焦?fàn)t荒煤氣放散點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢偉中

(馬鋼自動(dòng)化工程公司 安徽馬鞍山 243000)

焦?fàn)t荒煤氣放散點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢偉中

(馬鋼自動(dòng)化工程公司 安徽馬鞍山 243000)

自動(dòng)放散點(diǎn)火系統(tǒng)就是由壓力變送器將集氣管管壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA電流信號(hào)，在壓力超常需要放散時(shí)，PLC對(duì)超壓信號(hào)進(jìn)行智能判斷，通過各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成引火、點(diǎn)火、開閥放散，使荒煤氣充分燃燒，達(dá)到環(huán)保要求。

荒煤氣；放散；點(diǎn)火

焦?fàn)t荒煤氣外泄是煉焦生產(chǎn)過程中的主要污染源。尤其當(dāng)風(fēng)機(jī)故障、突然停電、煤氣疏導(dǎo)系統(tǒng)故障而集氣管煤氣壓力居高不下時(shí)，只能直接排入大氣，造成很大污染，又導(dǎo)致焦?fàn)t四處跑煙冒火，甚至燒壞焦?fàn)t鐵件。

1 工作原理

自動(dòng)放散點(diǎn)火系統(tǒng)原理方框圖見圖1，自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)原理系統(tǒng)見圖2。

2 主要技術(shù)方案

自動(dòng)放散點(diǎn)火全部由PLC控制，專用軟件結(jié)合焦?fàn)t工藝要求，具有安全可靠、簡便合理等優(yōu)點(diǎn)。選用的PLC對(duì)工廠環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性和抗干擾能力。

蒸氣在點(diǎn)火放散過程中，起引風(fēng)、混風(fēng)等作用；本系統(tǒng)設(shè)有大功率燃燒器，先進(jìn)的兩次引風(fēng)確保荒煤氣在燃燒時(shí)有足夠的空氣引入，使煤氣燃燒更完全，達(dá)到林格曼黑度≤1的環(huán)保要求，其中蒸氣由電動(dòng)球閥控制。引風(fēng)混風(fēng)器的主要作風(fēng)是在荒煤氣燃燒的時(shí)候，短時(shí)間內(nèi)盡可能多地將空氣引入燃燒器，并在燃燒器內(nèi)部充分混和，達(dá)到荒煤氣完全燃燒的目的，ZFD-Ⅲ型點(diǎn)火裝置配備的引風(fēng)混風(fēng)器一級(jí)強(qiáng)制引風(fēng)，二級(jí)自然引風(fēng)，但在大量的制作經(jīng)驗(yàn)以及不斷的試驗(yàn)下，對(duì)其內(nèi)部的斜向?qū)Я靼宓臄?shù)量及方向作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和變動(dòng)，同時(shí)對(duì)外部的引風(fēng)口的大小及方向也作了相應(yīng)的改進(jìn)，極大地改善了內(nèi)部空氣和煤氣的混和情況，同時(shí)也增大了引風(fēng)量，使得整體的燃燒性能有了相當(dāng)?shù)奶岣摺?/p>

點(diǎn)火控制軟件能對(duì)超壓信號(hào)進(jìn)行智能判斷，確定是恒定的超壓信號(hào)(而非尖峰干擾信號(hào))時(shí)，分別按時(shí)序，通過各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成引火、點(diǎn)火、開閥放散，一、二級(jí)引風(fēng)、混風(fēng)等，使荒煤氣充分燃燒，達(dá)到環(huán)保要求，改善工作環(huán)境。該軟件還能對(duì)荒煤氣實(shí)施三級(jí)打開，保證煤氣壓力不會(huì)急劇下降造成回火。該軟件設(shè)置了煤氣放散閥短時(shí)活動(dòng)程序防止閥體因常時(shí)間不動(dòng)作而被焦油柜粘連，影響自動(dòng)控制的順利執(zhí)行。

設(shè)置備用電源，當(dāng)自控系統(tǒng)停電時(shí)利用備用電源仍可保證手工操作激發(fā)點(diǎn)火進(jìn)行激發(fā)點(diǎn)火消煙作業(yè)。

