开度，进而控制所述快速热解炉的温度，便于更好地应对突发情况，大大提高了本发明所述的温度控制方法的实用性。

如图2所示，一方面，控制器可获得炉体内的温度，进而判断所述热解炉的工作状态为升温阶段或工作阶段，从而设定目标温度。

在判断所述热解炉的各温度控制区的工作状态时，设置参考温度设定值，若炉体温度小于设定值，则对应的温度控制区处在升温阶段，若炉体温度大于或等于设定值，则对应的温度控制区处在工作阶段。各个温度控制区可以设置不同的参考温度设定值，各个温度控制区可分别处在不同的工作阶段。

如果判断为工作阶段，正如上文所述，由于进料越多，其需要的热解能量也必然要多，燃气量也应该越多，即燃气量应和进料量呈线性关系，而进料量由螺旋进料机的进料螺旋的速度决定，因此，燃气量与螺旋进料机的速度关系密切，可以用传感器检测螺旋进料机的速度信号。

然后用所述控制器接收与所述快速热解炉相连的螺旋进料机的速度信号，所述控制器根据该速度信号设置目标温度，并对所述快速热解炉的温度进行调节。正是由于上述原因，设定所述目标温度与所述速度信号成线性关系，同增同减，即目标温度的设定应该根据进料螺旋的速度设定，快速热解炉的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。不同的温度控制区可以根据工艺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。

如果判断为升温阶段，则设定目标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目标温度；如果判断为工作阶段，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。

如图2所示，另一方面，控制器可获得蓄热式辐射管的温度，所有的辐射管构成的温度场处在最合理的范围内，控制器判断蓄热式辐射管的工作状态：正常、超温或故障，确定炉体内超温和故障的蓄热式辐射管数量。在实践应用中，对于蓄热式辐射管超温和由于其他原因导致故障不能投入燃烧的辐射管采取不同的处理方式。当辐射管升温达到上限值时，该辐射管停止燃烧，燃气调节阀关闭，换向阀则继续换向，燃气流量要减少，空气流量不需要减少。当辐射管由于点火信号消失、阀位反馈异常等故障停止燃烧，燃气调节阀关闭，换向阀换向继续，燃气流量不变，空气流量需要增加，换而言之，发生故障的蓄热式辐射管里只通空气不通燃气，燃气量不变是指总的量不变，为了保证温度，其他正常辐射管需要将增加燃气量，为了保持空燃比，故其他正常管内的空气流量要增加。

如图2所示，用所述控制器接收与所述快速热解炉相连的螺旋进料机的速度信号，所述控制器根据该速度信号设定目标温度，并对所述快速热解炉的温度进行调节。所述控制器接入蓄热式辐射管的换向信号，此时控制器通过控制程序保证换向导致的流量、压力变化不会影响到蓄热式辐射管各调节阀。

如图2所示，所述控制器根据目标温度计算，确定燃气流量与空气流量，并控制所述燃气调节阀和所述空气调节阀的开度，控制燃气的燃烧，进而调节温度。

具体地，燃气流量与空气流量的设定可通过模糊计算获得，该计算不需要百分百的精确，然后通过PID调节以及双交叉限幅控制理论的调节可防止波动的影响，其中，在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节，PID调节是根据误差利用比例、积分和微分进行计算控制。所谓双交叉限幅控制理论就是将煤气和空气通过一些环节，各自送入对方的主调节系统，所谓限幅就是通过增量单元，使阀门开度每一次的变化量限制在某一值范围内，目的是使炉温较平缓的变化。本发明的误差设为±σ，0.03≤σ≤0.08以实现更精确地温度控制，从而节约能源并使设备运行更稳定安全。

具体地，所述控制器根据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+σ)×F_{实际空气流量}×α×(N-n₁-n₂)/(N-n₂)，Min＝(1-σ)×F_{实际空气流量}×α×(N-n₁-n₂)/(N-n₂)]；其中，

F_燃气设定为设定燃气流量，F_{实际空气流量}为实际空气流量，α为空燃比，N为蓄热式辐射管总数，σ为误差系数(0.03≤σ≤0.08)，n₁为超温的蓄热式辐射管数量，n₂为故障的蓄热式辐射管数量。

