焦炉荒煤气自动放散点火控制的设计毕业设计论文Word格式文档下载.docx

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关键词荒煤气，气体，点火，自动控制

ABSTRACT

Cokeovenwastegasleakageisthemainpollutionsourcesintheprocessofcokingproduction,directlyintotheatmosphere,seriousenvironmentalpollution,mustsetupautomaticradiationignitiondevice.Thesystemwithfunctionsofautomatic,SPC,manualignition,theignitiontestisreliable,greatlyimprovethetechnicalcontentofcokeovenignitiondevice.

Wastegasiscommonlyknownascrudecoalgas,appearanceistanofmixturegas,itscompositioniscomplicated,mainlyhasthetarcontent,sulfide,cyanideandammonia,hydrocarbonsandotherharmfulsubstances,whichrepresentedbybenzeneandoverlooksthecarcinogenicityofpolycyclicaromatichydrocarbons,whichhaveverystrong.Andcokeovenwastegasleakageisthemainpollutionsourcesintheprocessofcokingproduction.Especiallywhenthefanfailure,suddenpoweroutages,gaschannelsystemfailureandgascollectorgaspressureishigh,canonlybedirectlydischargedintotheatmosphere,pollution,andresultincokeovenstartedrunningaroundthesmoke,evenburningcokeoveniron.KRCFC-Ⅲtossingintheignitioncontroldevicethatisdesignedaccordingtotheproblemofcokeovengasautomaticignitiondevice.ThedevicebasedonPLCtechnology,gaspressureasthecontrolparameter,torealizepressurealarm,gasradiationignition,steamcontrol,andotherfunctions.Thissetofequipmentwithadvancedtechnology,reasonabledesign,simplestructure,convenientoperationandmaintenancecharacteristics.Itcanensuregasradiationgascollectorpressureistoohigh,lightgastoprotecttheatmosphericenvironmentatthesametime,helptoreducethelaborintensityofworkers.Thetossingintheignitioncontroldevicehaspotentialeconomicbenefitsandsocialbenefits.Thusforwastegastreatmentexperiencedfromdirectemissionstotheatmosphere,totheapplicationofsimpleuntilnowwhichcanbeamoresatisfactorymoreperfectsolution.Goldnopuregold,however,nooneisperfect,evenifthehandlingofwastegasinthedevelopmentoftoday,itstillcanbeimproved.Successaccordingtothechangeofthegascollectorpressure,thewastegasautomaticignitionlosscontrolofdevelopedsystem,solvedthewastegasradiationtubeflapmotionamplitudeistoolargeforgascollectorpressurefluctuations,effectivelyguaranteethestabilityofthepressuresystemofcokeovenandreducesthecokeovensmokingphenomenon,prolongfurnacelife,improvethecokeovenoperationenvironment.

KeywordsWastegas，gas，Ignition，Automaticcontrol

1绪论

荒煤气自动放散点火控制系统是焦炉生产的必要的环保设施之一，可以减少废气排放所带来的污染,改善大气环境,降低工人的劳动强度,具有潜在的经济效益和社会效益。

在环境保护行业标准在中华人民共和国环境保护行业标中炼焦过程和装置废气辐射要求安装废气自动点火装置。

曾经直接由人类排放的废气,严重污染环境。

特别是当风扇故障,突然停电,气体通道系统故障和集气器气体压力高,只能直接排放,不仅会造成环境污染,而且还会导致焦炉随处吸烟。

废气自动辐射点火控制系统基于PLC,气体压力的监测参数,实现压力报警,废气辐射点火等,来解决这个问题由于大气污染的损失。

焦炉荒煤气外泄是炼焦生产过程中的主要污染源，直接排入大气，严重污染环境，必须设置自动放散点火装置。

焦炉生产具有频繁的周期性，煤气使用量存在波动，当煤气使用量低而煤气产处于高峰造成焦炉管网压力不稳或当风机故障、突然停电、荒煤气疏导系统故障而造成集气管压力居高不下，无法正常调节时必须采取措施放散煤气。

