CN109135778B - 一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统及方法，包括外热式回转炉，外热式回转炉设有三段外夹套和内列管，内列管分别与两端外夹套上的热风进口和热风出口相连通，三段外夹套上热风进出口分别与热风系统连通，经燃气供气管至燃气供气系统，通过筒体内列管与筒体外夹套共同对物料进行加热；在热风系统、筒体外夹套、热风进口和热风出口的燃气供气管、外热式回转炉筒体无夹套部位和筒体内列管进出口上设置有温度测量装置或无线测温装置；在燃气供气管、热风系统上设有流量测量装置和流量调节装置；各装置与信号转换模块连接，再与计算机集中控制系统连接实现对外热式回转干馏装置的反应控制。本发明优化供热系统，提高了系统的热效率。

Description

一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统及方法，属于煤炭低温干馏的控制及方法技术领域。
背景技术
煤炭作为大自然恩赐给人类的化石能源和有机原料的统一体，最高效的利用途径就是以物质和能量消耗最少的方式，实现气、液、固态清洁能源和有机化工原料的同步获取。对于占我国煤炭总储量、探明保有储量以及目前煤炭产量均在55％以上的低变质煤炭资源，包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等，通过低温热解，实现煤的气、液、固组分的分质转化，进而对气、液、固三相物质进一步分质利用，应是煤炭高效利用的最佳途径。
通过对低变质煤炭资源的干馏提质，能很大程度改变其微结构，降低其水分、挥发分，提高其稳定性，还能回收焦油和煤气。因此低阶煤热解提质技术是一种低变质煤炭资源高效利用的有效途径。目前的外热式回转炉工艺煤热解(干馏)工艺为低(中)温热解—中速加热—外热式—隔绝空气—常压，在处理粉煤上有很大优势。外热式回转炉的供热：由煤气和适量空气进行完全燃烧，加热循环使用的热烟气进入回转干馏炉为炉体供热。
回转炉低温干馏过程中，实现节能减排和提高产品收率是生产追求的目标，特别是热风系统中燃气的合理燃烧，使热量能在在干馏炉内得到充分利用，但在实际生产过程中，由于燃气压力不稳定，空燃比设定不合理等原因，经常造成炉内温度波动大，煤炭的转化率低，能耗增加等问题。而提高产品收率和系统能效的关键是控制炉体内物料的温度分布。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种有效控制回转干馏装置反应温度的控制系统，通过精确控制反应温度和优化炉体内物料温度分布情况，提高煤焦油产品的收率和热解煤气的品质，优化供热系统，精确控制燃烧情况并进行余热回收，提高系统的热效率。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统，包括外热式回转炉，外热式回转炉设有三段筒体外夹套和筒体内列管，筒体内列管分别与两端筒体外夹套上的热风进口和热风出口相连通，三段筒体外夹套上热风进口和热风出口分别与热风系统连通，经燃气供气管至燃气供气系统，通过筒体内列管与筒体外夹套共同对物料进行加热；
在热风系统、筒体外夹套、热风进口和热风出口的燃气供气管、外热式回转炉筒体无夹套部位和筒体内列管进出口上设置有温度测量装置或无线测温装置；在燃气供气管、热风系统上设有流量测量装置和流量调节装置；
所述温度测量装置、无线测温装置、红外测距装置、流量测量装置和流量调节装置与信号转换模块连接，再与计算机集中控制系统连接实现对外热式回转干馏装置的反应控制。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
进一步包括设于外热式回转炉后滚圈上的红外测距装置，测量筒体伸长量LI，根据公式计算出筒体平均温度：
T＝LI/(a×L)×1000
其中,T为筒体平均温度，LI为筒体伸长量，a为线性膨胀系数，L为筒体长度。
进一步，所述热风系统包括热风炉、空气预热器、烟气循环风机和空气风机；在外热式回转炉炉膛、热风炉出口、外热式回转炉的回风管道、排烟管道、空气预热器的预热后空气管道上均设置温度测量装置；空气预热器的空气管道和燃气供气管上均设有流量测量装置和流量调节装置。
进一步，所述温度测量装置为热电偶或热电阻；所述无线测温装置包括热电偶、万向节、无线温度发射器和接收装置。
进一步，所述流量测量装置为标准节流装置，流量调节装置为调节阀或调节风门。