具体地，所述控制器根据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+σ)×F_{实际燃气流量}×(N-n₁)/α×(N-n₁-n₂)，Min＝(1-σ)×F_{实际燃气流量}×(N-n₁)/α×(N-n₁-n₂)]；其中，

F_空气设定为设定空气流量，F_{实际燃气流量}为实际燃气流量，α为空燃比，N为蓄热式辐射管总数，σ为误差系数(0.03≤σ≤0.08)，n₁为超温的蓄热式辐射管数量，n₂为故障的蓄热式辐射管数量。

如图2所示，所述压力传感器测量烟气的压力，并将压力信号传给所述控制器，然后所述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。烟气调节阀相对独立，根据设定的烟气管道的压力，PID调节烟气压力调节阀的开度，保证蓄热式辐射管内的压力始终处在稳定合理的范围内，保证蓄热式辐射管燃烧处在最佳的状态。

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。

Claims (10)

1.一种快速热解炉的炉温控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在快速热解炉的炉体内分区设置多个温度控制区，各温度控制区内均设置多个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；在所述快速热解炉的各温度控制区的炉体内设置热电偶，测量各温度控制区内的炉体温度；在每个所述蓄热式辐射管上设置单独的热电偶，测量所述蓄热式辐射管的温度；

将炉体温度的信号传给控制器，然后所述控制器执行控制程序进行计算与判断，判断所述热解炉的各温度控制区的工作状态为升温阶段或工作阶段，设定目标温度；

将所述蓄热式辐射管的温度信号传给所述控制器，确定炉体内超温和故障的蓄热式辐射管数量，所述控制器根据目标温度计算，确定燃气流量与空气流量，并控制所述燃气调节阀和所述空气调节阀的开度，进而调节各温度控制区的温度。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在判断所述热解炉的各温度控制区的工作状态时，设置参考温度设定值，若炉体温度小于设定值，则对应的温度控制区处在升温阶段，若炉体温度大于或等于设定值，则对应的温度控制区处在工作阶段。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，将所述蓄热式辐射管的换向信号传给所述控制器，所述控制器及时控制所述燃气调节阀和所述空气调节阀开度。

4.如权利要求1-3任一所述的控制方法，其特征在于，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控制器。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，利用所述控制器执行控制程序，根据所述压力信号进行计算与判断，生成相应的控制指令，控制所述烟气调节阀的开度。

6.如权利要求1-3任一所述的控制方法，其特征在于，当所述温度控制区内所述蓄热式辐射管升温达到上限值时，所述蓄热式辐射管停止燃烧，所述燃气调节阀关闭，所述温度控制区内的燃气流量减少，空气流量不减少；当所述蓄热式辐射管停止燃烧，所述燃气调节阀关闭，所述蓄热式辐射管内的燃气流量不变，空气流量增加。

7.如权利要求1-3任一所述的控制方法，其特征在于，用所述控制器接收与所述快速热解炉相连的螺旋进料机的速度信号，所述控制器根据该速度信号设置目标温度，并对所述快速热解炉的温度进行调节。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在工作阶段时，设定所述目标温度与所述速度信号成线性关系。

9.如权利要求1-3任一所述的控制方法，其特征在于，所述控制器根据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+σ)×F_{实际空气流量}×α×(N-n₁-n₂)/(N-n₂)，Min＝(1-σ)×F_{实际空气流量}×α×(N-n₁-n₂)/(N-n₂)]；其中，

F_燃气设定为设定燃气流量，F_{实际空气流量}为实际空气流量，α为空燃比，N为蓄热式辐射管总数，σ为误差系数(0.03≤σ≤0.08)，n₁为超温的蓄热式辐射管数量，n₂为故障的蓄热式辐射管数量。

10.如权利要求1-3任一所述的控制方法，其特征在于，所述控制器根据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+σ)×F_{实际燃气流量}×(N-n₁)/α×(N-n₁-n₂)，Min＝(1-σ)×F_{实际燃气流量}×(N-n₁)/α×(N-n₁-n₂)]；其中，

F_空气设定为设定空气流量，F_{实际燃气流量}为实际燃气流量，α为空燃比，N为蓄热式辐射管总数，σ为误差系数(0.03≤σ≤0.08)，n₁为超温的蓄热式辐射管数量，n₂为故障的蓄热式辐射管数量。