一种干熄焦炉紧急充氮系统及控制方法
阅读说明：本技术 一种干熄焦炉紧急充氮系统及控制方法 (Emergency nitrogen charging system for dry quenching furnace and control method ) 是由 王付强 张春峰 王建中 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种干熄焦炉紧急充氮系统及控制方法,属于干熄焦炉气体检测领域；包括干熄焦炉、气体循环检测装置、氮气供应装置和干熄焦控制站DCS；控制方法包括以下步骤：判断可燃气体浓度是否超标；超标的情况下,根据气体温度控制空气调节阀开度；判断超标等级,启动紧急充氮系统；判断是否启动紧急排查程序；不超标的情况下,判断浓度的变化速度；浓度快速增长的情况下,启动紧急充氮系统；浓度变化速度平稳的情况下,关闭氮气调节阀；判断氮气缓冲罐氮气压力,调节管网氮气调节阀和备用氮气调节阀开度,保证事故氮气的充足供给。本发明实现可燃气体浓度上升期提前充入氮气预防浓度超标,超标后分等级自动对干熄焦炉进行充氮调节。(The invention discloses an emergency nitrogen charging system of a coke dry quenching furnace and a control method, belonging to the field of gas detection of coke dry quenching furnaces; the system comprises a dry quenching furnace, a gas circulation detection device, a nitrogen supply device and a dry quenching control station DCS; the control method comprises the following steps: judging whether the concentration of the combustible gas exceeds the standard or not; under the condition of exceeding the standard, controlling the opening of the air regulating valve according to the gas temperature; judging the standard exceeding grade, and starting an emergency nitrogen charging system; judging whether an emergency investigation program is started; judging the change speed of the concentration under the condition of not exceeding the standard; starting an emergency nitrogen charging system under the condition of rapid increase of concentration; under the condition that the concentration change speed is stable, closing the nitrogen regulating valve; and the nitrogen pressure of the nitrogen buffer tank is judged, and the opening degree of a pipe network nitrogen regulating valve and a standby nitrogen regulating valve is regulated to ensure sufficient supply of accident nitrogen. The invention realizes that the concentration of the combustible gas is prevented from exceeding the standard by charging nitrogen in advance in the rising period of the concentration, and the dry quenching furnace is automatically regulated by charging nitrogen in a grading manner after exceeding the standard.)
