技术领域
[0001] 本
发明涉及状焦生产轻重相油加热炉技术领域，特别涉及生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉及控制方法。
背景技术
[0002] 针状焦是生产各种高功率和超高功率
电极的原料，针状焦生产过程中原料预处理需要把
煤焦油分离出来的轻、重相油加热升温到工艺需求
温度，目前现有的原料预处理加热工艺流程是，轻相油经过管式轻相加热炉加热，重相油经过管式重相加热炉加热，煤焦油预处理产生的不凝气(可燃尾气)经尾气焚烧炉燃烧后排空。现行工艺流程轻相加热炉配有 4套烧嘴、重相加热炉配有3套烧嘴、尾气焚烧炉配有1套烧嘴，每套烧嘴分别含
点火系统和火焰检测系统，3座炉总计8个烧嘴和火焰检测系统、8套火焰检测点，不仅点火复杂、控制系统投资大，而且尾气焚烧的
热能被废弃，未能利用。
[0003] 针对上述针状焦原料预处理原料油加热工艺弊端，本发明即为解决针状焦原料预处理轻重相油加热和尾气焚烧热能利用发明的一体式炉及其控制方法。
发明内容
[0004] 为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉及控制方法，炉体集成了现有煤系针状焦轻相油加热炉、重相油加热炉、尾气焚烧炉，将原有的三炉合成为为一体式炉，占地面积和空间不仅大为减少、总体系统燃气管路大为简化，同时为炉子设计的控制系统方案不仅快速安全、实现一体式炉自动点火和灭火，而且现场可以实现无人操作。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
[0006] 一种生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉，所述的一体式炉包括炉体、烧嘴和油管；所述烧嘴包括主烧嘴和分火嘴，所述油管包括轻相油管和重相油管。
[0007] 所述的炉体由中间的圆柱体、上部的圆台体和下部的圆锥体构成，上部的圆台体顶部与烟道相连，主烧嘴位于下部圆锥体的底部锥口处，分火嘴位于圆柱体中部
侧壁开口处。
[0008] 所述重相油管悬挂于炉体的圆柱体内的下部，延炉内壁螺旋形盘旋，上部为重相油入口，下部为重相油出口，均位于圆柱体侧壁开口处。
[0009] 所述轻相油管悬挂于炉体的圆柱体内的上部和上部的圆台体内，延炉内壁螺旋形盘旋，轻相油入口位于上部的圆台体侧壁开口处，出口位于圆柱体侧壁开口处。
[0010] 在炉体底部椎体中部延圆周均匀布置3个尾气入口，3个尾气入口互相成120°圆心
角；所述的分火嘴包括3个，在炉体的圆柱体中部延圆周均匀布置，互相成120°圆心角，并且与尾气入口成60°圆心角，与尾气入口成交错状布置。
[0011] 所述炉体的下部圆锥体的底部锥口处设有平底部分，主烧嘴位于平底部分中间的开口处，平底部分用镁
碳砖砌筑。
[0012] 所述炉体的下部圆锥体和中部的圆柱体中，除了尾气入口处以及分火嘴处用镁碳砖砌筑外，其余的炉体的炉衬均用高
铝砖砌筑；炉体上部的圆台体和上部烟道用耐火材料分体打结。
[0013] 一种生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉的控制系统，包括重相油出口
温度控制回路TC1、轻相油出口温度控制回路TC2、
炉膛压
力控制回路PC、烟气含
氧量控制回路AC、自动点火控制回路BC和SIS控制回路。
[0014] 自动点火控制回路BC包括：长明火点火器内置的点火
变压器BE0、长明火点火器内置的长明火火焰检测器B0、主火嘴火焰检测器B1、炉膛压力调节翻板
阀PV1、主火嘴助燃空气调节阀AV1、主火嘴燃气快速切断阀V1和V2、长明火快速切断阀V3和V4、主火嘴燃气流量
气动调节阀FV1、分火嘴的燃气流量调节阀FV2、炉内可燃气检测器A2、尾气压力检测器P5、尾气快速切断阀V5、氮气吹扫阀V6，上述装置均与控制系统的I/O端口相连接。
