CN110631370A - 一种用于针状焦煅烧的罐式炉及其炉温控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于针状焦煅烧的罐式炉及其炉温控制方法，罐式炉包括炉芯和炉体，炉芯上方的挥发份大道与首层火道通过挥发份大道下火口相连通，挥发份大道下火口由首层火道的顶部硅砖包围而成，炉芯下方的预热空气水平通道与挥发份大道均由高铝砖砌筑而成，炉体侧壁设置的热空气管道和预热空气水平通道相连通，炉体侧壁的首层火道进风口与热空气管道通过热空气管相连接，首层火道进风口与外部的燃气管相连接。本发明在传统罐式炉基础上进行改进，形成一种适用于针状焦煅烧的罐式炉，能满足高温煅烧，综合利用废热空气和外加燃气进行辅助加热，同时引入了自动化的温度控制方法，温度稳定，达标而不超标，避免高温事故，同时有效提高煅后焦的品质。

Description

一种用于针状焦煅烧的罐式炉及其炉温控制方法
技术领域
本发明属于煅烧设备技术领域，具体而言，涉及一种用于针状焦煅烧的罐式炉及其炉温控制方法。
背景技术
生产针状焦，煅烧温度一般要求在1400～1500℃，国内外大都采用回转窑或是旋转多床炉对于生焦进行煅烧。采用回转窑煅烧，炭质烧损高，造成大量资源、能源浪费；同时，回转窑是一种转动设备，因此对耐火材料性能要求较高，虽然在一些高炉等高温设备上运用良好，但是在煅烧针状焦的回转窑上使用却一直不理想。
因此，使用罐式炉煅烧针状焦成为一种发展趋势，普通的罐式炉如图1所示，除需承受高温的火道结构外，罐式炉的其他结构一般使用粘土砖砌筑，且挥发份大道下火口位于粘土砖的位置，而针状焦的煅烧温度比煅烧普通石油焦温度高150℃以上，加之炉温控制的自动化程度较低，导致了炉温不稳定，如果时常出现炉温在一段时间内持续高于针状焦的煅烧温度的现象，那么长期使用，就会很容易导致炉体及火道局部被烧坏，严重缩短了罐式炉的使用寿命，同时少量成品质量也不均匀。因此使用罐式炉煅烧针状焦，除了对于罐式炉的部分结构进行调整之外，还需要引入自动化的炉温控制方法。
此外，罐式炉煅烧石油焦要求生焦的挥发份在9.8％～10.3％，否则，挥发份低则无法生产。因此，如利用低挥发份针状焦生产出优质煅后针状焦，需进行助燃加热，且对于通入的气体进行自动化控制，以节省能源及保持稳定的炉温。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于针状焦煅烧的罐式炉及其炉温控制方法，以克服现有技术中挥发份低无法生产的问题，使得罐式炉可以适应炉体高温煅烧，有效增加针状焦的真比重、减少烧损率、提高自动化程度。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于针状焦煅烧的罐式炉，其特征在于：包括炉芯1和炉体2，炉芯1由硅砖砌筑而成，自上而下包括首层火道101、若干个中间火道102和底层火道103，炉体2由粘土砖砌筑而成，炉芯1的上方设置有挥发份大道3，与首层火道101通过挥发份大道下火口301 相连通，挥发份大道下火口301位于首层火道101的边缘，由首层火道101的顶部硅砖包围而成，炉芯1的下方设置有预热空气水平通道4，挥发份大道3和预热空气水平通道4均由高铝砖砌筑而成，炉体2的侧壁横向设置有热空气管道5，热空气管道5和预热空气水平通道4通过设置在炉体2内壁的竖直通道相连通，炉体2的侧壁与首层火道101水平的位置设置有横向的首层火道进风口6，热空气管道5与首层火道进风口6通过热空气管7相连接，与灼热的煅烧料经过热交换后的预热空气被收集进入预热空气水平通道4，经过热空气管道5进入热空气管7，通过首层火道进风口6进入到首层火道101，首层火道进风口6与外部的燃气管8相连接，外部的燃气经燃气管8输送，通过首层火道进风口6进入到首层火道101。
本技术方案中，进一步地，热空气管7上设置热空气流量计9和调频电机10，热空气流量计9和调频电机10与DCS自动控制系统相连接。
进一步地，燃气管上设置有燃气流量计11和电磁阀12，燃气流量计11和电磁阀12与 DCS自动控制系统相连接。
进一步地，电磁阀12为脉冲式电磁阀。
进一步地，中间火道102内部设置有光电高温计13，底层火道103内部设置有K型热电偶14。
一种罐式炉的炉温控制方法，包括以下步骤：
(1)将中间火道102中的某一层火道所需的温度设定为控制温度，输入到DCS自动控制系统，同时设置报警温度，利用光电高温计13实时测量温度；
