专访:焦炉无烟装煤全流程一体化主动控制技术

发布时间:2017-09-19 13:28

近几年,在环保与市场双重压力下,捣固焦炉高压氨水无烟装煤工艺受广泛重视,但为其配套的自控系统多为“集气管压力智能模糊控制系统”即煤气的导出控制系统,严重忽视了无烟装煤工艺之“无烟”和“控氧”需要,一是无法解决“冒烟”与煤气含氧量的矛盾,二是关炉门时出现负压震荡,无法满足环保、安全与工艺需要,成为焦炉装煤冒烟的潜在原因一。对此问题我们专访了“西安中程自动化工程有限公司”技术发明人:袁正宏   先生

          一、焦化行业装煤烟尘处理技术现状捣固焦炉装煤采用侧装方式,机侧炉门必须敞开,由此处逸散的烟尘约占焦化烟尘排放总量的60%多。其发生机理是:受高温炉墙烈的热辐射,数百方荒煤气快速爆发,传统工艺和控制技术难以将其纳入到煤气系统进行处理,黄褐色烟尘逸散到周边大气造成环境染,较大的环保压力也制约着焦炉产能的充分发挥,给企业造成经济损失,成为困扰焦化行业的普遍难题。为解决这一主要污染源,焦化业内的设计院、设备制造和焦化企业不断探索,采用了不同的装煤除尘方式,边生产边治理,但实际效果均不理想。一是地面除尘站方式,建设专门的装煤除尘站或装煤、推焦二合一地面站,采用独立大型鼓风机抽吸,经布袋等过滤焦油和粉尘后,将剩余气体再直排入大气,但由于焦油易堵塞布袋和管道变形泄漏因素,除尘效果较差且不稳定。此种除尘方式实际是只滤去了颜色部分(粉尘和焦油),煤气及化工产品仍对大气造成二次隐性污染,也损失了大量煤气和化工产品,同时每年消耗的电能及维护费用高达几百万元。二是燃烧法消烟除尘方式,效果与地面站方式差不多,同时也损失大量化工产品。三是采用高压氨水侧导烟方式,通过高压氨水产生的负压将装煤烟尘导入到相邻炭化室上部空间并进入集气管煤气系统,但受制于煤气含氧量、煤气粉尘等安全和生产顺行因素,以及传统控制技术的限制,高压氨水的作用也不能充分发挥。

         二、全流程主动控制技术全流程主动控制技术是西安中程公司近6年来研发的焦炉装煤西安中程自动化工程公司 尘回收治理控制技术,其基础技术是西安中程20多年的焦炉集气管压力模糊技术。全流程主动控制技术基本原理是:顺应工艺流程,采用物连网技术,将装煤过程发生煤气、高压氨水负压衍射引导与控制、煤气系统鼓风机输送动力、机后煤气用户看作一个相互联系又相互影响的整来进行分析和控制;将煤气作为连续发生和输送的流体,结合流体力学,智能控制相关环节的煤气流速,实现煤气发生、输送与使用环节动态平衡输送,达到在煤气系统内部吸收处理装煤烟尘,不让其逸散到大气环境造成污染的目的。在此过程主动控制空气的进入量,达到氧含量控制目标。该项技术深入研究了装煤全工艺流程,包括装煤煤饼前进过程烟气发生规律(烟尘源头)、空气进入规律(氧含量来源)、粉尘发生规律(阻力影响源头),根据上述研究成果,将装煤进程、煤车动信号通过无线方式传输给计算机,合理有机控制高压氨水压力与流量(前端动力,在上升管根部形成足够的动态负压)、集气管压力(中间控制引导)、煤气鼓风机(后端输送动力,控制管道内煤气流速),达到煤气发生和输送的动平衡控制,实现无烟装煤效果,无烟效率可达90--100%。同时有效控制空气进入量,调节煤气含氧量,确保后化产要求。主动抑制粉尘量,减少煤气中粉尘对后续塔器和管道的堵塞影响,确保无烟装煤效果的长期运行。在60多家焦化实际应用中均取得了满意除尘效果。如山西阳光焦化、酒钢集团焦化、河北旭阳、唐山建龙、徐州伟天、昆明炼焦制气、陕西东岭、唐山荣义等。使用该技术前后效果对比:没有使用全主动3D技术前一次完整装煤过程如下,烟尘逸散严重。已经使用全主动3D技术后一次完整装煤过程如下,烟尘治理效果非常明显。高效的焦炉无烟装煤效果。