[0015] 所述的自动点火控制回路的自动点火控制方法，由所述的控制系统根据各检测原件的参数变化，控制各执行原件按顺序动作，具体如下：
[0016] 步骤101、自动点火前先判断燃气总管压力P1是否高于安全压力
阈值，低则告警，高则打开炉膛压力气动翻板阀PV1至全开和助燃空气气动调节阀AV1至全开；
[0017] 步骤102、再判断炉内可燃气含量A2是否低于点火安全含量阈值，高则打开氮气气动吹扫阀V6，向炉内吹入氮气，置换出炉内气体，直至炉内燃气达到安全阈值以下；
[0018] 步骤103、打开2个长明火气动快速切断阀V3和V4，长明火点火变压器BE接通打火，点燃长明火；
[0019] 步骤104、长明火火焰检测B0有长明火火焰后，再打开2个主火嘴气动快速切断阀 V1和V2，主火嘴燃气气动调节阀FV1开度设置15-25％，
[0020] 步骤105、主火嘴火焰检测B1有无主火焰，检测到主火焰后，主火嘴燃气气动调节阀FV1开度设置80+/-5％；3个分火嘴的燃气气动调节阀FV2开度设置15-25％；
[0021] 步骤106、判断尾气压力P5否高于安全压力阈值，高则打开尾气气动快速切断阀V5；至此点火程序结束。
[0022] 所述的自动点火控制回路的自动灭火控制方法，包括如下顺序步骤：
[0023] 步骤201、关闭2个主火嘴气动快速切断阀V1和V2，关闭2个长明火气动快速切断阀V1和V2，关闭尾气气动快速切断阀V5；
[0024] 步骤202、主火嘴燃气气动调节阀FV1开度设置0％，3个分火嘴燃气气动调节阀FV2 开度设置0％；
[0025] 步骤203、打开炉膛压力气动翻板阀PV1至全开；
[0026] 步骤204、助燃空气调节阀AV1开度设置0％；
[0027] 步骤205、判断炉内可燃气A2是否达到阈值以下；
[0028] 步骤204、炉内可燃气A2如果未达到阈值以下，则打开氮气气动吹扫阀V6，向炉内吹入氮气，置换出炉内气体；直至炉内燃气达到安全阈值以下；
[0029] 步骤205、当炉内可燃气A2达到阈值以下时，至此灭火程序结束。
[0030] 所述生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉的SIS安全回路的安全停车控制方法，在燃气总管线和燃气入炉前设置一燃气阻火器，燃气阻火器到主火嘴间的主燃气管线安装主火嘴燃气调节阀FV1，主火嘴燃气调节阀FV2，在燃气主管线上设置2个主火嘴燃气气动快速切断阀V1和V2、压力变送器P2，长明火燃气管线上设置2个长明火燃气气动快速切断阀V3和V4、压力变送器P3，燃气阻火器燃气出口处安装燃气压力变送器P1，主火嘴助燃空气管线上安装助燃空气调节阀AV1，氮气吹扫管线上安装氮气吹扫阀V6，尾气主管线上安装尾气阻火器，尾气阻火器到尾气入口主管线上安装尾气气动快速切断阀 V5；包括如下步骤：
[0031] 步骤301、燃气压力P1、P2、P3低低3选2或者主火焰检测B1灭火或者紧急停炉按钮压下时，气动快速切断阀V1、V2
电磁阀失电切断主火嘴燃气、气动快速切断阀V3、V4 电磁阀失电切断长明火燃气；
[0032] 步骤302、气动快速切断阀V5电磁阀失电切断尾气；
[0033] 步骤303、
气动阀V6电磁阀得电打开氮气吹扫，延迟固定吹扫时间失电。
[0034] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0035] 1)本发明集成了现有煤系针状焦轻相油加热炉、重相油加热炉、尾气焚烧炉，将原有的三炉合成为为一体式炉，占地面积和空间不仅大为减少、原有3个炉子燃气主火嘴
燃烧器从8套减少为本发明一体式炉的1套主火嘴燃烧器，总体系统燃气管路大为简化，炉子建设总体成本大幅降低，炉子维护工作量大幅减少；
[0036] 2)主烧嘴设置在炉体底部，分火嘴设置在炉体中部，分火嘴有效补充炉体上部的加热；
