CN205635489U - 一种热解炉自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热解炉自动控制系统，包括上位机、PLC控制单元、信号采集元件及执行机构。信号采集元件及执行机构包括燃烧加热处理单元、热解气输出单元和冷却循环处理单元。燃烧加热处理单元包括三通换向阀、燃气切断阀、空气调节阀、燃气调节阀和烟气调节阀、热解炉温度传感器、炉膛压力传感器；冷却循环处理单元包括出料冷却循环单元与热解气冷却循环单元，出料冷却循环单元包括进水泵和回水泵；热解气冷却循环单元包括第一循环泵和第二循环泵；热解气输出单元包括压力变送器、测温热电偶、电伴热、除尘系统；压力变送器、测温热电偶以及电伴热设置于除尘系统间。本实用新型能实时自动控制热解反应各执行机构，使得热解反应达到最佳状态。

Description

一种热解炉自动控制系统

技术领域

本实用新型总地涉及自动控制系统，具体涉及一种蓄热式热解炉自动控制系统。

背景技术

随着现代化采煤技术的综合使用，使得块煤产率下降，由目前的40％下降至10-20％；而粉煤产率升高，由目前的60％上升至80-90％。但粉煤易扬尘，综合利用难度大，致使其销路不佳而大量积压。

煤阶这一概念用来表示煤炭煤化程度的级别。一般情况下，煤埋藏深度增加，其煤化程度增加，碳含量相应增加。中低阶煤在我国煤炭储量及产量中占很高比例。中低阶煤具有水分高、低灰、低硫、低发热量、挥发分高和活性强等特点，作为动力燃料直接燃烧效率低，不但温室气体排放量高，污染严重，而且浪费了煤炭中蕴含的丰富油气资源。

煤热解技术被认为是煤炭高效清洁利用最为有效的途径。煤热解是一项由许多平行的不断反应构成的繁琐热加工过程，其在常压下生产，不需加压，也不需氧气，便可产出煤气、油和半焦，实现了煤的部分气化和液化。

通过中温快速热解实现中低阶粉煤热解提油，能最大限度地提取粉煤中蕴含的丰富油气资源，进而可以解决目前粉煤难以利用的难题，缓解我国油气资源短缺的现状。因而该技术具有非常重要的经济效益、环境效益和社会效益。

蓄热式中低阶粉煤快速热解炉，为实现中低阶粉煤快速热解应运而生，其目的是为更大限度地提高焦油产率。蓄热式快速热解炉的工作原理是通过储存多余热量并在需要时将所蓄热量释放出来。可通过研究不同热解操作条件对热解焦油产率的影响规律，来实现中低阶粉煤快速热解提取焦油的工业化生产。

具体地，蓄热式快速热解炉利用了蓄热式燃烧技术，由蓄热式辐射管提供热能，对热解炉中的煤进行热解。蓄热式燃烧技术是通过放置在燃烧烧嘴中的蓄热体来完成出炉烟气与入炉助燃空气的热交换。

蓄热式辐射管的结构一般在辐射管上设有A侧烧嘴和B侧烧嘴，蓄热体分别装在两侧烧嘴上。

当A侧烧嘴燃烧的时候，则B侧烧嘴停止燃烧，反之亦然。经A侧烧嘴燃烧以后的废气流经B侧烧嘴后由烟道以烟气的形式排出，废气中的余热就使B侧烧嘴的蓄热体加热到一定的温度，而废气自身温度下降。

经过预先设定一段时间后，改变辐射管中气体流动的方向，即B侧烧嘴开始进入燃烧发热状态。冷空气和燃气进入B侧烧嘴，首先经温度较高的蓄热体加热，然后再进入烧嘴燃烧，这样可使助燃空气预热至300℃以上的温度，而最终排出烟气温度可降低至200℃以下，实现了废气余热的较大限度的回收利用，也有利于燃烧的充分进行。

蓄热式辐射管平均节能达到30％以上，提高了炉窑的热效率。蓄热的加热方式排烟温度低，基本不再需要余热回收系统，其具有节能减排的作用。研究与实践证明，在蓄热式高温空气燃烧技术的应用领域，蓄热式辐射管兼具安全可靠、节省能源、操作方便以及表面温度分布均匀的优点。

