CN110003923B - 一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置及测量方法，其中装置包括：依次通过管道连接的第一截止阀，第一温度计，气体冷却装置，第二温度计，真空表，调节阀，真空泵，气体缓冲罐，第二截止阀，以及气体分析仪；其中第一截止阀的进气端通过第一进气管道与第一气体取样管口接通；气体缓冲罐上设置有放散口截止阀。本发明实施例能够检测干熄炉不同取样点的气体组分及浓度，从而使焦化企业能够通过得到的数据控制干熄炉内的反应，以减少干熄炉内焦炭烧损量，达到降低生产成本，节约资源的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及煤焦化技术领域，特别是涉及一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置及测量方法。
背景技术
干熄焦技术是一种利用惰性气体将炽热焦炭降温的技术，由于其在节能、环保等方面的优势，已经被焦化生产企业广泛应用。
在干熄焦生产过程中，惰性循环气体在干熄炉冷却段内与炽热焦炭进行逆流换热，惰性循环气体中的主要成分为N2(氮气)，还有少量的CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、O2(氧气)、H2(氢气)、H2O(水蒸气)等组分。当惰性循环气体经过炽热的焦炭层时，在一定温度区间，循环气体中的CO2、O2、H2、H2O与炽热焦炭发生化学反应，从而造成焦炭和焦粉的烧损，即称为全焦烧损。
对于干熄焦系统而言，焦块的烧损主要发生在干熄炉内，焦粉的烧损主要发生在环形风道和一次除尘器中，而现有的焦炭烧损测量装置，通常只能用于测量全焦烧损，目前还没有一种能够用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置。因此，亟需一种能够用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置及测量方法，以实现对干熄炉内的焦炭烧损进行测量。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置，包括：依次通过管道连接的第一截止阀，第一温度计，气体冷却装置，第二温度计，真空表，调节阀，真空泵，气体缓冲罐，第二截止阀，以及气体分析仪；
其中，所述第一截止阀的进气端通过第一进气管道与第一气体取样管口接通；
所述气体缓冲罐上设置有放散口截止阀。
可选的，所述装置还包括：第一电磁阀，第二气体取样管口，第二电磁阀，以及第二进气管道；
其中，所述第一电磁阀位于所述第一进气管道上；
所述第二电磁阀的进气端通过所述第二进气管道与所述第二气体取样管口接通。
可选的，所述第一气体取样管口的取样点位于所述干熄炉的斜道入口和调节砖之间。
可选的，所述第二气体取样管口的取样点位于所述干熄炉入口，或者位于所述干熄炉的风机后部的放散管处。
可选的，所述气体冷却装置为水冷式气体冷却装置，或者空冷式气体冷却装置。
可选的，所述第一电磁阀和所述第二电磁阀间隔开启。
第二方面，本发明实施例提供了一种测量干熄炉内焦炭烧损的方法，应用于如第一方面所述的用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置，所述方法包括：
步骤a、将所述装置的第一气体取样管口放置于第一取样点；所述第一取样点位于所述干熄炉的斜道入口和调节砖之间；
步骤b、开启第一截止阀、调节阀、放散口截止阀，关闭第二截止阀；
步骤c、开启真空泵，使气体通入真空泵，当第一温度计的读数符合第一预设温度范围，第二温度计的读数符合第二预设温度范围，真空表的度数符合预设气压范围时，检测放散口截止阀处的氧气浓度；
步骤d、待放散口截止阀处的氧气浓度稳定后，开启第二截止阀，关闭放散口截止阀，通过气体分析仪检测得到气体中各气体组分的浓度，所述气体组分包括：一氧化碳、二氧化碳、氧气、及氢气；
步骤e、将所述装置的第一气体取样管口放置于第二取样点；所述第二取样点位于所述干熄炉入口，或者位于所述干熄炉风机的后部的放散管处；
步骤f、重复步骤b～d，检测得到气体中一氧化碳的浓度；
步骤g、通过第一预设表达式，计算干熄炉从排焦装置处泄露循环气体量；
步骤h、获取干熄炉入口的循环气体流量，通过第二预设表达式，计算干熄炉内上升循环气体流量；
步骤i、基于步骤d得到的所述二氧化碳的浓度及干熄炉内上升循环气体流量，确定干熄炉内碳溶反应的焦炭消耗量及水煤气反应的焦炭消耗量，并基于干熄炉内碳溶反应的焦炭消耗量及水煤气反应的焦炭消耗量，确定焦炭的烧损量。