(2)将测量后的温度信号传送到中控室的DCS自动控制系统显示和处理；
(3)DCS自动控制系统将测量温度和控制温度根据系统中编辑好的自动模糊控制算法程序运算处理，并输出开关信号至电磁阀12进行控制；
(4)根据运算结果输出不同的频率控制电磁阀12的开关，进而控制燃气的喷气量达到控制温度；
(5)如测量温度值超出报警温度时，DCS自动控制系统发布声光报警，并自动切断算法运算停止输出开关信号，停止辅助加热，直至测量温度小于温度设定值时，恢复运算开始输出开关信号；
(6)在步骤(1)至步骤(5)的基础上，将热空气与燃气所需的比例输入DCS自动控制系统，热空气流量计9与燃气流量计11的实时监测数据进入DCS自动控制系统，燃气流量变化时DCS自动控制系统通过比例运算处理后，输出信号控制调频电机10，调控热空气量，使得热空气和燃气的流量达到相应的比例。
进一步地，在步骤(3)中，自动模糊控制算法通过以下方法实现：
(a)根据现场生产实际情况，在DCS自动控制系统的算法程序中预先设置电磁阀12的开启周期，以及由测量温度每分钟变化的速率值为横坐标、实时测量温度与控制温度的偏差值为纵坐标，输出值为一个开启周期内电磁阀12的开启时间组成的矩阵表；
(b)根据实时测量温度，由DCS自动控制系统预先编辑好的程序计算出实时测量温度与控制温度的偏差值和测量温度每分钟变化的速率值，根据这两个变量，程序运行时通过自动查找算法中的矩阵表后得出输出值；
(c)输出值控制一个开启周期内电磁阀12的开启时间，停止时间等于周期时间减去开启时间，开关周期结束后自动连续下个周期。
本技术方案中，对于罐式炉炉体中承受高温的薄弱点进行改进，将挥发份大道和罐式炉本体与水套之间均使用高铝砖来砌筑，取代传统罐式炉使用的粘土砖，部分更换既可以最大程度上节约罐式炉的成本，同时可以保证在高温煅烧针状焦过程中炉体能承受生产过程中的高温，延长罐式炉的使用寿命。
本技术方案中，将传统罐式炉的的位置进行了改进，从罐式炉本体的外侧粘土砖的位置前移到首层火道的边缘，由首层火道的顶部硅砖包围而成，这样会避免因提高炉温，导致的挥发份大道下火口因高温而烧坏的现象。
传统罐式炉中空气量调整方式如下：火道内空气量的大小与系统的负压关系明显，要提高温度，必须增加燃料燃烧，如果在燃料充分的前提下，因进入火道的空气量不足，温度也不能提高，因此只有通过增加系统的负压来增加所进的空气量，这样的方法能满足炉温的提高，但由于要增加系统的负压，必然会增加烟气量，消耗更多燃料，带走更多热量，产生更多的烟气需要处理，因此，热效率低、经济性差。在本技术方案中，通过利用预热空气水平通道和热空气管道向首层火道输送与高温煅后焦进行换热得到的热空气，综合利用了废热空气，达到了节能的效果。此外，在热空气管上增加一台调频电机，并在燃气管和热空气管分别设置流量计，利用调频电机调控预热空气量，可确保热空气适量，增加热空气的利用率，使挥发份充分燃烧，保证空燃比例自动调节，从而达到最佳燃烧状态，减少热能损失。和传统模式相比，增加调频电机，比人为调节操作更加方便、精准和高效，消耗更少的燃料，系统负压较小，产生较少的烟气量，同时燃烧更加有效，提高挥发份的燃烧率。通过测试，发现达到同样的炉温，采用调频电机后，增加预热空气量后，外加燃料量可节省15-20％。
本技术方案中，采用脉冲式电磁阀，自动调节燃气的进气量，根据电磁阀开闭时间的长短来控制燃气给入量，而电磁阀开闭长短则根据连续实时测量的炉温、最高温度煅烧需求等因素计算后通过DCS自动控制系统进行实时调节，进而实现温度的精准控制，同时实现超温及时报警。
本技术方案中，根据现场生产实际情况，预先在DCS自动控制系统的模糊算法程序中输入计算程序和相关数据，即可通过测量温度、热空气流量与燃气流量的实时监测数据，对于调频电机和电磁阀进行控制，进而调节燃气和热空气的流量，达到控制温度。此温度控制方法，自动化程度高，一方面可以在短时间内缓和升至所需煅烧温度，且炉体温度精准控制，实现了达标而不超标，保护了炉体，避免了因人为因素而产生的高温事故，另一方面稳定的煅烧温度，可以有效增加针状焦的真比重、减少烧损率，提高煅后焦的品质。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中罐式炉的结构示意图。
图2是本发明中罐式炉的结构示意图。
附图中：
1、炉芯 101、首层火道 102、中间火道 103、底层火道