[0037] 3)尾气入口和分火嘴的布局设置，使焚烧热能得以充分利用，可以减少燃气的综合消耗，减少了对环境的热污染，煤系针状焦生产成本降低；
[0038] 4)通过在一体式炉底部安装一个炉内在线可燃气体检测仪表，一体式炉完全实现安全自动点火和安全自动回灭火。可以解决现有煤系针状焦轻相油加热炉、重相油加热炉、尾气焚烧炉点火前人工使用手持式可燃气体检测器探测危险源是否超标，不仅快速安全实现一体式炉自动点火和灭火，而且现场可以实现无人操作。
附图说明
[0039] 图1是本发明的生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉整体结构图；
[0040] 图2是本发明的生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉的控制系统图；
[0041] 图3是本发明的生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉的自动点火回路控制方法
流程图；
[0042] 图4是本发明的生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉的自动灭火回路控制方法流程图；
[0043] 图5是本发明的生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉的SIS安全回路控制方法流程图。
[0044] 其中：1-炉体底部圆锥体部分 2-炉体中部圆柱体部分 3-炉体上部圆台体部分 4- 烟道 5-主烧嘴 6-分火嘴 7-尾气入口 8-重相油管 9-轻相油管 10-重相油入口 11-重相油出口 12-轻相油入口 13-轻相油出口 14-平底部分 15-烟道开度翻板阀 16-长明火燃气入口 17-
蒸汽灭火口 18-氮气吹扫口 51-主烧嘴燃气入口 52-主烧嘴空气入口
61-分火嘴燃气入口 62-分火嘴空气入口。
具体实施方式
[0045] 以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
[0046] 如图1所示，一种生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉，所述的一体式炉包括炉体、烧嘴和油管；所述烧嘴包括主烧嘴5和分火嘴6，所述油管包括轻相油管9和重相油管8。
[0047] 所述的炉体由中间的圆柱体2、上部的圆台体3和下部的圆锥体1构成，上部的圆台体3顶部与圆柱体的烟道4相连，主烧嘴5位于下部圆锥体1的底部锥口处，分火嘴6位于圆柱体2中部侧壁开口处。
[0048] 所述重相油管8悬挂于炉体的圆柱体2内的下部，延炉内壁螺旋形盘旋，上部为重相油入口10，下部为重相油出口11，均位于圆柱体2侧壁开口处；
[0049] 所述轻相油管9悬挂于炉体的圆柱体2内的上部和上部的圆台体3内，延炉内壁螺旋形盘旋，轻相油入口12位于上部的圆台体3侧壁开口处，出口13位于圆柱体2侧壁开口处。
[0050] 在炉体底部椎体1中部延圆周均匀布置3个尾气入口7，3个尾气入口7互相成120°圆心角；所述的分火嘴6包括3个，在炉体的圆柱体2中部延圆周均匀布置，互相成120°圆心角，并且与尾气入口7成60°圆心角，与尾气入口7成交错状布置。
[0051] 所述炉体的下部圆锥体1的底部锥口处设有平底部分14，主烧嘴5位于平底部分14 中间的开口处，平底部分14用高质镁碳砖砌筑。
[0052] 所述炉体的下部圆锥体1和中部的圆柱体2中，除了尾气入口7处以及分火嘴6处用镁碳砖砌筑外，其余的炉体的炉衬均用高铝砖砌筑；炉体上部的圆台体3和上部烟道4用耐火材料分体打结。
[0053] 所述烟道4中设有烟道开度翻板阀15。