系統(tǒng)上部引風(fēng)混合器采用不銹鋼材質(zhì)，增加其耐腐性能，延長使用壽命。

針對(duì)焦?fàn)t上的高溫、多塵等的惡劣環(huán)境，所有的設(shè)備均考慮防火隔熱措施，增加設(shè)備運(yùn)行的壽命及可靠性。

激發(fā)點(diǎn)火電纜管線的走向遠(yuǎn)離火焰高溫區(qū)，并采用三級(jí)防護(hù)即電纜先用AF-250耐熱線，外部要用高鋁纖維保溫，它防護(hù)性的好壞直接影響使用可靠性。高溫高壓電纜采用特種電纜，耐溫800℃-1000℃，耐壓3000V。

點(diǎn)火方式采用點(diǎn)火火焰?zhèn)鬏斊饕鸱绞剑瑥氐捉鉀Q點(diǎn)火電纜燒毀的問題。

圖1 自動(dòng)放散點(diǎn)火系統(tǒng)原理方框圖

圖2 自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)原理系統(tǒng)圖

點(diǎn)火方式的改進(jìn)，若采用點(diǎn)火桿直接點(diǎn)火，鑒于點(diǎn)火桿的火花能量大，直接用點(diǎn)火桿也可以很可靠地點(diǎn)燃荒煤氣，但這種點(diǎn)火方式存在兩個(gè)方面的弊端：第一，點(diǎn)火桿始終處于高溫火焰區(qū)，如果放散持續(xù)時(shí)間較長，高溫下的點(diǎn)火桿的壽命大大縮短，甚至燒毀點(diǎn)火桿。第二，燒毀點(diǎn)火高壓電纜；由于在放散點(diǎn)火時(shí)刮風(fēng)或蒸汽壓力較低等原因，燃燒火焰下返，常常將處于點(diǎn)火桿尾部的高壓點(diǎn)火電纜燒壞，雖然點(diǎn)火電纜本身有耐250 ℃高溫的特性，而且也采取了防火隔熱措施，但由于火焰溫度高、火勢強(qiáng)勁，所以燒電纜時(shí)有發(fā)生，造成點(diǎn)火桿不打火而電纜破損處打火，直接導(dǎo)致點(diǎn)火困難；鑒于以上兩個(gè)方面的原因，現(xiàn)采用偏心雙層套管的火焰內(nèi)傳輸方式的點(diǎn)火火焰?zhèn)鬏斊鱽硪蓟拿簹猓丛趥鬏斊鞯牡撞吭黾泳簹廨斔推鳎ㄐ×康木簹猓?dāng)需要點(diǎn)火的時(shí)候，點(diǎn)火桿在低于放散管頂部約2 m的地方激發(fā)點(diǎn)火，點(diǎn)火以后火焰在偏心雙層套管內(nèi)部向上傳送到2 m以上的燃燒器頂部，這樣不管任何情況，火焰都不會(huì)顧及2 m以下的地方，甚至在徹底停了蒸汽以后也同樣不被燒毀，徹底解決了點(diǎn)火不可靠的問題。

4 電氣設(shè)計(jì)說明

供電電源為交流220V 4KW; 一路4-20mA壓力信號(hào)

點(diǎn)火控制柜采用PLC，內(nèi)裝UPS備用電源。

選用智能數(shù)顯控制儀，進(jìn)行各放散閥的閥位顯示，放散閥設(shè)有三級(jí)打開模式，有效降低集氣管壓的波動(dòng)。

全部導(dǎo)線采用AF-250安裝線，最高耐溫250℃(高溫高壓電纜耐溫1000℃)，在高溫區(qū)穿線鋼管外包扎隔溫材料，外敷鍍鋅板保護(hù)。

PLC機(jī)除保證點(diǎn)火作業(yè)的各個(gè)功能，尚留有與上位控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行PLC通訊的接口，所需增配的設(shè)備位置已在自動(dòng)控制柜內(nèi)予留。

表1 荒煤氣自動(dòng)放散點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)備配置

5 系統(tǒng)構(gòu)成

5.1 荒煤氣自動(dòng)放散點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)備配置

說明：系統(tǒng)為四根放散管，一個(gè)點(diǎn)火控制柜控制兩個(gè)放散管。

5.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)由一臺(tái)PLC控制柜和一臺(tái)執(zhí)行柜構(gòu)成，配以其他執(zhí)行單元和附屬設(shè)備，完成荒煤氣的自動(dòng)/手動(dòng)放散點(diǎn)火。本系統(tǒng)采用的PLC為SIEMENS公司的S7-200系列產(chǎn)品，具有性能穩(wěn)定，成本底、運(yùn)算能力強(qiáng)，高可靠性，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