进一步，所述红外测距装置为红外测距仪。
本发明进而给出了所述系统的反应控制方法，包括以下步骤：整个反应控制过程通过DCS来完成；
(1)列管温度控制部分：
a、通过计算机控制系统给定列管热风炉出口目标温度值T1，根据给定的温度设定值，由DCS控制系统中的CPU控制器件调节列管燃气流量调节装置FIC-01，使燃气流量FI-01发生变化；
b、通过燃气和空气流量的PID控制使热风反馈温度TI-01与列管热风炉出口目标温度值T1差值逐渐接近；
c、当监测热风炉内炉膛温度TI-02＞1000℃时，DCS控制系统中的CPU控制器关闭列管燃气流量调节装置FIC-01，随之列管预热空气流量调节装置FIC-02恢复至初始开度；
(2)夹套温度控制部分：
a、通过计算机控制系统给定夹套热风炉出口目标温度值T2，根据给定的温度设定值，由DCS控制系统中的CPU控制器件调节夹套燃气流量调节装置FIC-03，使燃气流量FI-03发生变化；
b、通过燃气和空气流量的PID控制使热风反馈温度TI-10与夹套热风炉出口目标温度值T2差值逐渐接近；
c、当监测热风炉内炉膛温度TI-12＞1000℃时，DCS控制系统中的CPU控制器关闭燃气流量调节装置FIC-03，随之夹套预热空气流量调节装置FIC-04恢复至初始开度；
(3)采集红外测距装置的数据LI通过设定在控制系统内的计算程序计算出夹套平均温度，采集列管进出口无线测温装置的温度TI-06和TI-07，通过设定在控制系统内的计算程序计算出列管平均温度；
设定夹套平均温度与列管平均温度的差值<100℃，当差值超过100℃时，DCS控制系统通过PID自动调节列管和夹套循环风机的频率，从而使温度差值在规定范围内；
(4)根据无线测温装置测量干馏炉内物料温度TI-08和TI-09，通过物料温度的判定，分别给定列管热风炉出口目标温度值T1和夹套热风炉出口目标温度值T2；
(5)利用计算机控制系统控制热风系统协同工作，根据进料情况进行热量控制，对筒体外夹套、列管循环风量、热风温度进行自动化调节，实现干馏系统的自动控制。
进一步，所述步骤(1)-a中，不同的燃气流量FI-01对应调整空气流量FI-02，从而确定空气流量调节装置FIC-02的开度。
进一步，所述步骤(2)-a中，不同的燃气流量FI-03对应调整空气流量FI-04，从而确定空气流量调节装置FIC-04的开度。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
(1)通过设置于回转炉与回转炉不同位置的温度检测装置，预测炉内物料温度分布情况，为精确控制热解反应提供支持。
(2)通过设置于热风系统的温度检测装置、流量检测装置、控制阀和设置于干馏炉上的风门实现干馏系统的温度自动控制。
(3)通过对干馏温度和物料在炉内温度分布的控制，为提高煤炭转换率、增加焦油的收率提供了支持。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为结合实施例所述的本发明的一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的流程示意图；
图2为无线测温装置结构示意图。
图中标记如下：1、外热式回转炉；2、热风炉；3、烟气循环风机；4、空气风机；5、空气预热器；6、排烟筒；7、红外测距装置；8、后滚圈；9、热电偶；10、万向节；11、无线温度发射器；12、深度调节装置。TI:温度显示；FI：流量显示，LI：长度显示；FIC：流量调节控制。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如附图1所示，本实施例提供一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统，包括在外热式回转炉1筒体外设的三段筒体外夹套和筒体内列管，夹套设置有2个热风进口、1个热风出口；筒体内列管分别与两端筒体外夹套上的热风进口和热风出口相连通，三段筒体外夹套上热风进口和热风出口分别与热风系统连通，经燃气供气管至燃气供气系统，通过筒体内列管与筒体外夹套共同对物料进行加热。
筒体外夹套进风口均设置电动风门；夹套进风、出风口附近设置温度测量装置测量温度TI-10和TI-11。筒体后滚圈8处有红外测距装置7，用于测量筒体的伸长量LI，根据公式计算出筒体平均温度：
T＝LI/(a×L)×1000
其中,T为筒体平均温度，LI为筒体伸长量，a为线性膨胀系数，L为筒体长度。