[0054] 炉体圆锥体1最底部的锥口中心的平底部分14除了安装有主烧嘴5外，靠近主火嘴5 处还布置有蒸汽灭火口17以及氮气吹扫口18、点燃主火嘴用的长明火燃气入口16，火燃气入口16紧靠近主火嘴10。
[0055] 主火嘴5分别有燃气入口51和空气入口52；分火嘴6分别有燃气入口61和自然吸入空气入口62。
[0056] 如图2所示，为生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉自动控制系统构成。烟道处安装烟道出口前压力变送器P4、烟气含氧量
传感器(氧化锆)A1、烟气温度传感器 (
热电偶)T9，炉顶部安装炉膛上部温度传感器(热电偶)T8，烟道处安装烟道前(炉膛) 压力调节气动翻板阀PV1，炉中部安装炉膛中部温度传感器(热电偶)T7，炉底部安装炉膛下部温度传感器(热电偶)T6，炉底部安装可燃气体探测传感器(电化学)A2，主火嘴中安装火焰检测器(
光谱)B1，重相油入口(重相油变频
泵FP1出口)安装有入口温度传感器(热
电阻)T4、压力变送器P7、流量变送器(差压)F4，重相油出口安装出口温度传感器(热电阻)T5，轻相油入口(轻相油变频泵FP2出口)安装有入口温度传感器(热电阻)T2、压力变送器P6、流量变送器(差压)F3，轻相油出口安装出口温度传感器(热电阻)T3。
[0057] 在燃气总管线和燃气入炉前设置一燃气阻火器，燃气阻火器到主火嘴间的主燃气管线安装燃气流量变送器(差压)F1和主火嘴燃气调节阀FV1，燃气阻火器到分火嘴间的分燃气管线安装燃气流量变送器(差压)F2和主火嘴燃气调节阀FV2，在燃气主管线上设置2 个主火嘴燃气气动快速切断阀V1和V2(冗余)、压力变送器P2，长明火燃气管线上设置 2个长明火燃气气动快速切断阀V3和V4(冗余)、压力变送器P3，燃气阻火器燃气出口处安装燃气温度传感器(热电阻)T1和压力变送器P1，主火嘴助燃空气管线上安装助燃空气调节阀AV1，氮气吹扫管线上安装氮气吹扫阀V6，尾气主管线上安装尾气阻火器，尾气阻火器到尾气入口主管线上安装尾气气动快速切断阀V5、压力变送器P5。
[0058] 长明火点火器垂直安装在靠近燃气主火嘴处，长明火点火器采用内置火焰检测器(离子检测)B0和点火变压器BE。
[0059] 生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉，生产要求达到的目标为，轻相油流量和出口温度保持恒定目标值，重相油流量和出口温度保持恒定目标值，炉膛压力保持恒定值，烟气含氧量保持恒定，为达到这些目标，发明了一体式炉控制方法。
[0060] 为实现上述生产目标，生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉自动控制系统，构建由6个常规控制回路和1个自动点火控制回路及1个
安全仪表系统(SIS)切断回路组成的控制系统。见附图2中虚线连接回路。
[0061] 6个控制回路任何一个回路中的参数出现扰动时，其它回路也同时很快跟随扰动，能平稳达到新的平衡。
[0062] (1)重相油出口温度控制回路TC1
[0063] TC1控制回路由重相油出口温度检测T5、主火嘴燃气流量检测F1、主火嘴燃气调节阀FV1构成。
[0064] FV1和F1组成内回路(一级)PID控制(正作用)，F1和T5组成外回路(二级) PID控制(正作用)，一级和二级构成FV1-F1-T5串级控制。
[0065] (2)轻相油出口温度控制回路TC2
[0066] TC2控制回路由轻相油出口温度检测T3、分火嘴(3个)燃气流量检测F2、分火嘴燃气调节阀FV2构成。
[0067] FV2和F2组成内回路(一级)PID控制(正作用)，F2和T3组成外回路(二级) PID控制(正作用)，一级和二级构成FV2-F2-T3串级控制。
[0068] (3)炉膛压力控制回路PC
