CN111440462B - 炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制装置及方法，该装置包括依次连接的燃烧室、喉管和反应室，燃烧室连接有空气配风器，喉管处布置有电磁阀及气缸调节雾化角度的原料油喷嘴，所述的原料油喷嘴连接有原料油质量流量计、原料油压力变送器及电磁阀带动的气缸、活塞、圆锥形雾化芯。本发明由DCS控制系统的计算模块将各质量流量计及压力变送器采集的炭黑反应炉的空气量、燃料量、原料量、原料压力进行计算，计算后输出一个混合均匀强度的模拟信号，模拟信号提供给电磁阀，电磁阀根据模拟信号实施阀门的开启开度，提高炭黑产品的收率，同时提高炭黑的着色强度和减少炭黑的杂质。
Description
技术领域
本发明涉及炭黑生产装置领域，具体是一种炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制装置及方法。
背景技术
炭黑生产过程中，原料烃进入反应炉是采用原料枪及喷嘴从反应炉喉管处喷入，喷入的原料油成雾化状态与来自反应炉燃烧室的热气流接触混合，原料油与热气流混合均匀效果越好，炭黑收率越高，同时炭黑的原始粒径聚集体分布也越窄，因此炭黑工作者一直在研究如何保证原料烃与热气流均匀混合效果。
现有技术是有人工肉眼从观察孔观察原料油喷入含高速烟气喉管的状态，观察是否有原料油雾化效果不合理情况，一旦发现，立即更换油喷嘴和雾化芯，因此难以长期稳定保证喉管中油与烟气的均匀混合效果。
专利申请号CN201821585571.6公开了一种用于炭黑生产工艺中的燃料油控制系统，该专利公开了一种炭黑生产工艺中的燃料油控制系统，包括由闭环连接的压力传感器、第一DCS控制系统、压力调节阀和燃料油储罐构成的压力调节回路，由闭环连接的温度传感器、第二DCS控制系统、温度调节阀和燃料油预热器构成的温度调节回路，以及有闭环连接的质量流量计、第三DCS控制系统和流量调节阀构成的流量调节回路，所述的燃料油预热器和质量流量计之间通过燃料油入炉管线连接且燃料油入炉管线延伸到炭黑反应炉的入口处。通过上述技术方案，本装置实现了对炭黑生产中添加的燃料油的温度和流量的动态控制，提高了燃料油的燃烧效率以及炭黑的生产效率。
专利申请号CN201821585572.0公开了一种用于炭黑生产工艺中的原料油控制系统，该专利公开了一种用于炭黑生产工艺中的原料油控制系统，包括由闭环连接的压力传感器、第一DCS控制系统和压力调节阀构成的压力调节回路，由闭环连接的温度传感器、第二DCS控制系统和温度调节阀构成的温度调节回路，以及有闭环连接的质量流量计、第三DCS控制系统和流量调节阀构成的流量调节回路，原料油过滤器的一端与连接所述质量流量计的原料油管线连接，另一端通过去反应炉原料油管线连接至炭黑反应炉。通过上述技术方案，本装置实现了对炭黑生产中添加的燃料油的温度和流量的动态控制，提高了原料油的燃烧效率以及炭黑的生产效率。专利201420214054.3涉及一种炭黑反应炉水炮喉管装置，高温空气入口和煤气入口分别连接燃烧室，燃烧室连接喉口，喉口连接反应室，所述喉口上径向设有若干原料油喷入口，所述原料油喷入口均匀分布十二支原料油枪，其中四支为具有水炮保护的原料油枪，所述八支原料油枪伸入反应炉内壁约3—5毫米，四支具有水炮保护的原料油枪伸入反应炉内壁约30—70毫米。本实用新型的技术效果是：增加了原料油与高温气流的接触面积，使原料油能够更加的充分反应，提高了炭黑质量和原料油转化成炭黑的收率，大大节约原料油，通过改变喉管结构，在用较差的油品情况下，产出的炭黑着色明显更优。
专利201320399464.5公开了一种炭黑反应炉喉管，目的是提高炭黑原料油与烟气混合的均匀性、减少炭黑粒径分布范围。
专利201210456112.9将喉管横截面采用多边形，使喷入的原料油雾化面最大限度覆盖横截面，从而达到具有狭窄粒子尺寸分布。该实用新型包括油枪、铬刚玉砖、氧化铝空心球、烟气导流槽；烟气导流槽位于反应炉中心位置，油枪通过氧化铝空心球、铬刚玉砖固定在反应炉上，油枪位置与烟气导流槽垂直，氧化铝空心球位于铬刚玉砖外围。