技术领域
本发明涉及干熄焦炉气体检测领域，尤其是一种干熄焦炉紧急充氮系统及控制方法。
背景技术
惰性循环气体在干熄炉冷却段与焦炭逆流换热，升温至900～960℃后进入干熄焦锅炉。由于气体循环系统负压段会漏进少量空气，O2通过红焦层就会与焦炭反应，生成CO2，CO2在焦炭层高温区又会还原成CO，随着循环次数的增多，循环气体里CO浓度愈来愈高。此外，焦炭残存挥发份在析出，焦炭热解生成的H2、CO等也都是易燃易爆成分，因此在干熄焦运行中，要控制循环气体中可燃成分浓度在爆炸极限以下。一般有两种措施可以进行控制，一种是连续地往气体循环系统内补充适量的工业氮气，对循环气体中的可燃成分进行稀释，再放散掉相应量的循环气体；另一种是连续往升温至900～960℃引出的循环气体中通入适量空气来燃烧掉增长的可燃成分，经锅炉冷却后再放散掉相应量的循环气体。然而这两种措施都需要根据气体浓度进行手动调节阀门，并且都是在可燃气体浓度异常后调节，具有一定的危险性。
为了解决上述问题，需要研发一种干熄焦炉紧急充氮系统及控制方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种干熄焦炉紧急充氮系统及控制方法，实现可燃气体浓度上升期提前充入氮气预防可燃气体浓度超标，超标后分等级自动对干熄焦炉进行充氮调节。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种干熄焦炉紧急充氮系统，包括用于冷却红焦并加热循环气体的干熄焦炉、保障气体安全循环的气体循环检测装置、降低可燃气体浓度的氮气供应装置和实时采集数据并控制系统运行的干熄焦控制站DCS；
所述气体循环检测装置包括控制干熄焦炉导入空气量的空气调节阀、收集循环气体送至余热锅炉入口的循环气体集气管、分别安装在循环气体集气管入口处的气体分析仪和气体温度传感器；
所述氮气供应装置包括安装氮气压力传感器的氮气缓冲罐、控制制氧站向氮气缓冲罐输送氮气流量的管网氮气调节阀、控制备用液态氮向氮气缓冲罐输送氮气流量的备用氮气调节阀和控制氮气缓冲罐向干熄焦炉输送氮气流量的事故氮气调节阀；
所述干熄焦控制站DCS采集气体分析仪、气体温度传感器和氮气压力传感器的数据，并控制空气调节阀、事故氮气调节阀、管网氮气调节阀和备用氮气调节阀的开度。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述循环气体集气管入口设置有一次除尘装置；所述气体分析仪和所述气体温度传感器均安装在一次除尘装置后。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述气体分析仪包括由下到上依次安装的H2含量检测仪、CO含量检测仪和O2含量检测仪。
一种干熄焦炉紧急充氮系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、判断循环气体中H2、CO、O2浓度是否超标；
S2、S1中H2、CO浓度超标的情况下，判断循环气体温度，控制空气调节阀开度；
S3、判断S2中H2、CO和S1中O2浓度超标等级，启动干熄焦炉紧急充氮系统；
S4、采集S3中O2浓度超标持续时间，判断是否启动紧急排查程序；
S5、S1中H2、CO、O2浓度不超标的情况下，判断H2、CO、O2浓度的变化速度；
S6、S5中H2、CO、O2浓度快速增长的情况下，启动干熄焦炉紧急充氮系统，将事故氮气调节阀打开至40%；
S7、S5中H2、CO、O2浓度变化速度平稳的情况下，关闭氮气调节阀；
S8、判断氮气缓冲罐氮气压力，调节管网氮气调节阀和备用氮气调节阀的开度，保证事故氮气的充足供给。
本发明技术方案的进一步改进在于：S1中，判断循环气体中H2、CO、O2浓度是否超标，具体包括以下步骤：
S1.1干熄焦控制站DCS采集H2含量检测仪数据，判断测得的H2百分比C1是否大于2%，如果大于，直接进行S2；
S1.2干熄焦控制站DCS采集CO含量检测仪数据，判断测得的CO百分比C2是否大于6%，如果大于，直接进行S2；
S1.3干熄焦控制站DCS采集O2含量检测仪数据，判断测得的O2百分比C3是否大于0.75%，如果大于，进行S3，如果小于，进行S5。
本发明技术方案的进一步改进在于：S2中，判断循环气体温度，控制空气调节阀开度，具体包括以下步骤：
S2.1干熄焦控制站DCS采集气体温度传感器温度T；
S2.2循环气体的温度T大于600℃时，空气调节阀打开至最大；
S2.3循环气体的温度T小于600℃时，空气调节阀关闭。
本发明技术方案的进一步改进在于：S3中，判断循环气体温度，控制空气调节阀开度，具体包括以下步骤：