常规放散方法是从焦炉集气管上的荒煤气放散管直接排放至大气或人工点火，明火燃烧放散这样不仅造成周围环境的严重污染和员工人身安全，同时人工打开与关闭放散的时间无法准确把握，放散过度造成煤气严重浪。

压力的稳定受到很大影响严重制约焦炉使用寿命。

1.1焦炉荒煤气放散的简介

焦炉煤气，又称焦炉气。

是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。

焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉气300~350m3（标准状态）。

其主要成分为氢气（55%~60%）和甲烷（23%~27%），另外还含有少量的一氧化碳（5%~8%）、C2以上不饱和烃（2%~4%）、二氧化碳（1.5%~3%）、氧气（0.3%~0.8%））、氮气（3%~7%）。

其中氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。

焦炉气属于中热值气，其热值为每标准立方米17~19MJ，适合用做高温工业炉的燃料和城市煤气。

焦炉气含氢气量高，分离后用于合成氨，其它成分如甲烷和乙烯可用做有机合成原料焦炉气为有毒和易爆性气体，空气中的爆炸极限为6%~30%。

1.1.1焦炉荒煤气自动放散点火控制的发展概况

焦炉荒煤气外泄是炼焦生产过程中的主要污染源。

尤其当风机故障、突然停电、煤气疏导系统故障而集气管煤气压力居高不下时，只能直接排入大气，造成很大污染，又导致焦炉四处跑烟冒火，甚至烧坏焦炉铁件。

针对上述问题1995年有公司研制成功HYDH-Ⅰ型焦炉荒煤气自动放散点火装置；

该装置于1995年通过鉴定，并由湖北省环保局发文推广，2007年被国家科委评为技术进步三等奖，并于2008年通过ISO9002年质量认证。

该装置在近十年据使用情况，不断创新，不断改进，先后进行了三次改型而成。

它具有很高的先进性、可靠性和安全性。

它是通过设有软件程序的自动控制柜实现常年24小时自动运行，只要荒煤气压力超过规定的上限便会声光报警、自动点火放散；

由于该装置的科学结构，能使荒煤气充分燃烧，达到国家规定的排放标准。

几年来，该装置已在湖北，河北，安徽，山西，湖南等焦化厂，主要以武钢、湘钢、莱钢、冶钢等焦化厂、太原煤气化公司、旭阳焦化（集团）公司等企业的近百座焦炉上安全运行。

多年的运行情况证明，该装置是治理焦炉荒煤气污染的理想设备。

目前，该装置已形成规模化、系列化生产。

我公司可根据企业实况及用户要求，从设计、制造到安装调试、培训人员进行全程服务，并可满足用户的特殊要求。

焦炉荒煤气的排放经历了最初的直接排放与大气到现在的自动放散点火过程，其控制方式有了质的飞跃。

采用的先进的自动点火控制系统，其HIMAPLC即所谓SafetyPLC（安全PLC系统），可满足工艺上的特殊安全需要。

其同一测点取压点同时有3个，即系统在读取集所管压力时，只要读到三个压力信号中的一个，即开始启动系统工作（在压不稳时，当放散阀不停动作，并且系统在报警）气控柜的设计，使点火过程快速、安全、迅捷。

