CN204989941U - 一种气化炉的煤锁自动加煤控制系统及气化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气化炉的煤锁自动加煤控制系统及气化炉，属于煤制天然气技术领域。所述系统包括：数据变量采集装置、控制装置和数据变量输出装置；所述数据变量采集装置的数据输出端与所述控制装置的数据输入端连接，所述控制装置的控制信号输出端与所述数据变量输出装置的控制信号输入端连接，所述数据变量输出装置的控制信号输出端与煤锁执行机构的控制信号输入端连接。本实用新型将人工操作过程转换为自动控制，不仅减少运行人员的工作量，而且降低了煤锁运行中发生误操作或延迟操作的风险；并且通过控制煤锁在运行过程中的运行参数，确保了煤锁自动加煤的最优状态，提高了气化炉的控制精度及运行效率。

Description

一种气化炉的煤锁自动加煤控制系统及气化炉

技术领域

本实用新型涉及一种气化炉的煤锁自动加煤控制系统及气化炉，属于煤制天然气技术领域。

背景技术

利用煤炭资源相对丰富的特点发展煤制天然气产业，是天然气供求矛盾的一条有效途径。而气化过程是煤制天然气技术中的关键过程，鲁奇炉加压气化技术是煤制天然气的一种较好的解决方案。

现有的鲁奇炉加压气化技术是通过气化炉气化以及固态排渣等步骤实现煤制天然气。首先，进入气化炉中的煤必须是块煤，粒度要求范围是5-50mm；其次，为使气化炉正压运行，工作压力需控制在2.5-4MPa之间；最后，气化过程是通过蒸汽-氧气连续送风制取中热值煤气，煤气中的主要成分是H₂、CH₄、CO等易燃易爆或有毒的气体。

其中，向气化炉中加煤的过程通常由煤锁来完成。煤锁是一种向气化炉内间隙加煤的压力容器，它主要是通过液压系统控制煤锁充压、泄压循环，将存于常压煤仓内的煤加入到气化炉内，以保证气化炉的连续运行。在煤经由煤锁加入气化炉的过程中，煤从煤斗通过溜槽并由液压系统控制加入煤锁中。装满煤之后，将冷却装置的冷煤气从常压充压至2.4MPa，将炉压平衡至与气化炉压力相等，加入布煤器的冷圈内。在向气化炉加完煤之后，煤锁再卸压至常压，以便开始下一个加煤循环过程。

目前，在通过煤锁向气化炉加煤的过程主要是由运行人员人为判断气化各个阶段的相关参数条件，手动操作相关设备，以完成煤锁的加煤过程。但是，手动操作的控制方法首先是增加了运行人员的工作量，在煤锁运行过程中，需时刻仔细监视相关参数，及时根据参数进行设备的操作；其次是易造成误操作，运行人员长期处于紧张状态，精力不够集中时，易出现错误操作或延迟操作，从而导致安全事故，增加了气化过程的危险性；另外，运行人员人为判断各个阶段的参数，使得过程不够精确，造成气化炉效率降低，经济性下降。

实用新型内容

本实用新型为解决现有的煤制天然气技术在煤锁的加煤过程中存在的工作量较大、较易造成误操作或延迟操作以及操作精度较低的问题，提出了一种气化炉的煤锁自动加煤控制系统及气化炉。

本实用新型提供的技术方案包括：

一种气化炉的煤锁自动加煤控制系统，包括：数据变量采集装置、控制装置和数据变量输出装置；所述数据变量采集装置的数据输出端与所述控制装置的数据输入端连接，所述控制装置的控制信号输出端与所述数据变量输出装置的控制信号输入端连接，所述数据变量输出装置的控制信号输出端与煤锁执行机构的控制信号输入端连接。

在本实用新型所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统中，所述数据变量采集装置用于接收分布式控制系统DCS采集的煤锁运行参数。

在本实用新型所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统中，在所述煤锁的上锥阀和下锥阀上分别设置有电动开关，所述数据变量输出装置的开关量信号输出端分别与所述上锥阀和下锥阀的电动开关的开关量信号输入端连接。