          三、经济效益分析:1.减少90%荒煤气污染排放按照每天生产100炉计算,实施前每炉约仍然排放浪费50方荒煤气,实施后减少到5方以下。合计每年减少荒煤气约150万方荒煤气,效益约为90万元/年(煤气单价按0.6元),同时其中的焦油和粗苯也得到回收利用,经济效益约60万元。两项合计约150万元/年2.高压氨水泵动压控制经济效益:目前状况:高压氨水泵始终处于高压力运行状态,对焦炉煤气系统冲击强烈,浪费电能,加剧泵和管道阀门的磨损。改造后:实现不装煤时低压运行,装煤时自动提升压力,减轻煤气系统冲击,节约电能,延长泵体和阀门寿命。改造后最大限度节能并减少泵的磨损,延长管道、阀门使用寿命经济效益测算:预计装煤时间段每炉可减少高压运行时间可缩短3分钟,降低电流90安培(预计从200安培将到110安培),按每天出炉200炉计算三座焦炉累计,每天可缩短高压运行时间600分钟(10小时),此部分节能计算:1.732*380*90*0.7*10*365*0.6/1000=9万元。电费按0.6元计另外在焦炉每天4小时(3座焦炉累计时间)检修时全部低压运行,此部分节能计算:1.732*380*90*0.7*4*365*0.6/1000=4万元。电费按0.6元计以上两项合计13万元/年,减少泵体修理费用暂未计。3、关闭大回流,实现鼓风机自动调速经济效益关闭大回流,实现鼓风机全自动调节技术,鼓风机转速可以下降200-300转,电机电流下降4—8个安培;降低初冷器制冷水耗能10--20%;煤气温升降低4度左右,可以降低脱硫预冷器能耗10—20%效益测算:A:鼓风机电机节电效益:按照电流下降4安培计算,年经济效益为:西安中程自动化工程公司 第 8 页1.732*10Kv*4A*0.8*24*365*0.6=29.12万元(电费单价0.6元)B:关闭大回流,降低初冷器制冷水耗能10--20%,从能量守恒考虑,此部分节能效益应该与鼓风机节能效益相等,预计年节能29.12万元。C:关闭大循环鼓风机转速下降后,鼓风机后煤气温升降低4度左右,可以降低脱硫预冷器能耗10—20%。从能量守恒考虑,此部分节能效益应该与鼓风机节能效益相等,预计年节能29.12万元。鼓风机自调各项效益:A+B+C =78.36万元/年以上煤气化产、高压氨水动压控制节能、鼓风机调速(平时关闭大回流)效益合计:150+13+78=240万元。以上仅为预计,数据不是十分准确。