可选的，所述第一预设表达式为：
式中，Q1表示干熄炉从排焦装置处泄露循环气体量；α1表示干熄炉入口循环气体中一氧化碳的浓度；α2表示排焦装置汇总烟气管道中气体的一氧化碳的浓度；Q2表示旋转密封阀处补充压缩空气的流量；Q3表示排焦溜槽下皮带集尘罩口进入空气的流量。
可选的，所述第二预设表达式为：
n＝m-b；
其中，n表示干熄炉内上升循环气体流量；m表示干熄炉入口的循环气体流量；b表示排焦装置泄漏流量。
可选的，所述第一预设温度不低于300℃，第二预设温度范围为50℃～100℃。
本发明实施例提供的一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置及测量方法，通过依次通过管道连接的第一截止阀，第一温度计，气体冷却装置，第二温度计，真空表，调节阀，真空泵，气体缓冲罐，第二截止阀，以及气体分析仪，能够检测干熄炉不同取样点的气体组分及浓度，从而计算得到干熄炉内焦炭的烧损量，也即，本发明实施例能够将干熄炉内焦炭烧损进行定量测量，从而使焦化企业能够通过数据得知干熄炉内焦炭烧损情况，并通过调整干熄炉入口气体组分及浓度，尤其是CO2的浓度，以控制干熄炉内焦炭烧损量，达到降低生产成本，节约资源的技术效果。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置的另一种结构示意图。
图中，1.第一气体取样管口，2.第一截止阀，3.第一温度计，4.气体冷却装置，5.第二温度计，6.真空表，7.调节阀，8.真空泵，9.放散口截止阀，10.气体缓冲罐，11.第二截止阀，12.气体分析仪，13.第一电磁阀，14.第二气体取样管口，15.第二电磁阀，16.第一进气管道，17.第二进气管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置，该装置包括：
依次通过管道连接的第一截止阀2，第一温度计3，气体冷却装置4，第二温度计5，真空表6，调节阀7，真空泵8，气体缓冲罐10，第二截止阀11，以及气体分析仪12。
本发明实施例中，第一截止阀2的进气端通过第一进气管道16与第一气体取样管口1接通。第一气体取样管口1用于使取样点的取样气体进入本发明实施例的装置。第一取样点可以位于干熄炉斜道入口和调节砖之间，此位置处于炉内上升气流和炽热焦炭换热后出口点，且无焦炭堆积，属于微负压区，同时为高温高粉尘环境，因此需要对取样气体冷却。第二取样点可以位于干熄炉入口，或者位于干熄炉的风机后部的放散管处，此位置的气体的组分与干熄炉入口循环气体组分可以认为一致。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，可以将本发明实施例的测量装置分别设置于上述第一取样点和第二取样点。
第一截止阀2可以用于控制第一气体取样管口1的开闭，即，当第一截止阀2开启时，取样气体可以从第一气体取样管口1进入本发明实施例装置；当第一截止阀2关闭时，取样气体不能从第一气体取样管口1进入本发明实施例装置。
第一温度计3用于测量取样气体进入气体冷却装置4前的温度，第二温度计5用于测量取样气体从气体冷却装置4通出后的温度，真空表6用于测量取样气体从气体冷却装置4通出后的压力。
气体冷却装置4用于对第一气体取样管口1进入的取样气体进行冷却，干熄炉产生的取样气体通常为高温气体，因此需要对其冷却，以避免对本发明实施例中的各部件的造成损坏。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，气体冷却装置4可以采用水冷式气体冷却装置，或者空冷式气体冷却装置。
调节阀7用于调节取样气体的流量，可以理解，气体冷却装置4的冷却效果与取样气体流量有关，当取样气体流量下降时，由于取样气体在气体冷却装置4中与冷却介质的接触时间更长，因此能够被冷却至更低的温度。
真空泵8用于为进入本发明实施例装置的取样气体提供动力。
气体缓冲罐10用于缓冲进入本发明实施例装置的取样气体，从而保证取样气体的连续稳定。
第二截止阀11为气体缓冲罐10出口管路截止阀。
气体分析仪12检测取样气体的组分及浓度，例如，检测取样气体中的一氧化碳、二氧化碳、氧气、氢气、二氧化硫的浓度。需要说明的是，本发明实施例中的气体分析仪可以选用市面常见的气体分析仪，例如，便携式气体分析仪，或者，工业气体分析仪。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图2所示，本发明实施例的装置还可以包括：