[0069] PC控制回路由烟道出口前压力检测P4、烟气压力调节翻版阀PV1构成。
[0070] PV1和P4组成简单PID控制(反作用)。
[0071] (4)烟气含氧量控制回路AC
[0072] AC控制回路由烟道出口含氧量检测A1、主火嘴助燃空气调节阀AV1构成。
[0073] AV1和A1组成简单PID控制(正作用)。
[0074] (5)重相油流量控制回路FC1
[0075] FC1控制回路由重相油泵出口流量检测F4、重相油变频泵FP1构成。
[0076] FP1和F4组成简单PID控制(正作用)。
[0077] (6)轻相油流量控制回路FC2
[0078] FC2控制回路由轻相油泵出口流量检测F3、轻相油变频泵FP2构成。
[0079] FP2和F3组成简单PID控制(正作用)。
[0080] (1)-(6)的控制回路中采用的典型控制参数设置如下：
[0081] 1)轻相油出口温度控制290～300℃，
[0082] 2)重相油出口温度控制330～340℃。
[0083] 3)出口烟气含氧量控制3～4％。
[0084] 4)烟道出口前(炉膛)压力控制–100～-110Pa。
[0085] 典型生产规模4万吨/年针状焦工厂，5)轻相油流量控制20-22t/h，6)重相油流量控制8-10t/h。
[0086] 生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉入炉轻重相油参数：
[0087] 入炉轻相油温度160℃，轻相油泵出口压力1.6MPa；入炉重相油温度190℃，重相油泵出口压力1.6MPa。
[0088] (7)自动点火控制回路BC
[0089] BC自动点火控制回路由长明火点火器内置的点火变压器BE0、点火器内置的长明火火焰检测B0、主火嘴火焰检测B1、炉膛压力调节翻板阀PV1、主火嘴助燃空气调节阀AV1、主火嘴燃气快速切断阀V1和V2、长明火快速切断阀V3和V4、主火嘴燃气流量气动调节阀FV1、分火嘴(3个)燃气流量调节阀FV2、炉内可燃气检测A2、尾气压力检测P5、尾气快速切断阀V5、氮气吹扫阀V6构成，上述装置均与控制系统的IO端口相连接，控制系统为PLC系统、DCS系统或SIS系统。
[0090] 如图3所示，一体式炉的自动点火程序操作顺序，由所述的控制系统根据各检测原件的参数变化，控制各执行原件按顺序动作，具体如下：
[0091] 步骤101、自动点火前先判断燃气总管压力P1是否高于安全压力阈值，低则告警，高则打开炉膛压力气动翻板阀PV1至全开和助燃空气气动调节阀AV1至全开；
[0092] 步骤102、再判断炉内可燃气含量A2是否低于点火安全含量阈值，高则打开氮气气动吹扫阀V6，向炉内吹入氮气，置换出炉内气体，直至炉内燃气达到安全阈值以下；
[0093] 步骤103、打开2个长明火气动快速切断阀V3和V4，长明火点火变压器BE接通打火，点燃长明火；
[0094] 步骤104、长明火火焰检测B0有长明火火焰后，再打开2个主火嘴气动快速切断阀 V1和V2，主火嘴燃气气动调节阀FV1开度设置15-25％，
[0095] 步骤105、主火嘴火焰检测B1有无主火焰，检测到主火焰后，主火嘴燃气气动调节阀 FV1开度设置75-85％；3个分火嘴的燃气气动调节阀FV2开度设置15-25％；
[0096] 步骤106、判断尾气压力P5否高于安全压力阈值，高则打开尾气气动快速切断阀V5；
[0097] 至此点火程序结束。
[0098] 如图4所示，自动点火控制装置的自动灭火控制方法，其特征在于，包括如下顺序步骤：
[0099] 步骤201、关闭2个主火嘴气动快速切断阀V1和V2，关闭2个长明火气动快速切断阀V1和V2，关闭尾气气动快速切断阀V5；
[0100] 步骤202、主火嘴燃气气动调节阀FV1开度设置0％，3个分火嘴燃气气动调节阀FV2 开度设置0％；
[0101] 步骤203、打开炉膛压力气动翻板阀PV1至全开；