控制气源采用0.1MPa清洁、稳定的N2.。

自动点火器与老厂有明显不同，其狭长的点火杆，避免了火焰对电缆系统的烧损，确保了点火质量。

放散管的特殊设计，尤其是顶部混合区域将空气导入助燃，使得荒煤气燃烧充分。

气动放散阀采用双翼设计（放散阀分别由两个气动缸伸缩开、闭，放散阀上加有配重，可以两边快速对开闭）气动设计可快速开、关阀，而老厂均采用电动阀，速度慢，故障率高。

气动阀与水封水阀互为联锁设计，即此开彼关，此关彼开，可有效解决放散与水封的关系，确保焦炉与煤气净化系统的安全运行。

蒸汽的快速切断阀的选用也可有效地解决蒸汽对火焰的快速喷淋、降温，蒸汽冷凝水管设计可有效解决蒸汽水对放散管的腐蚀及对环境的破坏。

除采用自动设计外，该装置还有就地操作系统，可现场打开翻板、点火及蒸汽喷淋。

1.1.2焦炉荒煤气自动放散点火控制的发展趋势

为了应对突然性停电或者检修导致的设备停止运转，荒煤气无组织排放，以至于环检不达标，所以现在许多工厂都对荒煤气的自动放散点火系统进行了优化。

其中主要优化的是以下几点：

（1）可实现焦炉荒煤气压力超标自动放散点火。

（2）遇突发性停电或风机停车自动放散点火形成有组织排放。

（3）达到环保验收要求。

同时，在国内这些设备运行中还存在着各种各样的问题，比如说：

1）间接点火没有达到预期的效果；

2）放散翻板阀不能可靠的打开；

3）翻板阀、氨水阀、蒸汽阀的控制电磁阀的故障率高；

4）采用的控制系统是西门子的PLC系列和DCS没有通讯联系，不便于操作人员查看状态和维修人员修改设定值；

5）稳焰环和蒸汽吹扫口存在结焦现象，不便于空气流通。

因此针对以上存在的问题可以考虑如下的解决方案同时也是今后自动放散点火装置的发展方向。

1）放散管改为两套直接点火；

2）翻板阀用的气缸增大截面积，增加力矩，选用进口品牌，提高可靠性；

3）水封用氨水阀和蒸汽阀原为电磁阀改为气动阀，将电磁阀装在气控柜内，安装在环境相对较好的位置，提高现场设备适应环境温度的能力；

4）将放散控制引入DCS，集控室人员可以直观监控放散状态，维护人员更方便了解掌握设备状况，修改相关参数。

5）去掉各级引风器上的稳焰环和下部蒸汽吹扫。

1.2焦炉荒煤气自动放散点火控制系统实现的功能

（1）当整个自动控制系统检测到煤气总管压力达到设定的放散压力时，系统将自动打开放散阀板，同时也要触发高压点火系统点燃灯具，在打开水平管上的蝶阀、调节阀达到放散煤气的目的，调节阀的打开程度随气体总压力变化决定其打开程度的大小这个过程是通过PLC来调节实现的。

当检测到主火炬已经点燃，系统就会自动切断灯具燃料气控制阀，当等熄灭后，放散过程结束。

（2）当检测到有常明灯没有点火后，也会发出点火控制信号用以点燃灯，如果有3次点火失败，那么发出该灯的故障报警（声光）信号。

（3）可在能源管理控制中心通过火炬手动远操点火功能。

（4）每个灯以及主火炬都设有热电偶用作检测其工作状态同时也可以体提供给自动控制程序，同时方便操作人员对放散火炬的状态以及常明灯的工作状态进行直接观测。

（5）点火控制柜预留通讯接口，以便在需要时实现与中央监控系统的通讯。

（6）现场燃料气、氮气管道压力低时控制柜发出声光报警。

点火控制系统具备自动与手动两种方式。

焦化厂焦炉自动控制系统均应用。

我们在原控制系统的基础上对过程站进行扩展，通过编程方式实现自动放散，在正常生产状态下采取自动控制方式系统根据压力设定控制值。

实现整个过程自动点火放散，同时在炉顶操作工休息室配置手动操作台，当自动控制系统因故不能正常运行时，只要将操作台手自动控制旋钮打到手动档既可实现手动点火放散。

1.3技术应用中存在的问题分析及解决方案

整个题目涉及方面较广，所有资料全由书籍查阅和网上收集得来，可能遇到的困难是资料收集不全面，或者查阅的资料不够前沿，导致做出的设计不完整或者时效性差，对自动化系统的总体设计布局，区域规划设计总体思路不够清晰；