第一电磁阀13，第二气体取样管口14，第二电磁阀15，以及第二进气管道17，其中，第一电磁阀13位于第一进气管道16上，第二电磁阀15的进气端通过第二进气管道17与第二气体取样管口14接通。
第一电磁阀13用于控制第一进气管道16的开闭，从而控制第一气体取样管口1的开闭；第二电磁阀15用于控制第二进气管道17的开闭，从而控制第二气体取样管口14的开闭。
通过设置两个进气管口及两路进气管路，能够控制不同的取样气体从不同的进气管口进入，因而不需要再设置两套测量装置，一方面提高对不同取样点取样气体测量效率，另一方面减少企业因设置两套测量装置的支出，降低企业的运营成本。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第一气体取样管口1的取样点可以位于干熄炉的斜道入口和调节砖之间；第二气体取样管口14的取样点可以位于干熄炉的循环风机后热管换热器的放散管处。上述取样点的选取原因已在前述实施例中描述，本发明实施例在此不再赘述。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第一电磁阀13和第二电磁阀15间隔开启，从而使不同的取样气体分别进入本发明实施例的测量装置，达到对不同取样气体分别测量的目的。
本发明实施例提供的一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置，通过依次通过管道连接的第一截止阀，第一温度计，气体冷却装置，第二温度计，真空表，调节阀，真空泵，气体缓冲罐，第二截止阀，以及气体分析仪，能够检测干熄炉不同取样点的气体组分及浓度，从而计算得到干熄炉内焦炭的烧损量，也即，本发明实施例能够将干熄炉内焦炭烧损进行定量测量，从而使焦化企业能够通过数据得知干熄炉内焦炭烧损情况，并通过调整干熄炉入口气体组分及浓度，尤其是CO2的浓度，以控制干熄炉内焦炭烧损量，达到降低生产成本，节约资源的技术效果。
本发明实施例还提供了一种测量干熄炉内焦炭烧损的方法，应用于上述图1所示实施例的测量干熄炉内焦炭烧损的装置，该装置可以为间歇式或者连续式检测装置，该方法包括以下步骤：
步骤a、将装置的第一气体取样管口1放置于第一取样点；第一取样点位于干熄炉的斜道入口和调节砖之间，此位置处于炉内上升气流和炽热焦炭换热后出口点，且无焦炭堆积，属于微负压区。
步骤b、开启第一截止阀2、调节阀7、放散口截止阀9，关闭第二截止阀11。
步骤c、开启真空泵8，使第一取样点处的取样气体通入真空泵8，然后进入气体缓冲罐10，再进入放散口截止阀9的管道处。当第一温度计3的读数符合第一预设温度范围，第二温度计5的读数符合第二预设温度范围，真空表6的度数符合预设气压范围时，检测放散口截止阀9处的氧气浓度。可选的，当采用连续式在线实时监测时(即不间断地对氧气浓度进行监测)，只需要初次监测时进行本步骤即可。
步骤d、待放散口截止阀9处的氧气浓度数值稳定后，开启第二截止阀11，关闭放散口截止阀9，使取样气体进入，通过气体分析仪12检测得到第一取样点处的气体组分，及各气体组分的浓度，气体组分包括：一氧化碳、二氧化碳、氧气、及氢气、二氧化硫等，尤其是测量二氧化碳的浓度。
步骤e、将装置的第一气体取样管口1放置于第二取样点，第二取样点位于干熄炉入口，或者位于干熄炉风机的后部的放散管处，此位置的气体的组分与干熄炉入口循环气体组分可以认为一致。
步骤f、重复步骤b～d，检测得到第二取样点处的气体中一氧化碳的浓度。
步骤g、通过排焦装置前后循环气体中的碳平衡，可以得出第一预设表达式，可以通过第一预设表达式，计算干熄炉从排焦装置处泄露循环气体量，第一预设表达式为：
式中，Q1表示干熄炉从排焦装置处泄露循环气体量；α1表示干熄炉入口循环气体中一氧化碳的浓度；α2表示排焦装置汇总烟气管道中气体的一氧化碳的浓度；Q2表示旋转密封阀处补充压缩空气的流量；Q3表示排焦溜槽下皮带集尘罩口进入空气的流量。
步骤h、通过现有的流量测量装置获取干熄炉入口的循环气体流量和排焦装置泄漏流量，通过第二预设表达式，计算干熄炉内上升循环气体流量，第二预设表达式为：
n＝m-b；
其中，n表示干熄炉内上升循环气体流量；m表示干干熄炉入口的循环气体流量；b表示排焦装置泄漏流量。
步骤i、基于步骤d得到的各气体组分的中的二氧化碳的浓度及干熄炉内上升循环气体流量，确定干熄炉内碳溶反应的焦炭消耗量及水煤气反应的焦炭消耗量，并基于干熄炉内碳溶反应的焦炭消耗量及水煤气反应的焦炭消耗量，确定焦炭的烧损量。
通过干熄炉进出口气体中CO2的变化值，以碳溶反应式：C+CO2＝2CO，从而可以计算出碳的损耗量，结合对焦炭的工业分析数据，可以得出因碳溶反应损耗的焦炭的量。