在本实用新型所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统中，在所述煤锁的泄压阀上设置有电控泄压开关，所述数据变量输出装置的开关量信号输出端与所述泄压阀的电控泄压开关的开关量信号输入端连接。

在本实用新型所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统中，在所述煤锁的圆筒阀上设置有电控开关，所述数据变量输出装置的开关量信号输出端与所述圆筒阀的电控开关的开关量信号输入端连接。

在本实用新型所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统中，在所述煤锁的第一充压阀和第二充压阀上分别设置有电控充压开关，所述数据变量输出装置的开关量信号输出端分别与所述第一充压阀和第二充压阀的电控充压开关的开关量信号输入端连接。

在本实用新型所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统中，所述系统还包括人机交互装置，所述人机交互装置用于根据输入的指令控制所述煤锁执行启动、停止、紧急退出的操作功能、根据用户输入的信息对所述煤锁运行参数进行设置或显示所述煤锁的运行状态。

在本实用新型所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统中，所述人机交互装置包括为用户提供输入指令或输入信息的功能的输入单元和用于显示所述煤锁的运行状态的显示单元。

在本实用新型所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统中，所述人机交互装置还包括与所述煤锁执行机构连接的报警单元。

一种气化炉，包括气化炉体、煤锁以及如上述任意一个实施例所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，所述煤锁的出煤口与所述气化炉体的入煤口连接，所述气化炉的煤锁自动加煤控制系统与所述煤锁的煤锁执行机构连接。

本实用新型的有益效果是：控制装置根据数据变量采集装置采集的煤锁运行参数，并通过数据变量输出装置对煤锁的运行状态进行控制，从而将人工操作过程转换为自动控制，不仅减少运行人员的工作量，而且降低了煤锁运行中发生误操作或延迟操作的风险；并且通过控制煤锁在运行过程中的运行参数，确保了煤锁自动加煤的最优状态，提高了气化炉的控制精度及运行效率。

附图说明

图1以示例的方式示出气化炉的煤锁自动加煤控制系统的结构图。

图2以示例的方式示出一可选实施例中的上锥阀的结构图。

图3以示例的方式示出一可选实施例中的下锥阀的结构图。

图4A以示例的方式示出一可选实施例中的圆筒阀加煤时的状态结构图。

图4B以示例的方式示出一可选实施例中的圆筒阀关闭时的状态结构图。

图5以示例的方式示出一可选实施例的煤锁自动加煤控制系统的结构图。

图6以示例的方式示出一煤锁的结构图。

具体实施方式

本具体实施方式提出了一种气化炉的煤锁自动加煤控制系统，结合图1所示，包括：数据变量采集装置11、控制装置12和数据变量输出装置13；数据变量采集装置11的数据输出端与控制装置12的数据输入端连接，控制装置12的控制信号输出端与数据变量输出装置13的控制信号输入端连接，数据变量输出装置13的控制信号输出端与煤锁执行机构15的控制信号输入端连接。

可选的，数据变量采集装置11可采用DAM-6084型信号采集模块，该模块支持8路模拟量以及4路开关量和数字量同时输入，可通过接收由DCS(DistributedControlSystem，分布式控制系统)采集的煤锁运行参数的方式实现数据采集，并根据预先设定的阈值对采集的煤锁运行参数进行品质判断后，将判断结果为品质好的煤锁运行参数转换成模拟量实时输出至控制装置12。

其中，DCS采集的煤锁运行参数可以包括：煤锁压力、煤锁温度、煤锁与气化炉差压、煤锁料位、煤锁与充压煤气差压、煤锁动作设备的开关指令以及开关到位信号。

上述品质判断的过程可以包括：例如当检测到煤锁温度温升\降速率超过3℃/s，则判断该煤锁温度的测点品质为坏，该测点不可用；又如针对煤锁压力小量程测点，即量程的范围为0-800KPa的情况，若该测点的测量结果超过800KPa，则表示超过了量程上限，并判断该测点的品质为坏。