筒体内设置列管，列管设置1个热风进口和1个热风出口，列管进风口设置电动风门，进风口和出风口分别设置测温装置TI-01和TI-05，测量温度，在筒体内列管进出口处分别设置无线测温装置TI-06和TI-07，测量列管温度。
筒体无夹套部位设置无线测温装置(附图2)，装置含3个处于保护管不同位置的热电偶9，保护管伸出炉体前接万向节10，热电偶通过信号电缆与无线温度发射器11连接，保护管设深度调节装置12，通过旋转螺杆上的转盘可以控制电偶在料层中的深度。
夹套和列管各拥有一套独立的热风系统，热风系统设置烟气循环风机3用于大部分烟气的强制循环，采用空气预热器5用于少量排放的烟气余热回收利用。热风炉2炉膛设置测温装置(列管热风炉温度TI-02，夹套热风炉温度TI-12)，空气预热器5预热后热空气管道装设温度测量装置(列管空气温度TI-04，夹套空气温度TI-13)，排烟筒6前排烟管道上设置测温装置(列管排烟温度TI-03，夹套排烟温度TI-14)；燃气管道设置流量测量装置和流量调节装置(列管燃气管道上设有流量FI-01和流量控制FIC-01，夹套燃气管道上设有流量FI-03和流量控制FIC-03)；空气经空气风机4加压后在空气管道设置流量测量装置和流量调节装置(列管空气管道上设有流量FI-02和流量控制FIC-02，夹套空气管道上设有流量FI-04和流量控制FIC-04)。
本发明给出了一种使用上述外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的方法，整个反应控制过程通过DCS来完成，具体步骤如下：
(1)列管温度的控制部分：
a、通过计算机控制系统给定列管热风炉出口目标温度值T1，根据给定的温度设定值，由DCS控制系统中的CPU控制器件调节列管燃气流量调节装置FIC-01，使燃气流量FI-01发生变化，不同的燃气流量FI-01对应调整空气流量FI-02，从而确定空气流量调节装置FIC-02的开度；
b、通过燃气和空气流量的PID控制使热风反馈温度TI-01与列管热风炉出口目标温度值T1差值逐渐接近；
c、TI-02用于监测热风炉内炉膛温度，防止温度过高损害热风炉，炉膛温度TI-02＞1000℃时，DCS控制系统中的CPU控制器关闭燃气流量调节装置FIC-01，随之FIC-02恢复至初始开度；
(2)夹套温度的控制部分：
a、通过计算机控制系统给定夹套热风炉出口目标温度值T2，根据给定的温度设定值，由DCS控制系统中的CPU控制器件调节夹套燃气流量调节装置FIC-03，使燃气流量FI-03发生变化，不同的燃气流量FI-03对应调整空气流量FI-04，从而确定空气流量调节装置FIC-04的开度；
b、通过燃气和空气流量的PID控制使热风反馈温度TI-10与夹套热风炉出口目标温度值T2差值逐渐接近；
c、TI-12用于监测热风炉内炉膛温度，防止温度过高损害热风炉，炉膛温度TI-12＞1000℃时，DCS控制系统中的CPU控制器关闭燃气流量调节装置FIC-03，随之FIC-04恢复至初始开度；
(3)采集红外测距装置的数据LI通过设定在控制系统内的计算程序计算出夹套平均温度，采集列管进出口无线测温装置的温度TI-06和TI-07，通过设定在控制系统内的计算程序计算出列管平均温度，设定夹套平均温度与列管平均温度的差值<100℃，当差值超过100℃时，DCS控制系统通过PID自动调节列管和夹套循环风机的频率，从而使温度差值在规定范围内；
(4)根据无线测温装置测量干馏炉内物料温度TI-08和TI-09，通过物料温度的判定，分别给定列管热风炉出口目标温度值T1和夹套热风炉出口目标温度值T2；
(5)利用炉体、夹套、列管、热风系统安装的测温装置、风门、阀门、流量测量装置和计算机控制系统控制热风系统协同工作，根据进料情况进行热量控制，对夹套、列管循环风量、热风温度进行自动化调节，实现干馏系统的自动控制。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的反应控制方法，其特征在于，包括外热式回转炉，外热式回转炉设有三段筒体外夹套和筒体内列管，筒体内列管分别与两端筒体外夹套上的热风进口和热风出口相连通，三段筒体外夹套上热风进口和热风出口分别与热风系统连通，经燃气供气管至燃气供气系统，通过筒体内列管与筒体外夹套共同对物料进行加热；
在热风系统、筒体外夹套、热风进口和热风出口的燃气供气管上设有温度测量装置，在外热式回转炉筒体无夹套部位和筒体内列管进出口上设置有无线测温装置；在燃气供气管、热风系统上设有流量测量装置和流量调节装置；