蓄热式中低阶粉煤快速热解炉的结构与传统热解炉相比有很大的不同，传统热解炉要使燃料燃烧的放热过程与热解物料热解的吸热过程在其中以悬浮态下极其迅速地进行，而蓄热式辐射管热解炉采用辐射管作为加热源，将热解料隔绝空气加热以实现快速热解，因而整个热解炉的温度控制对整个热解系统的热力分布、热工制度的稳定至关重要。如何能够控制热解炉的燃料用量与温度控制的关系、热解炉温度与热解炉进料量的关系，以及热解炉温度与旋风除尘温度及物料热解情况的关系，成为关键技术所在。现有手动控制热解技术不能够适应蓄热式辐射管热解炉的控制系统要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种热解炉自动控制系统，以解决实时自动控制热解反应各个执行机构，使得热解反应达到最佳状态。

本实用新型提供了一种热解炉自动控制系统，其包括上位机、PLC控制单元、信号采集元件及执行机构，其特征在于，所述信号采集元件及执行机构包括燃烧加热处理单元、热解气输出单元和冷却循环处理单元；

所述信号采集元件及执行机构与所述PLC控制单元连接并由所述PLC控制单元内程序控制，所述PLC控制单元通过数据通讯线连接所述上位机,

其中，所述燃烧加热处理单元包括：用于助燃空气和废气流动方向变换的三通换向阀；用于调节空燃比的空气调节阀；以及用于调节燃气供应量的燃气调节阀；用于检测热解炉温度的热解炉温度传感器；用于检测热解炉压力的炉膛压力传感器；

冷却循环处理单元包括出料冷却循环单元与热解气冷却循环单元，其中所述出料冷却循环单元包括进水泵和回水泵；所述热解气冷却循环单元包括第一循环泵和第二循环泵；

所述热解气输出单元包括：用于检测所述热解气压力的压力变送器；用于检测所述热解气温度的测温热电偶；用于加热所述热解气的电伴热；以及用于给热解气除尘的除尘系统；所述压力变送器、测温热电偶以及电伴热设置于所述除尘系统间。

上述的自动控制系统，所述信号采集元件及执行机构还包括进料处理单元，其包括:

用于进料料位检测的料位传感器；

用于进料上限位检测的进料上限位传感器；

用于进料下限位检测的进料下限位传感器；

以及用于进料供给的螺旋进料机。

上述的自动控制系统，所述信号采集元件及执行机构还包括出料处理单元，其包括：

用于焦油输出的螺旋出料机；

用于焦油出料上限位检测的出料上限位传感器；

以及用于焦油出料下限位检测的出料下限位传感器。

上述的自动控制系统，所述燃烧加热处理单元还包括：用于控制燃气通断及换向的燃气切断阀和用于调节烟气压力的烟气调节阀。

上述的自动控制系统，所述热解炉温度传感器包括：

用于检测热解炉炉壁的炉壁测温热电偶；

用于检测热解炉炉膛的炉膛温度仪；

所述燃气调节阀待所述PLC控制单元接收到所述热解炉温度传感器和所述炉膛压力传感器的信号后，由所述PLC控制单元控制变换。

上述的自动控制系统，所述除尘系统为二级除尘系统，包括两台旋风除尘器。

上述的自动控制系统，所述出料冷却循环单元还包括进水压力传感器、回水温度传感器和回水流量传感器。

上述的自动控制系统，所述热解气冷却循环单元还包括喷淋室喷洒器；在所述第一循环泵与所述喷洒器之间设有喷淋压力传感器、喷淋温度传感器和喷淋流量传感器；在所述第二循环泵与所述喷洒器之间设有第二压力传感器、第二温度传感器和第二流量传感器。

本实用新型的有益效果在于，此种热解炉自动控制系统，利用PLC控制系统对信号采集元件的传输信号实时响应，通过对执行机构的实时自动控制，使得热解反应达到最佳状态。本系统既实现了系统控制的自动化，又提高了系统控制的精确度，也简化了系统人工操作的程序，同时保证了热解反应的有效性。