S3.1干熄焦控制站DCS判断H2百分比C1是否大于6%，如果大于，将事故氮气调节阀打开至最大，并进行S8；
S3.2干熄焦控制站DCS判断CO百分比C2是否大于8%，如果大于，将事故氮气调节阀打开至最大，并进行S8；
S3.3干熄焦控制站DCS判断O2百分比C3是否大于1%，如果大于，将事故氮气调节阀打开至最大，并进行S4与S8；
S3.4如果C1小于6%，C2小于8%，C3小于1%，将事故氮气调节阀打开至70%，并进行S8。
本发明技术方案的进一步改进在于：S4中，采集O2浓度超标持续时间，判断是否启动紧急排查程序，具体包括以下步骤：
S4.1干熄焦控制站DCS计时器启动；
S4.2判断O2百分比C3是否小于1%，如果小于，计时器清零；
S4.3计时器计时至设定值5分钟报警，启动紧急排查程序，排查负压段是否存在泄露。
本发明技术方案的进一步改进在于：S5中，判断H2、CO、O2浓度的变化速度，具体包括以下步骤：
S5.1干熄焦控制站DCS H2百分比增长速度S1是否大于0.5%/min，如果大于，直接进行S6；
S5.2干熄焦控制站DCS CO百分比增长速度S2是否大于1%/min，如果大于，直接进行S6；
S5.3干熄焦控制站DCS O2百分比增长速度S1是否大于1%/min，如果小于，直接进行S7。
本发明技术方案的进一步改进在于：S8中，判断氮气缓冲罐氮气压力，调节管网氮气调节阀和备用氮气调节阀的开度，具体包括以下步骤：
S8.1干熄焦控制站DCS采集氮气压力传感器的数据，获得氮气缓冲罐氮气压力P；
S8.2当氮气压力P大于0.7MPa时，将管网氮气调节阀打开至60%；
S8.3当氮气压力P为 0.5MPa～0.7MPa时，将管网氮气调节阀打开至最大；
S8.4当氮气压力P小于0.5MPa时，将管网氮气调节阀与备用氮气调节阀打开至最大。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明通过干熄焦控制站DCS采集数据，并控制调节阀的开度，实现了紧急充氮系统的自动控制。
2、本发明通过在可燃气体浓度上升期提前充入氮气预防可燃气体浓度超标，提升了干熄焦生产过程的安全性。
3、本发明通过将可燃气体浓度超标分等级，在不同等级下控制阀门开度不同，实现充氮流量的合理调配。
4、本发明根据气体密度不同通过对H2含量检测仪、CO含量检测仪和O2含量检测仪由下到上依次安装，保证了测量H2、CO和O2的精准性。
5、本发明通过将气体分析仪和气体温度传感器安装在一次除尘装置后，延长了气体分析仪和气体温度传感器的使用寿命。
6、本发明通过设置氮气缓冲罐，实现管网中氮气压力的稳定；通过设置氮气压力传感器，保证紧急充氮过程中提供充足氮气，提高充氮系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明控制方法流程图；
图2是本发明系统结构示意图；
图3是本发明中循环气体集气管内部结构示意图；
其中，1、干熄焦炉，2、循环气体集气管，2-1、一次除尘装置，3、气体分析仪，3-1、H2含量检测仪，3-2、CO含量检测仪，3-3、O2含量检测仪，4、空气调节阀，5、气体温度传感器，6、事故氮气调节阀，7、氮气缓冲罐，8、管网氮气调节阀，9、备用氮气调节阀，10、制氧站，11、备用液态氮，12、氮气压力传感器，13、干熄焦控制站DCS。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
一种干熄焦炉紧急充氮系统，包括用于冷却红焦并加热循环气体的干熄焦炉1、保障气体安全循环的气体循环检测装置、降低可燃气体浓度的氮气供应装置和实时采集数据并控制系统运行的干熄焦控制站DCS13；
如图2所示，气体循环检测装置包括控制干熄焦炉1导入空气量的空气调节阀4、收集循环气体送至余热锅炉入口的循环气体集气管2、分别安装在循环气体集气管2入口处的气体分析仪3和气体温度传感器5。
氮气供应装置包括安装氮气压力传感器12的氮气缓冲罐7、控制制氧站10向氮气缓冲罐7输送氮气流量的管网氮气调节阀8、控制备用液态氮11向氮气缓冲罐7输送氮气流量的备用氮气调节阀9和控制氮气缓冲罐7向干熄焦炉1输送氮气流量的事故氮气调节阀6；通过设置氮气缓冲罐，实现管网中氮气压力的稳定；通过设置氮气压力传感器，保证紧急充氮过程中提供充足氮气，提高充氮系统的可靠性。
干熄焦控制站DCS13采集气体分析仪3、气体温度传感器5和氮气压力传感器12的数据，并控制空气调节阀4、事故氮气调节阀6、管网氮气调节阀8和备用氮气调节阀9的开度。
如图3所示，循环气体集气管2入口设置有一次除尘装置2-1；气体分析仪3和气体温度传感器5均安装在一次除尘装置2-1后；循环气体经过一次除尘装置2-1过滤掉大部分尘土后进入气体分析仪3和气体温度传感器5，延长了气体分析仪3和气体温度传感器5的使用寿命。
