CN108949193B - 焦炉废气循环量自动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种焦炉废气循环量自动控制系统及方法,所述系统包括与控制器相连接的煤气成分分析仪、废气成分分析仪、助燃气体成分分析仪、空气成分监测仪和废气循环量调节装置。所述方法为控制器根据所述煤气成分分析仪、废气成分分析仪、助燃气体成分分析仪、空气成分监测仪的测量结果计算废气循环量,并将所述废气循环量与设定的废气循环量比较,将所述废气中NOx体积含量与设定的NOx体积含量比较,根据比较结果产生控制信号控制所述废气循环量调节装置。能够实时、准确的监测废气循环量并在焦炉供热量发生变化时通过调节废气循环量使得废气中NOx排放始终处于达标范围。
Description
技术领域
本发明涉及焦炉废气循环技术领域,特别涉及一种焦炉废气循环量自动控制系统及方法。
背景技术
采用废气循环方法降低焦炉废气中氮氧化物浓度,即抽取焦炉烟道废气掺混到焦炉加热的上升空气中,降低立火道内的燃烧强度,降低燃烧温度,减少立火道内氮氧化物的生成,进而达到降低焦炉外排废气中氮氧化物含量的目的,由于其采用的装置结构简单、投资少、占地小、调节方便、可实现自动控制,并且降氮效果明显,已被越来越多的焦化厂广泛采用。
该方法中,排放废气中氮氧化物含量与废气循环量成反比,即循环废气越多,降低氮氧化物排放的效果越明显,但随着废气回配量的增加,与空气掺混后的助燃气体中氧气含量逐渐降低,使得立火道内煤气的燃烧无法进行,因此为了保证燃烧的稳定性,并不能一味地增加废气循环量。
目前各焦化厂投产的废气循环系统,只在安装过程中进行一次调试,调试时以当时工况下焦炉废气中NOx基本满足环保要求为标准,而投产后通常不具备调节条件,而焦炉在实际生产中的工况变动十分频繁,供热量经常随生产需要发生变化,此时,若废气循环系统无法调节,通常会发生两种情况。当焦炉供热量减小时,进入燃烧室的煤气量减少,立火道内燃烧温度降低,同样的废气循环量下,焦炉废气中NOx含量将远低于环保排放标准,与刚好满足排放标准情况相比,此时废气循环量过高,即风机的转速过高,同时废气循环量的增加将导致焦炉排放废气温度升高,造成热能的浪费,即与刚好达标排放工况相比,此时焦炉的能耗过高,不利于节能生产;当焦炉供热量增加时,进入燃烧室的煤气量增加,立火道内燃烧温度升高,同样的废气循环量下,焦炉废气中NOx含量将高于环保排放标准,超标排放,现场生产时遇到此种情况,通常的做法是每个小时停止加热一段时间,以保证NOx的小时排放平均值在达标范围内,增加操作难度的同时对焦炉生产的稳定顺行造成不利影响。
因此,在焦炉废气循环系统中,废气循环量的控制是一个很重要的环节,如何实时、准确的监测废气循环量并在焦炉供热量发生变化时通过调节废气循环量使得废气中NOx排放始终处于达标范围成为一个亟待解决的问题。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题,本发明提供一种焦炉废气循环量自动控制系统及方法,能够实时、准确的监测废气循环量并在焦炉供热量发生变化时通过调节废气循环量使得废气中NOx排放始终处于达标范围。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
一种焦炉废气循环量自动控制系统,包括与控制器相连接的煤气成分分析仪、废气成分分析仪、助燃气体成分分析仪、空气成分监测仪和废气循环量调节装置。
其中,所述煤气成分分析仪测量焦炉加热用煤气气体成分,所述废气成分分析仪测量燃烧后废气中NOx、CO2和O2的体积含量,所述助燃气体成分分析仪测量循环废气与空气掺混后的助燃气体中CO2和O2的体积含量,所述空气成分监测仪监测当地空气中CO2和O2的体积含量。
所述废气循环量调节装置为循环废气管道的调速风机或循环废气管道的调节阀。
一种焦炉废气循环量自动控制系统的自动控制方法,包括如下步骤:
步骤一、测量焦炉加热用煤气气体成分、燃烧后废气中NOx、CO2和O2的体积含量、循环废气与空气掺混后的助燃气体中CO2和O2的体积含量,空气中CO2和O2的体积含量;
步骤二、根据测量结果计算废气循环量,并将所述废气循环量与设定的废气循环量比较,将所述废气中NOx体积含量与设定的NOx体积含量比较;
步骤三、控制器根据比较结果对废气循环量调节装置进行调节:
1)当所述废气循环量大于所述设定废气循环量时,通过废气循环量调节装置使所述废气循环量减少;
2)当所述废气循环量小于所述设定废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量大于所述设定NOx体积含量的上限时,通过废气循环量调节装置增加所述废气循环量,使所述废气中NOx体积含量降低;
3)当所述废气循环量小于所述设定废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量小于所述设定NOx体积含量的下限时,通过废气循环量调节装置减少所述废气循环量。
所述设定的废气循环量根据废气循环系统安装调试过程确定,以保障立火道内稳定燃烧为前提,所述设定的废气循环量小于能够保障立火道内稳定燃烧的最大废气循环量。
所述设定的NOx体积含量为一个数值区间,上限值和下限值的具体数值根据当地环保排放标准确定。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明能够实时、准确的监测废气循环量并在焦炉供热量发生变化时通过调节废气循环量使得废气中NOx排放始终处于达标范围;
2、可根据焦炉供热量进行自动调整,防止造成热能的浪费,同时避免了因氮氧化物超标而采取的停止加热操作,简化操作流程,保证了生产稳定顺行;
3、实现自动控制,节省人力;实现废气循环量的实时监控,有效预防由于废气循环量过高引起的立火道内不稳定燃烧。
附图说明
图1是本发明焦炉废气循环量自动控制系统的第一实施例的结构示意图;
图2是本发明焦炉废气循环量自动控制系统的第二实施例的结构示意图;
图3是本发明焦炉废气循环量自动控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1-2所示,一种焦炉废气循环量自动控制系统,包括与控制器相连接的煤气成分分析仪、废气成分分析仪、助燃气体成分分析仪、空气成分监测仪和废气循环量调节装置。
其中,所述煤气成分分析仪测量焦炉加热用煤气气体成分,所述废气成分分析仪测量燃烧后废气中NOx、CO2和O2的体积含量,所述助燃气体成分分析仪测量循环废气与空气掺混后的助燃气体中CO2和O2的体积含量,所述空气成分监测仪监测当地空气中CO2和O2的体积含量。
所述废气循环量调节装置为循环废气管道的调速风机或循环废气管道的调节阀。图1的实施例为循环废气管道的调速风机作为废气循环量调节装置,图2的实施例为循环废气管道的调节阀作为废气循环量调节装置。
所述的控制器为工控机。
如图3所示,一种焦炉废气循环量自动控制系统的自动控制方法,所述控制器根据所述煤气成分分析仪、废气成分分析仪、助燃气体成分分析仪、空气成分监测仪的测量结果计算废气循环量,并将所述废气循环量与设定的废气循环量比较,将所述废气中NOx体积含量与设定的NOx体积含量比较,根据比较结果产生控制信号控制所述废气循环量调节装置。
具体包括如下步骤:
步骤一、测量焦炉加热用煤气气体成分、燃烧后废气中NOx、CO2和O2的体积含量、循环废气与空气掺混后的助燃气体中CO2和O2的体积含量,空气中CO2和O2的体积含量;
步骤二、根据测量结果计算废气循环量,并将所述废气循环量与设定的废气循环量比较,将所述废气中NOx体积含量与设定的NOx体积含量比较;
步骤三、控制器根据比较结果对废气循环量调节装置进行调节:
1)当所述废气循环量大于所述设定废气循环量时,通过废气循环量调节装置使所述废气循环量减少;