         四、关键创新技术装煤烟尘的治理必须从全生产流程的高度来进行分析控制,关键独创技术可以概述为:1、物连网技术:装煤过程、高压氨水泵、焦炉集气管压力、鼓风机变频调速等通过无线和有线方式全部送给计算机系统,构成全工艺流程主动控制系统,达到煤气系统精准输送与平衡。2、高压氨水动态控制技术:装煤阶段在高压区运行,并进行先进的动态控制,已同时满足烟尘控制,氧含量调节、粉尘抑制等目的,高压氨水参数可根据生产的变化进行在线修改。平时低压运行,最大限度节能并减少泵的磨损,延长使用寿命。3、氧含量调节技术:主动减少空气的进入量,达到氧含量的控制目的。4、自动识别装煤焦炉:自动识别装煤焦炉,采取对应控制策略。5、边炉控制模型:针对边炉导烟的特性,采取特别控制措施,确保导烟效率。6、多座焦炉装煤控制与提示:两座焦炉同时装煤,可确保高压氨水压力需求(在泵能力范围内)。7、高压氨水冲洗管道自动识别:自动识别并调整到需要压力。8、独创的煤气流体控制模型:将焦炉发生煤气、冷鼓输送煤气鼓风机后用户阻力变化等环节作为相互联系、连续输送的煤气流体在核心软件中实施符合焦炉煤气流体特性的压力控制模型,将三大工段作为一个整体进行分析控制,适应了从焦炉煤气工艺本质。9、先进焦炉压力平衡控制技术:最多可实现8根集气管压力的衡控制。10、工艺环节提前控制技术:装煤时不仅仅焦炉翻板进行调节,更为重要的是提前对鼓风机吸力和转速进行控制。此技术使装煤时速控制比其他方法快1倍以上。11、智能解耦技术:根据对煤气流体特性的深入研究成果,彻底杜绝了焦炉间压力的耦合振荡顽疾。12、鼓风机吸力无级控制技术:实现了吸力的主动性变化及在各焦炉间的适时调配,极大增强了对多座焦炉同时装煤焦炉装煤、换向及鼓风机后阻力变化影响的主动克服能力,煤气“来多少送多少”保持煤气发生量、输送阻力和鼓风机动力控制的最佳匹配和平衡输送。13、多台鼓风机并行精确平衡控制技术:两台同时运行的鼓风机最好的运行方式是全部自动运行,并且两台风机转速和频率基本相同,这样负载均衡一致,防止鼓风机后出现抢风互顶情况,也使得节能最大化。西安中程鼓风机均衡负载控制技术已经成功应用于多家复杂焦化系统。此项技术特别适用于宁夏焦化三台风机两开一备(甚至今后三台同时运行)的状况,有利于提高鼓风机变频调速地稳定运行。14、鼓风机主动安全控制技术:有效避免鼓风机调停事故,同时在最大负荷时可以最大程度发挥鼓风机能力。需要说明得是如果确因变频器自身性能问题导致鼓风机跳停,则不在此技术范围保护范围内。15、换向自适应技术:运用独特控制模型,可以在不引入换向信号的情况下,快速自动克服换向的冲击,当然引入进来更好。16、预留冷鼓大回流控制作为备用,平时只对鼓风机进行变频控制,大回流全部关闭(自动关闭或手动关闭,平时也可以将大回流手动闸阀关闭。在特殊工况(如产量低、变频器维修等)在才启用大回流自动。17、预留煤气末端总放散控制作为备用(如果有末端总放散),平时鼓风机后阻力在鼓风机输送能力范围内只对鼓风机进行变频控制,末端放散全部关闭(自动关闭或手动关闭)。在特殊工况如产量高、鼓风机后阻力大到超过鼓风机能力时进行保压控制,适当开启;阻力正常自动关闭,减少煤气放散损失。18、计算机热备冗余技术:两台计算机相互热备跟踪,确保1台计算机突发故障时另1台自动无扰动切换,确保鼓风机、高压氨水泵、焦炉翻板不发生突变,保持设备和生产稳定运行。19、完备的应急处理设计:设计有完备的远程集中手动操作系统,在自动系统故障情况下可对所有高压泵、鼓风机和集气管翻板进行集中操作,确保故障检修不影响生产。20、完善的管理、使用、维护规程:确保效果长期稳定的基本保证。五、无烟装煤效果与指标:1、正常生产工艺和操作条件下,装煤过程中烟尘回收率90--100%。装煤时在煤车下观察无明显黄烟2、装煤时煤气氧含量在1.5%以下,如有配套措施装煤时可以控制在0.7%以下。不装煤时氧含量控制在0.7%以下。3、焦炉集气管压力全自动智能分析和控制,不需要人工整定调节参数。正常生产工艺条件下,焦炉集气管压力稳定控制在设定值±20Pa左右;在加煤、换向等导致压力升高时,可使压力在20秒左右迅速接近正常,杜绝耦合振荡现象和因焦炉集气管压力不稳导致的跑烟冒火和长时间负压运行的恶劣工况;(实现基础是鼓风机有足够的输送能力)。4、各焦炉压力控制设定值可相同,也可互不相同并能在线修改,修改后60秒内达到新设标准值;5、实时趋势显示和历史趋势记录、工艺流程图画形直观,语提示;当某个参数超过报警限或者异常时,则相应文字部分会发闪烁,不同的报警限显示不同的颜色提示。6、实现煤气鼓风机变频自动控制。7、实现高压氨水智能动态控制,压力可根据需要在线修改。8、实现装煤进程和煤车动作无线传输,煤饼检测精度达到厘米8、实现大回流自动调节(预留)。9、实现末端压力自动控制(预留)。 六、自动控制系统方案工业计算机控制系统(双机热备)+PLC系统+专用控制系统软件+装煤车无线系统+高压氨水泵动态控制+焦炉自动翻板+风机变频自动调速+大循环自动翻板(预留)+末端总放散自动调节(预留)方案采用集中测控方式,将煤饼进程、煤车动作信号、各座焦压力、各座焦炉翻板电动执行器位置反馈与控制、初冷器前吸力、鼓风机后压力、鼓风机转速,鼓风机频率反馈与控制、鼓风机电机电流、高压氨水压力和流量、高压氨水变频器频率与控制、换向信号,装煤信号、大回流自动调节翻板反馈与控制,煤气末端总放散压力、末端总放散位置反馈与控制等统一由无级模糊控制系统智能测控,运用公司十多项独创技术,构成多回路全自动控制系统。控制系统采用德国西门子S7-300系统。上位计算机采用双机热方式:平常状态下两台计算机都处于开机状态,一台作为工作机,另一台作为监视机和备用机。如果工作机发生故障,备用机立即自动投入控制,确保控制系统的长期稳定运转和可靠安全控制系统有三种工作方式:自动、计算中央手动,控制柜操作器手动,三者间无扰切换。控制系统一般安装在冷鼓控制室。西安中程自动化工程公司 