PLC控制柜為本系統(tǒng)的控制核心，可編程控制器PLC和電源管理系統(tǒng)都安裝在本柜中，為保證PLC系統(tǒng)的正常工作，所有輸入/輸出信號(hào)均采用繼電器隔離。面板上的操作與顯示內(nèi)容如下：

數(shù)字顯示表：蓄電池電壓

指示燈：PLC系統(tǒng)工作、爐壓予警、爐壓報(bào)警、閥位故障、1#放散閥放散、2#放散閥放散、UPS工作 報(bào)警：聲光報(bào)警器

按鈕：試放、停放、實(shí)驗(yàn)、復(fù)位、

(“試放”和“停放”按鈕是在調(diào)試和檢修時(shí)，用來檢查放散是否正常工作；“實(shí)驗(yàn)”按鈕是檢查指示燈和報(bào)警器是否正常，按下時(shí)所有指示燈和報(bào)警器均有效；“復(fù)位”按鈕是用來故障復(fù)位的)

執(zhí)行柜用來直接控制現(xiàn)場的執(zhí)行單元來完成本系統(tǒng)的控制目的，本拒中元器件包括所有執(zhí)行單元的保護(hù)開關(guān)、驅(qū)動(dòng)繼電器、激發(fā)器等。面板上操作與顯示器的內(nèi)容如下：

數(shù)字顯示表：1#放散閥開度、2#放散閥開度、

帶燈按鈕：1#放散閥開、1#放散閥關(guān)、1#點(diǎn)火閥開、1#點(diǎn)火閥關(guān)、1#蒸汽閥開、1#蒸汽閥關(guān)、2#放散閥開、2#放散閥關(guān)、2#點(diǎn)火閥開、2#點(diǎn)火閥關(guān)、2#蒸汽閥開、2#蒸汽閥關(guān)、1#點(diǎn)火、2#點(diǎn)火、

轉(zhuǎn)換開關(guān)： 自動(dòng)——放散點(diǎn)火——手動(dòng)

(帶燈按鈕指示燈亮?xí)r表示對(duì)應(yīng)的閥開到位或關(guān)到位)

控制柜電源為單相220 V交流電源，柜內(nèi)配置后備式UPS電源，供停電時(shí)系統(tǒng)照常運(yùn)行使用，停電時(shí)，UPS電源自動(dòng)投入。

(注意：因現(xiàn)場環(huán)境惡劣，須按照說明定期對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng))

為便于維修，控制柜和執(zhí)行柜均設(shè)置照明燈及單相插座。

6 結(jié)論

焦?fàn)t在煉焦過程中，往往由于荒煤氣疏導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，引起焦?fàn)t爐壓上升，造成焦?fàn)t爐門，加煤口，上升管及各個(gè)接口處跑煙、冒火，劣化工人工作環(huán)境，增加大氣污染，甚至燒損焦?fàn)t鐵件。本自動(dòng)放散點(diǎn)火系統(tǒng)就是由壓力變送器將集氣管管壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4 mA-20 mA電流信號(hào)，在壓力超常需要放散時(shí)，PLC對(duì)超壓信號(hào)進(jìn)行智能判斷，確定是恒定的超壓信號(hào)(而非尖峰干擾信號(hào))時(shí)，分別按時(shí)序，通過各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成引火、點(diǎn)火，開閥放散，一、二級(jí)引風(fēng)、混風(fēng)等，使荒煤氣充分燃燒，達(dá)到環(huán)保要求，改善工作環(huán)境。

[1] 李友善.自動(dòng)控制原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005

[2] 王積偉,吳振順.控制工程基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2009

[3] 周流森.自動(dòng)控制與儀表[M].北京：清華大學(xué)出版社，1988

Design of Ignition System of Coke Oven Gas Emission

QIAN Wei-zhong

This automatic radiation ignition system is the pressure transmitter will set the trachea pipe pressure signal conversion into 4-20 mA current signal.In the extraordinary pressure to radiation.PLC for the pressure signal of intelligent judgment.through the various actuators finish getting, ignition.open valve radiation.Make waste gas burn adequately.achieve environmental protection requirement.

gas waste. bringing .ignition

2013-10-20

錢偉中(1963-)，男，馬鋼自動(dòng)化工程公司，工程師。

TP273

A

1672-9994(2014)01-0023-04