附图说明

图1为本实用新型快速热解炉系统流程图；

图2为本实用新型快速热解炉自动控制系统结构示意图；以及

图3为本实用新型快速热解炉自动控制系统工作流程结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

在本实施例中，附图中的符号含义如下：

PT：压力变送器；FT：流量变送器；TE：测温热电偶；FIC：流量指示控制；pv：压力调节阀；pic：压力指示调节器；FI：流量显示；FV：流量阀门；PIA：压力信号远传指示；VVVF：变频调速系统；TIA：温度输入报警；M：电动机；MI：料位显示；ME：料位信号测量；MT：料位信号变送输出；YIA：电机状态指示；LG：液位显示。

如图1所示，本实用新型实施例的一种热解炉系统流程图，其工艺流程简单描述如下：热解煤原料与燃气及助燃气体作为输入源输入热解炉，原料经过加热分解，输出热解气及热解焦油，分别经不同通道输出。

下面结合图2的快速热解炉自动控制系统结构图和图3的热解炉自动控制系统工作流程结构图对本系统的自动控制系统流程加以说明。

如图2所示，本实施例的热解炉自动控制系统，包括上位机、PLC控制单元、信号采集元件及执行机构。信号采集元件及执行机构包括燃烧加热处理单元、热解气输出单元和冷却循环处理单元。燃烧加热处理单元包括引风机、鼓风机、点火风机、三通换向阀、空气调节阀、烟气调节阀、燃气调节阀、热解炉温度传感器和炉膛压力传感器；冷却循环处理单元包括出料冷却循环单元与热解气冷却循环单元，出料冷却循环单元包括进水泵和回水泵；热解气冷却循环单元包括第一循环泵和第二循环泵；热解气输出单元包括压力变送器、测温热电偶、电伴热、除尘系统；压力变送器、测温热电偶以及电伴热设置于除尘系统间。

如图3所示，本实施例的上位机系统由工业PC组成，包括：显示器，主机及键盘等输入设备。

本实施例的PLC控制单元，包括：电源模块、CPU模块，数字信号输入模块，数字信号输出模块，模拟量信号输入模块，模拟量信号输出模块等。所述电源模块用于给所述CPU模块、所述信号输入模块、所述信号输出模块提供电源；所述CPU模块接收所述信号输入模块的信号输入以及控制所述信号输出模块的信号输出。

所有信号采集元件及执行机构连接PLC控制单元，PLC控制单元的程序控制现场执行机构及电机的运行，同时读取现场仪表的返回值，并检测及记录相关数据及报警以备查询。工业PC只是作为监控器运行，PLC控制单元通过数据通讯线与之连接，其系统的运行并不依赖工业PC。

工作时，煤原料的加热是通过设于热解炉内的蓄热式辐射管实现的。在热解炉内投料热解前，要先使蓄热管加热以使热解炉达到热解的温度。此部分的工作主要由燃烧加热处理单元完成，其包括：用于助燃空气和废气流动方向变换的三通换向阀；用于调节空燃比的空气调节阀；用于调节燃气供应量的燃气调节阀；以及用于控制燃气通断及换向的燃气切断阀和用于调节烟气压力的烟气调节阀。

具体地，蓄热式辐射管加热启动时，蓄热式辐射管开始换向燃烧，燃气管道切断阀打开，辐射管A侧烧嘴和B侧烧嘴开始循环换向。助燃空气和废气流动方向的变换由三通换向阀控制，燃气的通断由燃气切断阀控制。若A侧烧嘴燃烧的时候，则B侧烧嘴停止燃烧，A侧烧嘴燃烧以后的废气流经B侧烧嘴后由烟道排出，废气中的余热就使B侧烧嘴的蓄热体加热到一定的温度，废气自身温度下降。经过预先设定的一段时间以后，改变辐射管中气体流动的方向，B侧烧嘴开始进入燃烧发热状态，冷空气和燃气进入B侧烧嘴。通过调整燃气调节阀来调节辐射管的加热效率；通过调节空气调节阀来改变辐射管的空燃比；通过调节烟气调节阀来调整辐射管烟气压力，以使辐射管达到最佳的燃烧状态。当遇有故障状态时，PLC控制单元停止燃气切断阀的换向操作，以保证设备及人员的安全。三通换向阀，燃气切断阀和其它各种调节阀均由PLC控制单元内的程序统一控制，以执行工艺流程动作。