可选的，控制装置12可采用QuidwayS770系列主控模块，该模块可根据数据变量采集装置11输出的模拟量计算获得当前时刻煤锁的运行参数，并向数据变量输出装置13发送运行控制指令，以使数据变量输出装置13通过相应的开关量信号控制煤锁运行。

可选的，数据变量输出装置13可将控制装置12发送的运行控制指令输出至煤锁执行机构15，以使煤锁完成自动加煤的动作。

其中，数据变量输出装置13可采用GST-LD-8303型输入/输出模块，该模块的开关量信号输出端分别与煤锁的上锥阀和下锥阀电动开关的开关量信号输入端、第一充压阀和第二充压阀的电控充压开关的开关量信号输入端、泄压阀的电控泄压开关量信号输入端以及圆筒阀的电控开关的开关量信号输入端连接，用于控制上锥阀、下锥阀完成开关若干次的动作、控制第一充水阀和第二充压阀充水、控制泄压阀泄压以及控制圆筒阀开启或关闭。

结合图2至图4B所示，本实施例以示例的方式示出了上锥阀、下锥阀和圆筒阀的结构。图2中的标号21表示硬质合金，标号22表示橡胶圈；图4A中的A方向进入的物质是煤，图4B中的B方向进入的物质是煤。

在煤锁的排煤和加煤阶段，控制装置12通过数据变量输出装置13对上锥阀和上锥阀的控制可包括间隔预定时间的点动开关操作。在煤锁的泄压阶段，控制装置12通过数据变量输出装置13对泄压阀的控制可包括在预定压强下泄压预定时间后关闭。在煤锁的加煤阶段，控制装置12通过数据变量输出装置13对上锥阀和圆筒阀的控制可包括分别开启预定时间后关闭。在煤锁的充压阶段，控制装置12通过数据变量输出装置13对第一充压阀和第二充压阀的控制可包括分别充压预定时间后关闭。

在一可选实施例中，结合图5所示，该气化炉的煤锁自动加煤控制系统还包括人机交互装置14，该人机交互装置14用于根据输入的指令控制煤锁执行启动、停止、紧急退出的操作功能，以及根据用户输入的信息对煤锁运行参数进行设置和/或显示煤锁的运行状态。

其中，该人机交互装置14可采用工控机或个人计算机，使煤锁的运行人员能够通过输入指令控制煤锁执行启动、停止、紧急退出的操作功能，同时还可根据显示的煤锁运行状态对煤锁运行参数进行设置。该工控机或个人计算机对煤锁的控制策略可以在DCS的基础上设定，所用的软件可以为Foxboro的IACC控制系统。

可选的，该人机交互装置14包括为用户提供输入指令或输入信息功能的输入单元和用于显示煤锁的运行状态的显示单元。

其中，该输入单元可采用键盘或鼠标，该显示单元可采用液晶显示器。另外，还可以采用以触摸控制屏的方式将输入单元和显示单元整合为一个设备。

可选的，该人机交互装置14还包括与所述煤锁执行机构连接的报警单元。

其中，该报警单元可用于当煤锁的运行状态出现异常时，通过蜂鸣器等声音和/或特定颜色的警示灯输出报警信号，以提示煤锁的运行人员对异常的运行状态进行处理，并且能够使煤锁的运行人员无需长时间通过人机交互装置对煤锁的运行状态进行监测。

下面通过煤锁对气化炉的运行控制过程对本实用新型提出的气化炉的煤锁自动加煤控制系统进行详细说明。

图6所示的是一煤锁的结构图，该煤锁包括进煤口S1、出煤口S2、卸压口S3、备用口S6、卸压平衡口S9、温度计口S18和手孔H1。进煤口S1和出煤口S2分别用于进煤和排煤，卸压口S3与泄压阀连接并用于对煤锁排压，卸压平衡口S9用于连接平衡该煤锁压力的卸压平衡设备，温度计口S18连接测量该煤锁温度的温度计，手孔H1用于安装、拆卸、清洗或检修该煤锁的内部设备。