[0102] 步骤204、助燃空气调节阀AV1开度设置0％；
[0103] 步骤205、判断炉内可燃气A2是否达到阈值以下；
[0104] 步骤204、炉内可燃气A2如果未达到阈值以下，则打开氮气气动吹扫阀V6，向炉内吹入氮气，置换出炉内气体；直至炉内燃气达到安全阈值以下；
[0105] 步骤205、当炉内可燃气A2达到阈值以下时，至此灭火程序结束。
[0106] 按照图3、图4的程序
框图，可以编制一体式炉自动点火和灭火控制程序，下载到
控制器里通过上位机HMI就可实现一键自动点火和灭火。
[0107] (8)SIS控制回路
[0108] 见附图5，安全仪表系统(SIS)停车逻辑包括如下步骤：
[0109] 步骤301、燃气压力P1、P2、P3低低3选2或者主火焰检测B1灭火或者紧急停炉按钮压下时，气动快速切断阀V1、V2电磁阀失电切断主火嘴燃气、气动快速切断阀V3、V4 电磁阀失电切断长明火燃气；
[0110] 步骤302、气动快速切断阀V5电磁阀失电切断尾气；
[0111] 步骤303、气动阀V6电磁阀得电打开氮气吹扫，延迟固定吹扫时间失电。
[0112] 步骤301中，主燃气压力(主火焰和长明火)和尾气压力报警低限20kPa，停车低低限15kPa。
[0113] 为了主火嘴能正常点火以及维修仪表不执行SIS，逻辑联
锁中设有旁路软按钮，在紧急停车后，为防止SIS仪表参数恢复生产常态时，误触发自动开启燃气切断阀和尾气切断阀，需要在按下连锁复位软按钮才可以启动(需二次确认)。
[0114] 当执行自动点火(图3中的自动点火标志PID_HAND＝1)和灭火程序(图4中的自动灭火标志PID_HAND＝-1)时，SIS逻辑需要屏蔽，TC1、TC2、PC、AC控制回路不执行。
[0115] 生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉自动控制系统控制涉及的检测输入参量有：
[0116] (1)主燃气压力(P1、P2、P3)
信号3个(模拟量)；
[0117] (2)主火嘴燃气流量(F1)信号1个(模拟量)；
[0118] (3)分火嘴燃气流量(F2)信号1个(模拟量)；
[0119] (4)尾气压力(P5)信号1个(模拟量)；
[0120] (5)烟道出口前压力(P4)信号1个(模拟量)；
[0121] (6)轻相油出口温度(T5)信号1个(模拟量)；
[0122] (7)重相油出口温度(T3)信号1个(模拟量)；
[0123] (8)烟气含氧量(A1)信号1个(模拟量)；
[0124] (9)重相油变频泵出口流量(F4)信号1个(模拟量)；
[0125] (10)轻相油变频泵出口流量(F3)信号1个(模拟量)；
[0126] (11)主火嘴火焰光谱检测(B1)信号1个(
开关量)。
[0127] 生产针状焦用轻重相油加热和尾气焚烧一体式炉自动控制系统控制输出参量有：
[0128] (1)主火嘴燃气流量调节(FV1)信号1个(模拟量)；
[0129] (2)分火嘴燃气流量调节(FV2)信号1个(模拟量)；
[0130] (3)烟道出口前(炉膛)压力调节(PV1)信号1个(模拟量)；
[0131] (4)主火嘴助燃空气调节(AV1)信号1个(模拟量)；
[0132] (5)重相油变频泵
频率调节(FP1)信号1个(模拟量)；
[0133] (6)轻相油变频泵频率调节(FP2)信号1个(模拟量)；
[0134] (7)主火焰快速切断(V1、V2)信号2个(开关量)；
[0135] (8)长明火焰快速切断(V3、V4)信号2个(开关量)；
[0136] (9)尾气快速切断(V5)信号1个(开关量)；
[0137] (10)氮气吹扫控制(V6)信号1个(开关量)。
[0138] 以上
实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