       七、西安中程已完成的国内最复杂焦炉与冷鼓工艺布置。详细咨询 :西安中程自动化工程有限公司技术发明人:袁正宏 13709201209


济宁市生物化学工业办.长春东狮科贸实业有限公司联合主办定于2017年10月25日至27日组织“2017全国焦化行业焦炉煤气综合利用、污染治理、干熄焦技术座谈交流暨煤焦化上下游企业国内考察团——济宁之行”诚邀全国焦化行业界领导参加!一定让您不虚此行,有所收获!

拟定交流主题:

1.焦炉煤气制取乙二醇经济技术分析、焦炉煤气制乙醇技术交流与分享

2.焦化行业的资源化利用和智能化探讨;

3.焦炉煤气生产还原铁技术、焦炉煤气制氢技术;

4. 捣固焦炉装煤烟尘治理技术;

5. 焦炉上升管显热回收技术、焦炉煤气余热回收利用技术、煤调湿技术;

6. 干熄焦和低水分熄焦技术;

7. 焦炉煤气脱硫脱氰废液提盐或硫磺制酸技术;

8. 焦炉烟道气脱硫脱硝技术;

9. 焦炉煤气制LNG技术、焦炉煤气制甲醇技术;

10. 焦化行业VOCs综合治理技术及运行案例;

11.炭化室压力调节技术;

12.焦化水系统集成优化技术、废水深度处理回用技术及污泥处置技术;

13.焦化企业烟气治理技术现状及分析;

14.煤焦油加氢及深加工相关技术交流与探讨。

拟考察单位:山东荣信煤化有限公司、山东民生煤化有限公司山东兖矿国际焦化有限公司等企业

    间:2017年10月25日至27日

    点:山东济宁(具体地点另行通知)

现征集联合主办单位、联合协办单位、技术发言单位寻:1、干熄焦和低水分熄焦技术 2、焦化行业的资源化利用和智能化探讨  3、炭化室压力调节技术  4、焦化企业烟气治理技术现状及分析  5、焦炉煤气余热回收利用技术,有兴趣的领导请尽快与我联系18811046156(微信同号)


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