该煤锁的基本运行数据包括：设计压力：4.6MPa(G)；设计温度：350/250℃；工作压力：0～4.06MPa(G)；操作温度：20～150℃；液压试验：7.3MPa(立试)；腐蚀余量：4mm；气密性试验：4.6MPa(G)；全容积：18.7m³；设备净重：32050kg；介质名称：煤/粗煤气。

该煤锁的执行机构包括：上锥阀、下锥阀、第一充压阀、第二充压阀、泄压阀和圆筒阀。

通过该煤锁对气化炉进行加煤的过程包括：排煤、泄压、加煤、充压等四个阶段。

第一阶段：排煤

在排煤阶段的初始条件包括：上锥阀、第一充压阀、第二充压阀、泄压阀、圆筒阀均为关闭状态。

气化炉正常运行时，煤锁向气化炉排煤，当煤锁温度大于50℃时，人机交互装置14的显示单元的画面显示“煤锁空”，此时可由运行人员通过人机交互装置14或由控制装置12自动对煤锁进行加煤控制。在加煤控制阶段中，首先由控制装置12向数据变量输出装置13发送加煤的指令，数据变量输出装置13根据该加煤的指令向下锥阀发送关闭指令，从而将下锥阀关闭。

由于在加煤阶段所加的介质为煤块，在关闭下锥阀以后，为避免煤块卡在下锥阀中，导致煤锁在泄压阶段中与气化炉相连通，从而将气化炉中的有毒煤气排出，可对下锥阀进行多次点动开关，以确保下锥阀关严。

对下锥阀的点动操作包括自动与半自动状态：自动状态是在人机交互装置14中预先设置下锥阀执行自动开关动作的次数，每次动作间隔5s，当煤锁的排煤阶段完成后，自动进入泄压阶段；半自动状态是当煤锁运行至排煤阶段时停止，然后由运行人员在人机交互装置14中手动开关下锥阀预定的次数，当运行人员确认下锥阀关严后，在人机交互装置14中输入控制指令使煤锁进入泄压阶段。

第二阶段：泄压

在泄压阶段的初始条件包括：上锥阀、下锥阀、第一充压阀、第二充压阀、圆筒阀均为关闭状态。

当气化炉进入泄压阶段时，控制装置12向数据变量输出装置13发送泄压的指令，该数据变量输出装置13控制泄压阀打开。

由于泄压阶段需要对下锥阀的严密性进行差压泄露测试，因此可选的在两个工况下进行测试，分别是煤锁与气化炉小差压工况以及煤锁与气化炉大差压工况。

小差压工况的测试过程包括：泄压阶段开始5s后，数据变量采集装置11首先采集煤锁与气化炉差压值并发送给控制装置12，控制装置12判断若煤锁与气化炉差压值＜150pa，则表示在煤锁与气化炉小差压工况的测试阶段，下锥阀的严密性不合格，控制装置12通过数据变量输出装置13将泄压阀关闭，人机交互装置14的显示单元中显示报警信息以及由报警单元输出报警信号，并退出自动加煤阶段；若煤锁与气化炉差压值≥150pa，则表示在煤锁与气化炉小差压工况的测试阶段，下锥阀的严密性合格，小差压试验通过。

大差压工况的测试过程包括：小差压试验通过后，则煤锁会继续泄压，直到控制装置12根据数据变量采集装置11采集的数据确定煤锁压力值＜2200kpa，控制装置12通过数据变量输出装置13将泄压阀关闭。在此工况下可进行下锥阀的大差压试验。泄压阀关闭5s后，控制装置12判断若煤锁压力值＞2300kpa，则表示下锥阀的严密性不合格，人机交互装置14的显示单元中显示报警信息以及由报警单元输出报警信号；若煤锁压力值≤2300kpa，则表示下锥阀的严密性合格，大差压试验通过。