专利201220278817.1喉管的内腔由若干向内凸起的圆弧连接而成，每个原料油喷入口伸入喉管的一端，均位于所述喉管内腔圆弧的凸起处。该实用新型减少了原料油枪喷油后油滴形成的雾影覆盖不了的空隙，增大了热气流通过的阻力，使得炭黑生成反应的温度场分布更均匀，从而生成的炭黑粒径小，聚集体分布均匀，炭黑的着色强度、氮吸附比表面积及压缩吸油值高，同时由于只有一排原料油喷入口，简化了喉管结构，提高了喉管安全性和操作性。
专利201320069304.4采用将单孔喉管改变成多孔喉管对应多孔反应段方式来改善原料油雾化混合热气流，达到采用低档原料油生产高档炭黑产品，降低成本，提高经济效益的目的。
专利201310700914.4采用四层形式的耐温结构，通过生产线应用，表面散热温度下降到100℃以内，这一设计为行业的能源节约、品质提升等开拓了新思路。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制装置及方法，使炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合处于最佳工作状态，达到提高和稳定炭黑产品性能，提高产品收率降低原料油消耗，同时降低炭黑产品的温室气体排放。
炭黑反应炉中喉管(原料油与高温烟气的混合段)的工作状况对炭黑产品质量影响十分巨大，如果原料油喷入雾化角度过小，会直接造成喉管四周喷入的原料油在喉管内互相碰撞，会出现部分原料油不生成炭黑产品，而形成焦粒，同时影响炭黑的其他性能；如果原料油喷入喉管雾化角度过大，会造成喉管高温高速烟气与原料油接触几率下降，出现炭黑产品质量下降，同时收率也下降，因此确保喉管处于最佳的工作状况是炭黑质量的重要保障。
本发明提供了一种炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制装置，包括依次连接的燃烧室、喉管和反应室，燃烧室连接有空气配风器，喉管处布置有电磁阀及气缸调节雾化角度的原料油喷嘴，所述的空气配风器连接有空气质量流量计，所述的燃烧室连接有燃料油质量流量计，所述的原料油喷嘴连接有原料油质量流量计、原料油压力变送器及电磁阀带动气缸，空气质量流量计、燃料油质量流量计、原料油质量流量计、原料油压力变送器、电磁阀分别与DCS自动化控制系统连接；电磁阀同时与气缸调节雾化角度的原料油喷嘴连接。
进一步改进，所述的原料油喷嘴配置有气缸，气缸内自带活塞，活塞的顶端布置圆锥形雾化器。
本发明还提供了一种炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制方法，包括以下步骤：
1)采集在线原料油的流量M1、原料油压力P1、在线燃料油的流量M2、在线空气的流量M3监测数据自动输入DCS自动化控制系统；
2)DCS自动化控制系统中的计算模块自动计算喉管部位的混合均匀度E；
E＝(M2+M3)/M1*P1
其中M1、M2、M3单位为千克/小时，P1单位为MPa，E无量纲。
所述的喉管烟气均匀度E值范围为：N234炭黑4.0-4.4；：N330炭黑2.8-3.2；N550炭黑1.9-2.3。
3)混合均匀度E由DCS自动化控制系统计算模块计算后自动转化输出对应模拟量4-20mA或1-5V信号；
4)DCS自动化控制系统自动转化输出对应模拟量4-20mA或1-5V信号供给电磁阀，电磁阀根据信号实时阀门开度，从而调节电磁阀阀门出口的压缩空气压力。
进一步改进，电磁阀阀门出口的压缩空气压力，进入若干个可调节雾化的原料油喷嘴自带气缸内，气缸根据压缩空气压力进行伸缩气缸活塞，活塞顶端带有的圆锥形雾化芯随着气缸的伸缩而改变原料油喷嘴出口的油雾化角度。
本发明有益效果在于：
1、使炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合处于最佳工作状态，达到提高和稳定炭黑产品性能，提高产品收率降低原料油消耗，同时降低炭黑产品的温室气体排放。