水煤气反应在干熄炉内工况下，为微量反应，根据干熄炉入口和斜道口之间的循环气体中CO和CO2浓度变化，可以进行计算微量碳损耗，结合焦炭的工业分析数据，可以得出因水煤气反应损耗的焦炭的量。需要说明的是，焦炭中除含有碳元素外，还含有其他元素，由于不同批次的焦炭，其内部组分的含量可能存在差异(例如碳含量不同)，因此焦化厂通常需要对不同批次的焦炭进行取样分析，以得到其工业分析数据，上述对焦炭进行取样分析的过程为现有技术。本发明实施例，当计算出碳的损耗量后，即可通过碳元素在焦炭中的含量，得到焦炭的烧损量。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，由于水煤气反应中，水可以转换为氢气，因此干熄炉进出口气体中的相对湿度会发生变化，因此可以通过干熄炉进出口气体中相对湿度的变化，即水含量的变化，并结合碳含量的变化，更精确地计算水煤气反应中碳的损耗量，从而更精确地得到因水煤气反应损耗的焦炭的量。需要说明的是，可以通过现有的湿度测量技术测量干熄炉进出口气体中相对湿度的变化，也可以通过气体分析仪检测气体中水蒸气的组分浓度，从而确定气体中相对湿度的变化。
因干熄炉入口中O2含量为微量，且存在炉内气气相燃烧反应，故可以忽略干熄炉内贫氧气氛下因燃烧反应造成的焦炭烧损。
综上所述，干熄焦炉内焦炭烧损量＝碳溶反应消耗的焦炭量+水煤气反应消耗的焦炭。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，还可以利用现有的流量测量装置获取空气导入量，从而对干熄炉从排焦装置处泄露循环气体量进行校正。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第一预设温度不低于300℃，第二预设温度范围为50℃～100℃。
需要说明的是，当采用图2所示实施例的测量装置进行干熄炉内焦炭烧损测量时，只需将不同取样点的气体分别从第一气体取样管口1和第二气体取样管口14通入，其测量原理与本发明上述方法实施例原理相同，在此不再赘述。
本发明实施例提供的一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的方法，能够检测干熄炉不同取样点的气体组分及浓度，从而计算得到干熄炉内焦炭的烧损量，也即，本发明实施例能够干熄炉内焦炭烧损进行定量测量，从而使焦化企业能够通过数据得知干熄炉内焦炭烧损情况，并通过调整干熄炉入口气体组分及浓度，尤其是CO2的浓度，以控制干熄炉内焦炭烧损量，达到降低生产成本，节约资源的技术效果。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置，其特征在于，包括：依次通过管道连接的第一截止阀（2），第一温度计（3），气体冷却装置（4），第二温度计（5），真空表（6），调节阀（7），真空泵（8），气体缓冲罐（10），第二截止阀（11），以及气体分析仪（12）；
其中，所述第一截止阀（2）的进气端通过第一进气管道（16）与第一气体取样管口（1）接通；
所述气体缓冲罐（10）上设置有放散口截止阀（9）；
所述装置还包括：第一电磁阀（13），第二气体取样管口（14），第二电磁阀（15），以及第二进气管道（17）；
其中，所述第一电磁阀（13）位于所述第一进气管道（16）上；
所述第二电磁阀（15）的进气端通过所述第二进气管道（17）与所述第二气体取样管口（14）接通；
所述第一电磁阀（13）和所述第二电磁阀（15）间隔开启，以控制不同的取样气体从所述第一气体取样管口（1）或所述第二气体取样管口（14）进入气体冷却装置（4）；
其中，所述第一气体取样管口（1）用于接收干熄炉内上升循环气体的出口点的气体；所述第二气体取样管口（14）用于接收所述干熄炉入口的气体。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一气体取样管口（1）的取样点位于所述干熄炉的斜道入口和调节砖之间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二气体取样管口（14）的取样点位于所述干熄炉入口，或者位于所述干熄炉的风机后部的放散管处。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体冷却装置（4）为水冷式气体冷却装置，或者空冷式气体冷却装置。
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