将热解炉反应区炉温加热至热解工艺要求的温度，以满足热解炉投料运行条件后，热解系统开始投料运行。PLC控制单元通过热解炉炉壁测温热电偶、热解炉炉温、炉膛压力等现场采集的参数实时改变燃气调节阀的开度来控制辐射管的温度，以使热解炉的热解反应达到最佳状态，从而实现热解系统温度的自动控制。此加热工作也主要由燃烧加热处理单元完成，其包括：用于检测热解炉温度的热解炉温度传感器；用于检测热解炉压力的炉膛压力传感器。其中热解炉温度传感器包括：用于检测热解炉炉壁的炉壁测温热电偶；用于检测热解炉炉膛的炉膛温度仪。

燃气调节阀待PLC控制单元接收到热解炉温度传感器和炉膛压力传感器的信号后，由PLC控制单元控制变换。

原料热解时，在加料斗内要加入热解原料(低阶煤或生物垃圾等)，此工作主要由进料处理单元实现，其包括：用于进料料位检测的料位传感器；用于进料上限位检测的进料上限位传感器；用于进料下限位检测的进料下限位传感器；以及用于进料供给的螺旋进料机。

一旦加料斗内原料低于下限位或高于上限位，PLC控制单元都会在上位机如PC机上报警，提醒操作人员加装原料或停止加料。如果原料的料位正常，则PLC控制单元控制启动螺旋进料机，将原料推送至热解炉反应区内进行快速热解反应。

原料被快速热解后生成热解气及热解焦油。

热解气的输出主要由热解气输出单元完成。热解气输出单元包括：用于检测所述热解气压力的压力变送器；用于检测所述热解气温度的测温热电偶；用于加热所述热解气的电伴热；以及用于给热解气除尘的除尘系统；所述压力变送器、测温热电偶以及电伴热设置于所述除尘系统间。

热解气从热解炉反应区出气口输出，首先进入旋风除尘进行除尘处理。旋风除尘分为两级除尘系统，包括两台旋风除尘器。压力变送器、测温热电偶以及电伴热设置于两台旋风除尘器之间。

在两级除尘系统之间设有中间过程管道。中间过程管道的压力变送器和测温热电偶将采集的数据传送给PLC控制单元，由PLC控制单元内的程序判断是否启动电伴热给中间过程管道加热，以防止中间过程管道中间温度下降而造成管道结焦，阻塞管道。

热解气经过旋风除尘后再进入喷淋塔进行冷却，待温度降至合理区间范围后，由罗茨泵输送至燃气罐进行储存。热解气的冷却工作主要由冷却循环处理单元完成。

而热解炉反应区内热解焦油下行到反应区的底部出料斗被输出。该部分的工作主要由出料处理单元完成，其包括：用于焦油输出的螺旋出料机；用于焦油出料上限位检测的出料上限位传感器；以及用于焦油出料下限位检测的出料下限位传感器。

出料斗内设有上下限位开关。如果热解焦油的液位高于上限位，则会触发出料斗限位的上限开关，上位机的显示屏幕会提示操作人员打开螺旋出料机，由螺旋出料机将热解焦油输送至冷渣机，热解焦油经冷却后出料。热解焦油的冷却也主要由冷却循环处理单元完成。

具体分，冷却循环处理单元包括出料冷却循环单元与热解气冷却循环单元，其中，出料冷却循环单元包括进水泵、回水泵、进水压力传感器、回水温度传感器和回水流量传感器；热解气冷却循环单元包括第一循环泵、第二循环泵、喷淋室喷洒器、在第一循环泵与喷洒器之间设有的喷淋压力传感器、喷淋温度传感器、喷淋流量传感器、在第二循环泵与所述喷洒器之间设有的第二压力传感器、第二温度传感器和第二流量传感器。

喷淋塔和出料螺旋机及冷渣机均需要循环水冷却，第一循环泵将冷却水从冷却塔的底部输送至喷淋塔的顶部，冷却水通过喷洒器的喷头喷洒冷却热解气。第二循环泵将喷淋塔底部的水输送至冷却塔的顶部，经冷却塔将水冷却。冷却泵给冷渣机及螺旋出料机提供冷却水，冷却热解焦油。PLC控制单元控制冷却水用量达到合适用量，以便将热解气及热解焦油降温至合理温度区间。