2)当所述废气循环量小于所述设定废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量大于所述设定NOx体积含量的上限时,通过废气循环量调节装置增加所述废气循环量,使所述废气中NOx体积含量降低;
3)当所述废气循环量小于所述设定废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量小于所述设定NOx体积含量的下限时,通过废气循环量调节装置减少所述废气循环量。
所述设定的废气循环量根据废气循环系统安装调试过程确定,以保障立火道内稳定燃烧为前提,所述设定的废气循环量小于能够保障立火道内稳定燃烧的最大废气循环量。
所述设定的NOx体积含量为一个数值区间,上限值和下限值的具体数值根据当地环保排放标准确定。
所述废气循环量调节装置每次动作后,所述控制器经过一段响应时间后再进行工作,所述响应时间长度根据废气循环系统安装调试过程确定,以保证每次废气循环量调整后所述各系统测量结果稳定为前提。
如图1所示,所述废气循环量调节装置可以是循环废气的调速风机,风机可以配有变频调速器进行调速,所述废气循环量大于所述设定废气循环量时,所述控制器产生第一控制信号,所述废气循环量调节装置根据所述第一控制信号逐步降低所述循环废气风机的转速,使所述废气循环量减少;所述废气循环量小于所述设定废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量大于所述设定NOx体积含量的上限时,所述控制控制器产生第二控制信号,所述废气循环量调节装置根据所述第二控制信号逐步提高所述循环废气风机的转速,使所述废气循环量增加,降低所述废气中NOx体积含量;所述废气循环量小于所述设定废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量小于所述设定NOx体积含量的下限时,所述控制控制器产生第三控制信号,所述废气循环量调节装置根据所述第三控制信号逐步降低所述循环废气风机的转速,使所述废气循环量减少。
所述的废气循环量调节装置按照特定步长降低或提高所述循环废气风机的转速,使所述废气循环量减少或增加,所述特定步长根据废气循环系统安装调试过程确定。
如图2所示,所述废气循环量调节装置也可为循环废气管道的自动调节阀门,所述废气循环量大于所述设定废气循环量时,所述控制器产生第一控制信号,所述废气循环量调节装置根据所述第一控制信号逐步减小废气循环管道阀门的开度,使所述废气循环量减少;所述废气循环量小于所述设定废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量大于所述设定NOx体积含量的上限时,所述控制控制器产生第二控制信号,所述废气循环量调节装置根据所述第二控制信号逐步增加废气循环管道阀门的开度,使所述废气循环量增加,降低所述废气中NOx体积含量;所述废气循环量小于所述设定废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量小于所述设定NOx体积含量的下限时,所述控制控制器产生第三控制信号,所述废气循环量调节装置根据所述第三控制信号逐步减小废气循环管道阀门的开度,使所述废气循环量减少。
所述的废气循环量调节装置,按照特定步长减小或增加所述循环废气管道阀门的开度,使所述废气循环量减少或增加,所述特定步长根据废气循环系统安装调试过程确定。
所述一种焦炉废气循环量自动控制系统的自动控制方法中步骤二的废气循环量的计算方法的实施例,包括如下步骤:
步骤一:获取焦炉加热用煤气的气体成分;获取燃烧后废气中O2和CO2的体积含量;获取当地环境空气中O2和CO2的体积含量;获取空气与循环废气掺混后的助燃气体中O2和CO2的体积含量。
步骤二:根据步骤一获得的数据,采用标记法计算得到助燃气体中循环废气与空气的体积比;