2、炉体 3、挥发份大道 301、挥发份大道下火口 4、预热空气水平通道
5、热空气管道 6、首层火道进风口 7、热空气管 8、燃气管
9、热空气流量计 10、调频电机 11、燃气流量计 12、电磁阀
13、光电高温计 14、K型热电偶
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
一种用于针状焦煅烧的罐式炉，其特征在于：包括炉芯1和炉体2，炉芯1由硅砖砌筑而成，自上而下包括首层火道101、若干个中间火道102和底层火道103，炉体2由粘土砖砌筑而成，炉芯1的上方设置有挥发份大道3，与首层火道101通过挥发份大道下火口301 相连通，挥发份大道下火口301位于首层火道101的边缘，由首层火道101的顶部硅砖包围而成，炉芯1的下方设置有预热空气水平通道4，挥发份大道3和预热空气水平通道4均由高铝砖砌筑而成，炉体2的侧壁横向设置有热空气管道5，热空气管道5和预热空气水平通道4相连通，炉体2的侧壁与首层火道101水平的位置设置有横向的首层火道进风口6，热空气管道5与首层火道进风口6通过热空气管7相连接，首层火道进风口6与外部的燃气管8相连接。
热空气管7上设置热空气流量计9和调频电机10，热空气流量计9和调频电机10与DCS自动控制系统相连接。
燃气管上设置有燃气流量计11和电磁阀12，燃气流量计11和电磁阀12与DCS自动控制系统相连接。
电磁阀12为脉冲式电磁阀。
中间火道102内部设置有光电高温计13，底层火道103内部设置有K型热电偶14。
本实施例中，罐式炉的炉温控制方法如下：
(1)将第三层火道所需的温度1450℃设定为控制温度，输入到DCS自动控制系统，同时设置报警温度1500℃，利用光电高温计13实时测量温度；
(2)将测量后的温度信号传送到中控室的DCS自动控制系统显示和处理；
(3)DCS自动控制系统将测量温度和控制温度根据系统中编辑好的自动模糊控制算法程序运算处理，并输出开关信号至电磁阀12进行控制；
自动模糊控制算法通过以下方法实现：
(a)根据现场生产实际情况，在DCS自动控制系统的算法程序中预先设置电磁阀12的开启周期，共设置两档开启周期，第一档的开启周期时间设定为100秒，第二档的开启周期时间设定为200秒，同时设置由测量温度每分钟变化的速率值为横坐标、实时测量温度与控制温度的偏差值为纵坐标，输出值为一个开启周期内电磁阀12的开启时间组成的矩阵表，如下表所示；
注：偏差的单位为℃，速率的单位为℃/min，输出值的单位为s(秒)。
(b)根据实时测量温度，由DCS自动控制系统预先编辑好的程序计算出实时测量温度与控制温度的偏差值和测量温度每分钟变化的速率值，根据这两个变量，程序运行时通过自动查找算法中的矩阵表后得出输出值，如温度测量值与设定值偏差值＝-6℃，变化速率＝-4℃/min，输出值＝8s，即在一个开启周期内，电磁阀的开启时间为8s。
(c)输出值控制一个开启周期(100s)内电磁阀12的开启时间为8s，停止时间等于周期时间减去开启时间，为92s，100s的开启周期结束后自动连续下个周期，如果输出值为在输出值＝1s时(例如温度测量值与设定值偏差值＝+1℃、变化速率＝-1℃/min、输出值＝1 s)，DCS自动控制系统将自动切换至第二档的开启周期，当输出值≥2时自动切换至第一档的开启周期。
(4)根据运算结果输出不同的频率控制电磁阀12的开关，进而控制燃气的喷气量达到控制温度1450℃；
(5)如测量温度值超出报警温度1500℃时，DCS自动控制系统发布声光报警，并自动切断算法运算停止输出开关信号，停止辅助加热，直至测量温度小于温度设定值时，恢复运算开始输出开关信号；
(6)在步骤(1)至步骤(5)的基础上，设置热空气与燃气所需的比例，将热空气流量/燃气流量＝1.5输入DCS自动控制系统，热空气流量计9与燃气流量计11的实时监测数据进入DCS自动控制系统，燃气流量变化时DCS自动控制系统通过比例运算处理后，输出信号控制调频电机10，调控热空气量，使得热空气和燃气的流量达到相应的比例。
罐式炉对于煅烧针状焦的工作流程如下：