气体分析仪3包括由下到上依次安装的H2含量检测仪3-1、CO含量检测仪3-2和O2含量检测仪3-3；根据气体密度不同通过对H2含量检测仪3-1、CO含量检测仪3-2和O2含量检测仪3-3由下到上依次安装，保证了测量H2、CO和O2的精准性。
如图1所示，一种干熄焦炉紧急充氮系统的控制方法，步骤如下：
S1、判断循环气体中H2、CO、O2浓度是否超标：
S1.1干熄焦控制站DCS13采集H2含量检测仪3-1数据，判断测得的H2百分比C1是否大于2%，如果大于则判断超标，直接进行S2；
S1.2干熄焦控制站DCS13采集CO含量检测仪3-2数据，判断测得的CO百分比C2是否大于6%，如果大于则判断超标，直接进行S2；
S1.3干熄焦控制站DCS13采集O2含量检测仪3-3数据，判断测得的O2百分比C3是否大于0.75%，如果大于则判断超标，进行S3，如果小于判断未超标，进行S5。
S2、S1中H2、CO浓度超标的情况下，判断循环气体温度，控制空气调节阀4开度：
S2.1干熄焦控制站DCS13采集气体温度传感器5温度T；
S2.2循环气体的温度T大于600℃时，干熄焦控制站DCS13控制空气调节阀4打开至最大，通入空气降低H2、CO、O2浓度；
S2.3循环气体的温度T小于600℃时，干熄焦控制站DCS13控制空气调节阀4关闭，防止空气进入干熄焦炉发生爆炸。
S3、判断S2中H2、CO和S1中的O2浓度超标等级，启动干熄焦炉紧急充氮系统：
S3.1干熄焦控制站DCS13判断H2百分比C1是否大于6%，如果大于则达到第一等级超标，干熄焦控制站DCS13控制事故氮气调节阀6打开至最大，开启第一级别紧急充氮；
S3.2干熄焦控制站DCS13判断CO百分比C2是否大于8%，如果大于则达到第一等级超标，干熄焦控制站DCS13控制事故氮气调节阀6打开至最大，开启第一级别紧急充氮；
S3.3干熄焦控制站DCS13判断O2百分比C3是否大于1%，如果大于则达到第一等级超标，干熄焦控制站DCS13控制事故氮气调节阀6打开至最大，开启第一级别紧急充氮；
S3.4如果C1小于6%，C2小于8%，C3小于1%则达为第二等级超标，干熄焦控制站DCS13控制事故氮气调节阀6打开至70%，开启第二级别紧急充氮。
S4、采集S3中O2浓度超标持续时间，判断是否启动紧急排查程序：
S4.1干熄焦控制站DCS13计时器启动；
S4.2判断O2百分比C3是否小于1%，如果小于，计时器清零；
S4.3计时器计时至设定值5分钟干熄焦控制站DCS13报警，启动紧急排查程序，排查负压段是否存在泄露。
S5、S1中H2、CO、O2浓度不超标的情况下，判断H2、CO、O2浓度的变化速度：
S5.1干熄焦控制站DCS13H2百分比增长速度S1是否大于0.5%/min，如果大于则处于浓度上升期，直接进行S6；
S5.2干熄焦控制站DCS13CO百分比增长速度S2是否大于1%/min，如果大于则处于浓度上升期，直接进行S6；
S5.3干熄焦控制站DCS13O2百分比增长速度S1是否大于1%/min，如果小于则处于浓度平稳期，直接进行S7。
S6、S5中H2、CO、O2浓度快速增长的情况下，启动干熄焦炉紧急充氮系统，将事故氮气调节阀6打开至40%，在可燃气体浓度上升期提前充入氮气预防可燃气体浓度超标，提升了干熄焦生产过程的安全性。
S7、S5中H2、CO、O2浓度变化速度平稳的情况下，干熄焦控制站DCS13关闭氮气调节阀6。
S8、判断氮气缓冲罐7氮气压力，干熄焦控制站DCS13调节管网氮气调节阀8和备用氮气调节阀9的开度，保证事故氮气的充足供给：
S8.1干熄焦控制站DCS13采集氮气压力传感器12的数据，获得氮气缓冲罐7氮气压力P；
S8.2当氮气压力P大于0.7MPa时，干熄焦控制站DCS13将管网氮气调节阀8打开至60%；
S8.3当氮气压力P为 0.5MPa～0.7MPa时，干熄焦控制站DCS13将管网氮气调节阀8打开至最大；
S8.4当氮气压力P小于0.5MPa时，干熄焦控制站DCS13将管网氮气调节阀8与备用氮气调节阀9打开至最大。
综上所述，本发明通过由安装在循环气体集气管上的气体分析仪所测量的循环气体中H2、CO、O2的浓度来反馈调节，当气体浓度持续上升时提前充入氮气预防可燃气体浓度超标，在可燃气体浓度超标后分等级自动对干熄焦炉进行充氮调节；通过干熄焦控制站DCS采集数据，并控制调节阀的开度，实现了紧急充氮系统的自动控制；通过将可燃气体浓度超标分等级，在不同等级下控制阀门开度不同，实现充氮流量的合理调配。
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