其中:V循为循环废气的体积,m3;V空为空气的体积,m3;pO2,空为空气中O2的体积含量,pO2,助为助燃气体中O2的体积含量,pO2,废为循环废气中O2的体积含量,pCO2,空为空气中CO2的体积含量,pCO2,助为助燃气体中CO2的体积含量,pCO2,废为循环废气中CO2的体积含量;
可采用O2作为标记物计算得到助燃气体中循环废气与空气的体积比;或可采用CO2作为标记物计算得到助燃气体中循环废气与空气的体积比。
步骤三:根据步骤一、二获得的数据,通过煤气各成分燃烧化学反应方程式,计算得到燃烧过程中助燃气体与燃烧废气的体积比;
其中,V助为助燃气体体积,m3;V废为燃烧产生的废气的体积,m3;α助为以助燃气体O2含量为基准计算得到的燃烧过程中的过量空气系数,pO2,助为助燃气体中O2的体积含量,VcO2,理为1m3煤气完全燃烧时,按照煤气各成分燃烧化学反应方程式理论计算所生成的CO2的体积,m3;VO2,理为1m3煤气完全燃烧时,按照煤气各成分燃烧化学反应方程式理论计算需要的O2的体积,m3。
步骤四:结合步骤二、三的计算结果,计算得到循环废气量与燃烧产生总废气量的体积比;
步骤五:根据焦炉加热煤气总量和煤气中各成分化学反应方程式,计算得到加热生成的废气总量,结合步骤四的计算结果,计算得到循环废气量;
其中,V煤为加热煤气总量,m3;V废,理为1m3煤气在助燃气体成分下完全燃烧时,按照煤气各成分燃烧化学反应方程式理论计算所生成的废气的体积,m3。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (4)
1.一种焦炉废气循环量自动控制系统的自动控制方法,所述的系统包括与控制器相连接的煤气成分分析仪、废气成分分析仪、助燃气体成分分析仪、空气成分监测仪和废气循环量调节装置;
其中,所述煤气成分分析仪测量焦炉加热用煤气气体成分,所述废气成分分析仪测量燃烧后废气中NOx、CO2和O2的体积含量,所述助燃气体成分分析仪测量循环废气与空气掺混后的助燃气体中CO2和O2的体积含量,所述空气成分监测仪监测当地空气中CO2和O2的体积含量;
其特征在于,所述的方法包括如下步骤:
步骤一、测量焦炉加热用煤气气体成分、燃烧后废气中NOx、CO2和O2的体积含量、循环废气与空气掺混后的助燃气体中CO2和O2的体积含量,空气中CO2和O2的体积含量;
步骤二、根据测量结果计算废气循环量,并将所述废气循环量与设定的废气循环量比较,将所述废气中NOx体积含量与设定的NOx体积含量比较;
步骤三、控制器根据比较结果对废气循环量调节装置进行调节:
1)当所述废气循环量大于所述设定的废气循环量时,通过废气循环量调节装置使所述废气循环量减少;
2)当所述废气循环量小于所述设定的废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量大于所述设定的NOx体积含量的上限时,通过废气循环量调节装置增加所述废气循环量,使所述废气中NOx体积含量降低;
3)当所述废气循环量小于所述设定的废气循环量,并且所述废气中NOx体积含量小于所述设定的NOx体积含量的下限时,通过废气循环量调节装置减少所述废气循环量。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉废气循环量自动控制系统的自动控制方法,其特征在于,所述废气循环量调节装置为循环废气管道的调速风机或循环废气管道的调节阀。
3.根据权利要求1所述的一种焦炉废气循环量自动控制系统的自动控制方法,其特征在于,所述设定的废气循环量根据焦炉废气循环量自动控制系统安装调试过程确定,以保障立火道内稳定燃烧为前提,所述设定的废气循环量小于能够保障立火道内稳定燃烧的最大废气循环量。
4.根据权利要求1所述的一种焦炉废气循环量自动控制系统的自动控制方法,其特征在于,所述设定的NOx体积含量为一个数值区间,上限值和下限值的具体数值根据当地环保排放标准确定。
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