整个反应控制过程通过DCS来完成；
(1)列管温度控制部分：
a、通过计算机控制系统给定列管热风炉出口目标温度值T1，根据给定的温度设定值，由DCS控制系统中的CPU控制器件调节列管燃气流量调节装置FIC-01，使燃气流量FI-01发生变化；
b、通过燃气和空气流量的PID控制使热风反馈温度TI-01与列管热风炉出口目标温度值T1差值逐渐接近；
c、当监测热风炉内炉膛温度TI-02＞1000℃时，DCS控制系统中的CPU控制器关闭列管燃气流量调节装置FIC-01，随之列管预热空气流量调节装置FIC-02恢复至初始开度；
(2)夹套温度控制部分：
a、通过计算机控制系统给定夹套风炉出口目标温度值T2，根据给定的温度设定值，由DCS控制系统中的CPU控制器件调节夹套燃气流量调节装置FIC-03，使燃气流量FI-03发生变化；
b、通过燃气和空气流量的PID控制使热风反馈温度TI-10与夹套热风炉出口目标温度值T2差值逐渐接近；
c、当监测热风炉内炉膛温度TI-12＞1000℃时，DCS控制系统中的CPU控制器关闭燃气流量调节装置FIC-03，随之夹套预热空气流量调节装置FIC-04恢复至初始开度；
(3)采集红外测距装置的数据LI通过设定在控制系统内的计算程序计算出夹套平均温度，采集列管进出口无线测温装置的温度TI-06和TI-07，通过设定在控制系统内的计算程序计算出列管平均温度；
设定夹套平均温度与列管平均温度的差值<100℃，当差值超过100℃时，DCS控制系统通过PID自动调节列管和夹套循环风机的频率，从而使温度差值在规定范围内；
(4)根据无线测温装置测量干馏炉内物料温度TI-08和TI-09，通过物料温度的判定，分别给定列管热风炉出口目标温度值T1和夹套热风炉出口目标温度值T2；
(5)利用计算机控制系统控制热风系统协同工作，根据进料情况进行热量控制，对筒体外夹套、列管循环风量、热风温度进行自动化调节，实现低温干馏系统的自动控制；
进一步包括设于外热式回转炉后滚圈上的红外测距装置，测量筒体伸长量LI，根据公式计算出筒体平均温度：
T＝LI/(a×L)×1000
其中,T为筒体平均温度，LI为筒体伸长量，a为线性膨胀系数，L为筒体长度；
所述温度测量装置、无线测温装置、红外测距装置、流量测量装置和流量调节装置与信号转换模块连接，再与计算机集中控制系统连接实现对外热式回转干馏装置的反应控制。
2.根据权利要求1所述的一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的反应控制方法，其特征在于，所述热风系统包括热风炉、空气预热器、烟气循环风机和空气风机；在外热式回转炉炉膛、热风炉出口、外热式回转炉的回风管道、排烟管道、空气预热器的预热后空气管道上均设置温度测量装置；空气预热器的空气管道和燃气供气管上均设有流量测量装置和流量调节装置。
3.根据权利要求1所述的一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的反应控制方法，其特征在于，所述温度测量装置为热电偶或热电阻；所述无线测温装置包括热电偶、万向节、无线温度发射器和接收装置。
4.根据权利要求1所述的一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的反应控制方法，其特征在于，所述流量测量装置为标准节流装置，流量调节装置为调节阀或调节风门。
5.根据权利要求1所述的一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的反应控制方法，其特征在于，所述红外测距装置为红外测距仪。
6.根据权利要求1所述的一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的反应控制方法，其特征在于，所述步骤(1)-a中，不同的燃气流量FI-01对应调整空气流量FI-02，从而确定空气流量调节装置FIC-02的开度。
7.根据权利要求1所述的一种外热式回转炉干馏装置的反应控制系统的反应控制方法，其特征在于，所述步骤(2)-a中，不同的燃气流量FI-03对应调整空气流量FI-04，从而确定空气流量调节装置FIC-04的开度。
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