大差压试验通过后，控制装置12通过数据变量输出装置13打开泄压阀进行泄压，直到煤锁压力值＜2kpa，则关闭泄压阀，泄压阶段完成。

根据气化炉的工艺要求，在刚进入泄压阶段时，可由控制装置12开始进行煤锁总装填计时(即：泄压开始至加煤结束)、煤锁自动加煤控制系统周期总计时(即：除排煤阶段外，其它三个阶段的总计时)。

第三阶段：加煤

在加煤阶段的初始条件包括：下锥阀、第一充压阀、第二充压阀、泄压阀均为关闭状态。

控制装置12通过数据变量输出装置13依次打开上锥阀和圆筒阀，对煤锁进行加煤。当圆筒阀打开后，由控制装置12开始进行加煤计时，确定煤锁加煤满的依据包括：加煤计时达到50s或者人机交互装置14的显示单元显示煤锁料位达到预定值，然后停止计时并归零。此时，控制装置12通过数据变量输出装置13关闭圆筒阀，停止总装填计时并归零。

圆筒阀关闭后，再由控制装置12通过数据变量输出装置13关闭上锥阀。为确定上锥阀没有卡煤且关闭严密，可对上锥阀进行点动开关操作数次。对上锥阀的点动操作包括自动与半自动状态：自动状态是在人机交互装置14中预先设置上锥阀自动开关的次数，每次动作间隔5s，当煤锁的加煤阶段完成后，自动进入充压阶段；半自动状态是当煤锁运行至加煤阶段时停止，然后由运行人员在人机交互装置14中设置手动开关上锥阀预定次，当运行人员确认上锥阀关严后，在人机交互装置14中输入控制指令使煤锁进入充压阶段。

第四阶段：充压

在充压阶段的初始条件包括：上锥阀、下锥阀、第二充压阀、泄压阀均为关闭状态。

当气化炉进入充压阶段时，控制装置12向数据变量输出装置13发送泄压的指令，该数据变量输出装置13控制第一充压阀打开，并由控制装置12开始充压计时。此时可对煤锁的上锥阀在小差压状态下(即煤锁与大气的差压比较小的状态)的严密性进行检验。充压计时开始5s之后，控制装置12判断若煤锁压力值＜200kpa，则表示上锥阀不严密，小差压试验失败，控制装置12通过数据变量输出装置13将第一充压阀关闭，人机交互装置14的显示单元中显示报警信息以及由报警单元输出报警信号，并退出充压阶段；控制装置12判断若煤锁压力值≥200kpa，则表示煤锁的上锥阀关闭严密，小差压试验成功，可以继续进行充压。

继续充压直到煤锁压力值≥900kpa，控制装置12通过数据变量输出装置13将第一充压阀关闭。在此工况下，可继续对上锥阀进行大差压试验：充压计时开始5s之后，控制装置12判断若煤锁压力值＜800kpa，则表示上锥阀在大差压工况下的严密性不合格，大差压试验失败，人机交互装置14的显示单元中显示报警信息以及由报警单元输出报警信号，并退出充压阶段；控制装置12判断若第一充压阀关闭5s后，煤锁压力值≥800kpa，则表示大差压试验通过。

煤锁的上锥阀的大差压试验通过后，控制装置12通过数据变量输出装置13打开第一充压阀继续充压。当控制装置12确定煤锁与充压煤气差压值≤100kpa时，通过数据变量输出装置13关闭第一充压阀，人机交互装置14的显示单元中显示“充压完成”。

充压完成后，控制装置12通过数据变量输出装置13打开煤锁与气化炉之间的第二充压阀，当煤锁与气化炉差压值≤20kpa时，人机交互装置14的显示单元中显示“上下差压满足”，即：煤锁与气化炉压差已满足安全性的要求，控制装置12通过数据变量输出装置13关闭第二充压阀，并打开煤锁的下锥阀。下锥阀开到位后，控制装置12停止充压计时、煤锁自动加煤控制系统周期总计时，并均归零。煤锁对气化炉的运行控制过程的一个运行周期结束，如此往复循环，实现本具体实施方式提出的气化炉的煤锁自动加煤控制系统的运行。