本实施例的自动控制系统还包括其它工作内容，例如PLC控制单元的程序控制鼓风机、引风机、点火风机、燃气总阀的启停，如遇运行过程中紧急情况，关闭该系列设备的运行；PLC控制单元的程序控制吹扫阀、燃气切断阀及吹扫阀执行换向动作，完成辐射管的蓄热式换向动作，紧急情况时关闭其运行，使之保持相应的开关状态；PLC控制单元的程序根据炉体温度控制进料螺旋机的转速，出料螺旋机根据进料螺旋机的转速来匹配相应的转速，同时出料螺旋机高于上限位，增加出料螺旋的转速；PLC控制单元的程序根据集气管压力和炉膛压力来改变罗茨风机的转速等。

本实施例的施行效果在于，此种热解炉自动控制系统，利用PLC控制单元对信号采集元件的传输信号实时响应，通过对执行机构实时控制，使得热解反应达到最佳状态。本系统既实现了系统控制的自动化，又提高了系统控制的精确度，也简化了系统人工操作的程序，同时保证了热解反应的有效性。因而本系统兼具智能、稳定、实时、安全、高效、精确的特点。

本系统对于多种类型的以蓄热式辐射管为加热方式的加热炉亦有极佳借鉴作用。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种热解炉自动控制系统，所述自动控制系统包括上位机、PLC控制单元、信号采集元件及执行机构，其特征在于，所述信号采集元件及执行机构包括燃烧加热处理单元、热解气输出单元和冷却循环处理单元；

所述信号采集元件及执行机构与所述PLC控制单元连接并由所述PLC控制单元内程序控制，所述PLC控制单元通过数据通讯线连接所述上位机,

其中，所述燃烧加热处理单元包括：用于助燃空气和废气流动方向变换的三通换向阀；用于调节燃气供应量的燃气调节阀以及用于调节空燃比的空气调节阀；用于检测热解炉温度的热解炉温度传感器；以及用于检测热解炉压力的炉膛压力传感器；

冷却循环处理单元包括出料冷却循环单元与热解气冷却循环单元，其中所述出料冷却循环单元包括进水泵和回水泵；所述热解气冷却循环单元包括第一循环泵和第二循环泵；

所述热解气输出单元包括：用于检测所述热解气压力的压力变送器；用于检测所述热解气温度的测温热电偶；用于加热所述热解气的电伴热；以及用于给热解气除尘的除尘系统；所述压力变送器、测温热电偶以及电伴热设置于所述除尘系统间。

2.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述信号采集元件及执行机构还包括进料处理单元，其包括：

用于进料料位检测的料位传感器；

用于进料上限位检测的进料上限位传感器；

用于进料下限位检测的进料下限位传感器；

以及用于进料供给的螺旋进料机。

3.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述信号采集元件及执行机构还包括出料处理单元，其包括：

用于焦油输出的螺旋出料机；

用于焦油出料上限位检测的出料上限位传感器；

以及用于焦油出料下限位检测的出料下限位传感器。

4.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述燃烧加热处理单元还包括：用于控制燃气通断及换向的燃气切断阀和用于调节烟气压力的烟气调节阀。

5.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述热解炉温度传感器包括：

用于检测热解炉炉壁的炉壁测温热电偶；

用于检测热解炉炉膛的炉膛温度仪；

所述燃气调节阀待所述PLC控制单元接收到所述热解炉温度传感器和所述炉膛压力传感器的信号后，由所述PLC控制单元控制变换。

6.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述除尘系统为二级除尘系统，包括两台旋风除尘器。

7.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述出料冷却循环单元还包括进水压力传感器、回水温度传感器和回水流量传感器。

8.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述热解气冷却循环单元还包括喷淋室喷洒器；在所述第一循环泵与所述喷洒器之间设有喷淋压力传感器、喷淋温度传感器和喷淋流量传感器；在所述第二循环泵与所述喷洒器之间设有第二压力传感器、第二温度传感器和第二流量传感器。