山西焦化焦炉加热技术方案(修改)

增设自动加热装置实施方案

编制：李江伟

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焦化厂第三炼焦车间

2012年5月30日

增设自动加热装置实施方案

一、现状与改造意义

1、焦炉生产现状

第三炼焦车间5#、6#焦炉于2009年8月份相继开工生产，在我国的焦炉生产技术中相对比较先进，但焦炉生产模式仍然是粗放式的，生产过程基本上以人工操作为主，辅助以一些简单的自动化手段，因而生产效率低下，工人的生产操作环境恶劣，污染严重，单位产品的能耗很高。

两座焦炉分别有65孔炭化室和66孔燃烧室，采用焦炉煤气加热，操作工每四小时用便携式红外测温仪表测量第7和第26火道的鼻梁砖温度，然后根据全炉平均温度的高低人工调整加热煤气流量和分烟道吸力，焦炉加热控制基本上以人工操作为主。而焦炉的加热过程是单个燃烧室间歇、全炉连续、受多种因素干扰的热工过程，是典型的大惯性、非线性、时变快的复杂系统，存在以下问题：

①标准温度的确定完全有人工经验确定，并且往往偏高，导致能耗加大，焦炭烧蚀严重。

②立火道温度的测量采用传统的人工测温方法，测温精度低，受各种影响误差大。

③加热控制手段落后，仍采用人工加减煤气流量的方法。

④空气过剩系数不合理，不能正确地反映燃烧室中煤气燃烧。

⑤焦饼温度或炉墙温度过高，带走较高热量。

2、改造的意义

本次5#、6#焦炉增设自动加热装置的改造工作主要是增设焦炉加热系统新型检测与优化控制技术。该系统应用了大量智能化控制手段和先进的设备来提高操作系统的性能。对于稳定炉温、降低能耗、提高焦炭质量，对推进焦化技术进步，实现了资源高效利用，建设国内第一流的焦化企业都是非常有必要的。

二、改造目标

⑴实现焦炉立火道温度的直接测量。

⑵建立火道温度数学模型，预测全炉立火道温度的变化趋势，减少测温次数，降

低工人劳动强度。

⑶实现焦炉加热过程的全自动控制，计算机控制系统可直接调整加热煤气流量和分烟道吸力，温度的波动幅度减小；

⑷自动生成炼焦指数模型，实时检测粗煤气温度的变化，准确判断火落时间。

⑸根据各工艺参数的变化，建立标准火道温度模型。

⑹节能降耗达1.0～3.0%，焦炉的吨焦能耗达到国内一流水平；

⑺实时监测全炉各炭化室的工作状态，自动判断高温/低温号，生成操作指导界面。

⑻有利于延长炉龄，稳定焦炭质量，降低劳动强度；

三、主要技术内容

1、火道温度自动在线连续测量

高温物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，辐射能量的大小与它的表面温度有着十分密切的关系，因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。辐射量除依赖于物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、表面状态等因素有关，通常用发射率来描述这一特征，发射率一般在0-1之间。

红外光纤温度测量由以下几部分构成：

光学镜头：光学系统直接安装在炉顶的看火孔小炉盖上，通过目测瞄准对准鼻梁砖表面，光学系统的总高度低于80mm。

防尘、防火、防水系统；

图3.1 红外测温系统示意图

光导纤维（光纤）：把光学镜头收集的光信号传送给仪表。光纤为高纯度石英，化学成分为SiO2，物理化学性质非常好，它耐腐蚀，熔点非常高。

仪表系统：把光信号转化成温度信号，它的工作温度〈60℃。

红外光纤温度测量系统系统的工作原理是：

①通过光学系统（光学镜头）把立火道底部的砖表面的热辐射（红外光）收集起来；

②光纤（光导纤维）把光学系统收集的热辐射（红外光）传送到仪表上去；

③在仪表中，把热辐射（红外光）信号转化成温度信号。

图 3.2 火道温度随结焦时间周期性变化规

2、粗煤气温度的测量与炼焦指数模型

粗煤气温度的测量位置，一般选择在上升管或桥管部分进行测量，粗煤气的温度一般不超过1000℃，通常采用K型测量。

在炼焦过程中，煤中的挥发份就从炭化室中逸出，形成粗煤气，粗煤气经过上升管、桥管最后汇集到集气管中，进入下一道生产工序。在装煤初期，挥发份量大，炭化室温度低，粗煤气的温度也相对较低，随着炭化室温度的升高，从炭化室内部逸出粗煤气温度也随之升高，大约十几小时后上升至最高点，这一时期，煤基本上变成了焦炭，挥发份很少，从炭化里带走的热量也很少，所以粗煤气的温度也缓慢下降，直到推焦结束。

粗煤气的温度的变化在一定程度上反映了炭化室中煤变焦过程变化，因此通过对粗煤气温度变化的研究，可以间接地判断焦炭的成熟情况以及标准温度的高低。

国内外通过粗煤气温度判断焦炭成熟的方法有多种形式，基本思路十分接近，但在具体的做法有一些差别。综合各方面考虑，把热电偶安装在桥管处或上升管处测量粗煤气温度，用炼焦指数模型更适合JN60型焦炉生产操作的实际情况，实现方法也比较简单。

通过光学仪器设备测量粗煤气的颜色的方法，维修工作量非常大，因为光学仪器设备的光学窗口非常容易被粗煤气中的煤焦油沾污。色谱仪分析粗煤气成分的方法也不适合国内焦炉的现状，一是色谱仪价格贵，二是色谱仪对工作环境有较高的要求。

研究内容：

●上升管处安装热电偶的安全防护；

●上升处粗煤气温度的变化规律；

●如何自动生成炼焦指数模型。

3、炼焦指数模型与标准温度修正

焦炭的成熟度是焦炉生产的主要质量指标，它由挥发份、焦炭强度等参数构成，在实际生产中这些参数又是通过焦饼表面温度或焦饼中心温度来控制的，由于工业现场的特殊环境的限制，焦饼温度难以长时间在线连续测量，因而直接用焦饼表面温度或焦饼

中心温度来控制焦炭的质量指标很困难。在炼焦过程中，粗煤气在不同时间段内按一定规律在变化的，通过粗煤气温度的变化（见图3.4），可得出炼焦指数：

CI = τc /τm

式中：CI —炼焦指数 τc – 结焦周期，h

τm – 从装煤开始到粗煤气温度到达最大值的时间，h

根据对焦饼表面温度的测量和焦炭质量指标的综合分析，确定炼焦指数的合适范围，在此范围内，焦炭的成熟度好，质量指标比较合理。因而在生产过程中，若将炼焦指数稳定在上述的范围内，就可以较好地控制焦炭的质量。 研究内容：

● 找出炼焦指数与焦饼中心温度的对应关系,并回归分析得出关系模型; ● 根据炼焦指数关系和工艺要求确定标准的炼焦指数;

● 根据实际的炼焦指数(全炉平均值)与标准炼焦指数的偏差调整标准火道温度。 最终的标准温度的模型是：

Ts= Tf + F1（CI ）+ F2（Mt ）+ F3（τ） 其中：Ts -- 标准温度

Tf -- 理论（或经验）标准温度

F1（CI ）-- 标准温度的炼焦指数修正模型（反馈）

τc

τm

图3.3 桥管处粗煤气温度的变化

时间

温度