在充压阶段中，若控制装置12通过数据变量输出装置13打开煤锁的下锥阀后的10s内，控制装置12根据煤锁动作设备的开关到位信号确定上锥阀未开到位，则人机交互装置14的显示单元中显示“下锥阀故障”，并退出充压阶段。

根据加压气化炉运行工艺要求，充压阶段的时间可设定为不超过180s，若充压阶段的时间超过180s，则控制装置12通过数据变量输出装置13关闭第一充压阀和第二充压阀，并在人机交互装置14的显示单元中显示报警信息以及由报警单元输出报警信号，然后退出充压阶段；本具体实施方式提出的气化炉的煤锁自动加煤控制系统的一个运行周期可设定为不超过360s，若总计时超过了360s，则控制装置12通过数据变量输出装置13关闭上锥阀、上锥阀、第一充压阀、第二充压阀、泄压阀和圆筒阀，人机交互装置14的显示单元中显示报警信息以及由报警单元输出报警信号，并退出排煤、泄压、加煤或充压阶段。

采用本实用新型提出的技术方案，控制装置根据数据变量采集装置采集的煤锁运行参数，并通过数据变量输出装置对煤锁的运行状态进行控制，从而将人工操作过程转换为自动控制，不仅减少运行人员的工作量，而且降低了煤锁运行中发生误操作或延迟操作的风险；并且通过控制煤锁在运行过程中的运行参数，确保了煤锁自动加煤的最优状态，提高了气化炉的控制精度及运行效率；运行人员可通过人机交互装置根据实际工况退出煤锁自动加煤控制系统，增加了控制的灵活性，并增加了保煤锁自动加煤过程的安全性。

虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，包括：数据变量采集装置、控制装置和数据变量输出装置；所述数据变量采集装置的数据输出端与所述控制装置的数据输入端连接，所述控制装置的控制信号输出端与所述数据变量输出装置的控制信号输入端连接，所述数据变量输出装置的控制信号输出端与煤锁执行机构的控制信号输入端连接。

2.如权利要求1所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，所述数据变量采集装置用于接收分布式控制系统DCS采集的煤锁运行参数。

3.如权利要求1所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，在所述煤锁的上锥阀和下锥阀上分别设置有电动开关，所述数据变量输出装置的开关量信号输出端分别与所述上锥阀和下锥阀的电动开关的开关量信号输入端连接。

4.如权利要求1所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，在所述煤锁的泄压阀上设置有电控泄压开关，所述数据变量输出装置的开关量信号输出端与所述泄压阀的电控泄压开关的开关量信号输入端连接。

5.如权利要求1所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，在所述煤锁的圆筒阀上设置有电控开关，所述数据变量输出装置的开关量信号输出端与所述圆筒阀的电控开关的开关量信号输入端连接。

6.如权利要求1所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，在所述煤锁的第一充压阀和第二充压阀上分别设置有电控充压开关，所述数据变量输出装置的开关量信号输出端分别与所述第一充压阀和第二充压阀的电控充压开关的开关量信号输入端连接。

7.如权利要求1所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，所述系统还包括人机交互装置，所述人机交互装置用于根据输入的指令控制所述煤锁执行启动、停止、紧急退出的操作功能、根据用户输入的信息对所述煤锁运行参数进行设置或显示所述煤锁的运行状态。

8.如权利要求7所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，所述人机交互装置包括为用户提供输入指令或输入信息的功能的输入单元和用于显示所述煤锁的运行状态的显示单元。

9.如权利要求7所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，其特征在于，所述人机交互装置还包括与所述煤锁执行机构连接的报警单元。

10.一种气化炉，其特征在于，包括气化炉体、煤锁以及如权利要求1至9任意一项所述的气化炉的煤锁自动加煤控制系统，所述煤锁的出煤口与所述气化炉体的入煤口连接，所述气化炉的煤锁自动加煤控制系统与所述煤锁的煤锁执行机构连接。