2、压缩空气有电磁阀的开启开度调节压力，原料油喷组的雾化调节气缸根据电磁阀控制的压力，进行调节气缸活塞，活塞的位置决定了原料油喷组喷射的雾化角度，从而达到原料油进入喉管后与烟气的均匀混合效果。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为原料油喷嘴结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制装置，结构如图1所示，包括依次连接的燃烧室2、喉管3和反应室5，燃烧室2连接有空气配风器1，喉管处布置有原料油喷嘴4。所述的空气配风器1连接有空气质量流量计8，所述的燃烧室2连接有燃料油质量流量计7，所述的原料油喷嘴4连接有原料油质量流量计6，空气质量流量计8、燃料油质量流量计7、原料油质量流量计6分别与自动化控制系统连接。原料油喷嘴4如图2所示，配置气缸9，气缸9内自带活塞10，活塞10的顶端布置圆锥形雾化器12。信号19供给电磁阀21，电磁阀21的进气源为压缩空气20，电磁阀21根据信号19实时阀门开度。从而调节电磁阀阀门出口的压缩空气压力22。电磁阀阀门21出口的压缩空气压力22，进入若干个可调节雾化的原料油喷嘴自带气缸9内，气缸9根据压缩空气压力22进行伸缩气缸活塞10，活塞10顶端带有圆锥形雾化芯12。活塞顶端带有的圆锥形雾化芯22随着气缸的伸缩而改变原料油喷嘴出口的油雾化角度。原料油11从油喷嘴4的上端进入，经圆锥形雾化芯12雾化后从喷嘴尾端13喷出合理的雾化角度，从而达到原料油进入喉管后与烟气的均匀混合效果。
本发明还提供了一种炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制方法，包括以下步骤：
1)采集在线原料油的流量M1、原料油压力P1、在线燃料油的流量M2、在线空气的流量M3监测数据自动输入DCS自动化控制系统；
2)DCS自动化控制系统中的计算模块自动计算喉管部位的混合均匀度E；
E＝(M2+M3)/M1*P1
其中M1、M2、M3单位为千克/小时，P1单位为MPa，E无量纲。
所述的喉管烟气均匀度E值范围为：N234炭黑4.0-4.4；：N330炭黑2.8-3.2；N550炭黑1.9-2.3。
3)混合均匀度E由DCS自动化控制系统计算模块计算后自动转化输出对应模拟量4-20mA或1-5V信号；
4)DCS自动化控制系统自动转化输出对应模拟量4-20mA或1-5V信号供给电磁阀，电磁阀根据信号实时阀门开度，从而调节电磁阀阀门出口的压缩空气压力。
进一步改进，电磁阀阀门出口的压缩空气压力，进入若干个可调节雾化的原料油喷嘴自带气缸内，气缸根据压缩空气压力进行伸缩气缸活塞，活塞顶端带有的圆锥形雾化芯随着气缸的伸缩而改变原料油喷嘴出口的油雾化角度。
下面通过三个对比实施例来对本发明的效果进行说明。
对比实施例1：
对比实施例2：
对比实施例3：
本发明具体应用途径很多，以上所述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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1）采集在线原料油的流量M1、原料油压力P1、在线燃料油的流量M2、在线空气的流量M3监测数据自动输入DCS自动化控制系统；
2）DCS自动化控制系统中的计算模块自动计算喉管部位的混合均匀度E；喉管烟气均匀度E计算公式如下：
E = （M2+ M3）/ M1 x P1
其中M1、 M2、 M3单位为千克/小时，P1单位为MPa，E无量纲；
3）混合均匀度E由DCS自动化控制系统计算模块计算后自动转化输出对应模拟量4-20mA或1-5V信号；
4）DCS自动化控制系统自动转化输出对应模拟量4-20mA或1-5V信号供给电磁阀，电磁阀根据信号实时阀门开度，压缩空气进入若干个可调节雾化的原料油喷嘴自带气缸内，气缸根据压缩空气压力进行伸缩气缸活塞，活塞顶端带有的圆锥形雾化芯随着气缸的伸缩而改变原料油喷嘴出口的油雾化角度，从而调节电磁阀阀门出口的压缩空气压力。
2.根据权利要求1所述的炭黑反应炉喉管原料油与烟气均匀混合控制方法，其特征在于：所述的喉管烟气均匀度E值范围为：N234炭黑4.0-4.4；：N330炭黑2.8-3.2；N550炭黑1.9-2.3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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