生焦经斗提进入煅前仓，经煅前上料斗提、带式输送机向罐式炉连续加料；原料在罐式炉内受两侧火道的间接加热，通过调整各火道负压，使罐式炉预热带由低温状态逐渐加热，排除挥发份和水分，然后进入煅烧带，通过调整煅烧带的负压，使生焦经预热带所产生的挥发份充分燃烧利用；煅烧时，由于针状焦挥发份较低，不足以升到所需煅烧温度，因此需通入燃气助燃，使煅烧带达到所需煅烧温度，生焦经该高温煅烧后，进一步降低挥发份同时结构重排发生物理、化学变化，密度、强度、导电率得以提高，最终由生焦转变成各项指标合格的煅后针状焦，经过煅烧后的物料经冷却带与空气间接热交换后，热空气输送到首层火道中进行辅助加热，仍然灼热的煅烧料落入带有冷却水套的冷却筒内迅速冷却，以免氧化；冷却后的煅烧物料经密闭的碎料和排料机构连续适量的排出炉外，经振动输送机、带式输送机以及斗式提升机运往煅烧石油焦储仓中。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于针状焦煅烧的罐式炉，其特征在于：包括炉芯(1)和炉体(2)，所述炉芯(1)由硅砖砌筑而成，自上而下包括首层火道(101)、若干个中间火道(102)和底层火道(103)，所述炉体(2)由粘土砖砌筑而成，所述炉芯(1)的上方设置有挥发份大道(3)，与所述首层火道(101)通过挥发份大道下火口(301)相连通，所述挥发份大道下火口(301)位于所述首层火道(101)的边缘，由所述首层火道(101)的顶部硅砖包围而成，所述炉芯(1)的下方设置有预热空气水平通道(4)，所述挥发份大道(3)和预热空气水平通道(4)均由高铝砖砌筑而成，炉体(2)的侧壁横向设置有热空气管道(5)，所述热空气管道(5)和预热空气水平通道(4)相连通，炉体(2)的侧壁与首层火道(101)水平的位置设置有横向的首层火道进风口(6)，所述热空气管道(5)与首层火道进风口(6)通过热空气管(7)相连接，所述首层火道进风口(6)与外部的燃气管(8)相连接。
2.如权利要求1所述的罐式炉，其特征在于：所述热空气管(7)上设置热空气流量计(9)和调频电机(10)，所述热空气流量计(9)和调频电机(10)与DCS自动控制系统相连接。
3.如权利要求2所述的罐式炉，其特征在于：所述燃气管上设置有燃气流量计(11)和电磁阀(12)，所述燃气流量计(11)和电磁阀(12)与DCS自动控制系统相连接。
4.如权利要求3所述的罐式炉，其特征在于：所述电磁阀(12)为脉冲式电磁阀。
5.如权利要求4所述的罐式炉，其特征在于：所述中间火道(102)内部设置有光电高温计(13)，所述底层火道(103)内部设置有K型热电偶(14)。
6.如权利要求5所述的罐式炉的炉温控制方法，包括以下步骤：
(1)将中间火道(102)中的某一层火道所需的温度设定为控制温度，输入到DCS自动控制系统，同时设置报警温度，利用光电高温计(13)实时测量温度；
(2)将测量后的温度信号传送到中控室的DCS自动控制系统显示和处理；
(3)DCS自动控制系统将测量温度和控制温度根据系统中编辑好的自动模糊控制算法程序运算处理，并输出开关信号至电磁阀(12)进行控制；
(4)根据运算结果输出不同的频率控制电磁阀(12)的开关，进而控制燃气的喷气量达到控制温度；
(5)如测量温度值超出报警温度时，DCS自动控制系统发布声光报警，并自动切断算法运算停止输出开关信号，停止辅助加热，直至测量温度小于温度设定值时，恢复运算开始输出开关信号；
(6)在步骤(1)至步骤(5)的基础上，将热空气与燃气所需的比例输入DCS自动控制系统，热空气流量计(9)与燃气流量计(11)的实时监测数据进入DCS自动控制系统，燃气流量变化时DCS自动控制系统通过比例运算处理后，输出信号控制调频电机(10)，调控热空气量，使得热空气和燃气的流量达到相应的比例。
7.如权利要求6所述的罐式炉的炉温控制方法，其特征在于：在步骤(3)中，自动模糊控制算法通过以下方法实现：
(a)根据现场生产实际情况，在DCS自动控制系统的算法程序中预先设置电磁阀(12)的开启周期，以及由测量温度每分钟变化的速率值为横坐标、实时测量温度与控制温度的偏差值为纵坐标，输出值为一个开启周期内电磁阀(12)的开启时间组成的矩阵表；
(b)根据实时测量温度，由DCS自动控制系统预先编辑好的程序计算出实时测量温度与控制温度的偏差值和测量温度每分钟变化的速率值，根据这两个变量，程序运行时通过自动查找算法中的矩阵表后得出输出值；
(c)输出值控制一个开启周期内电磁阀(12)的开启时间，停止时间等于周期时间减去开启时间，开关周期结束后自动连续下个周期。
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