还有就是在设计的时候难免会缺乏实地的参观考察，导致设计的整体构思不够完善，或者不够科学，致使设计结构不够清晰，以至于达不到要求较高的设计水平。

所以我尽量多方位查找资料，做到准备充分，整合和借鉴多方面知识，完成论文的设计。

1.4具体实施可行性分析

当最开始的主管道净压力高于设置值,放散信号控制系统将执行放散的主要控制系统,该系统必须放散高炉煤气管道气体损失。

几秒钟之后延迟治疗,控制器是由PLC等,控制高电压调节装置输出高电压时,使电梯在高空点火与燃烧装置生成平面弧点火、气动球阀同时打开到高空点火与燃烧在注射入高炉煤气、高炉煤气和空气自动混合比,满足弧火被点燃,自高空点火与燃烧的顶部喷射火焰,点火辐射管放散气体在同一时间。

在投在气灯,通过相应的火灾火焰检测组件检测到信号,反馈到控制系统,系统停止向高空点火与燃烧装置供应高压、高空点火部分停止工作,高空点火与燃烧成高海拔与燃烧装置。

抛头净压力结束低于一定值时,自动关闭与燃气燃烧,系统在监测周期检查状态。

当因某种原因，放散管意外熄灭，放散气体依然存在时，系统将自动重新点火，以保证放散管放散的气体可靠、充分的燃烧，确保系统的安全。

就目前经济型节约社会而言，焦炉荒煤气的自动放散点火控制系统的普及是必然的。

它能实现资源的回收再利用的同时兼顾环境保护正是响应社会需求。

重工业技术而言，是控制系统的应用的一部分，同时控制原理简单易操作，能够被很好的掌握且成本较低。

因此，此技术的发展空间较为广阔，相信随桌社会的发展它的应用前景应当还有进一步的技术要求及革新。

1.5实际应用中的优点

采用了PIC可编程序控制器,为系统程序修改带来了便利。

系统逐级功能弱化重组的设计思想，提高了系统整体可靠性和可操作性。

采用了完善的焦炉放散点火控制程序。

留有少部分中间继电器作为后备。

大部分采用国产或引进组装仪表设备，可以解决备品备件的后顾之优。

2焦炉荒煤气自动放散点火控制系统构成

2.1系统总体框图

图2.1系统构成图

1、当集气管压力212ZP205达到一定值时，系统报警，荒煤气放散。

2、水封水阀212CU209关闭，气动放散阀212CU205打开。

3、启动自动点火器212CE207，点燃荒煤气（点燃后不再工作）。

4、放散管温度212CT205可随时监测放散火焰温度反馈给控制系统。

5、自立式蒸汽放散阀213CU402打开，中压蒸汽通过多孔喷嘴喷淋高温火焰，以起到降温、除烟尘的效果，保证集气管附近区域及炉顶温度不宜过高。

6、

6、当压力212ZP205降至设定值时，212CU205关闭，水封水阀212CU209打开，往212CU205阀上喷淋，起到液封作用，正压时，防止荒煤气外溢，负压时，放进空气通过放散管、集气管进入吸气管。

2.2工作原理

自动种制系统通过点火程序。

由PLC自动完成。

系统设置相应的信号源和执行器，实现对点火放散的监测、手动/自动控制，形成自动放散和自动点火系统一体化。

以集气管内煤气压力为检测信号，以4～20mADC的电信号送入已经连接号的报警仪显示并与设定参数相比较，当压力信号达到设定的值时，系统就会发出信号。

同时，当管内煤气压力下降到一定值时，PLC的CPU就会在指令执行单元中关闭放散阀、打开灭火电磁阀，关闭灭火电磁阀、关闭拢火电磁阀等，执行设定好的灭火程序。

从而确保整个系统的运行。

图2.2自动点火原理图

系统主要由系统控制柜、放散装置、点火装置、蒸汽拢火与灭火装置组成。

图2.3自动放散点火系统框图

图2.4控制原理图

系统以集气管内煤气压力为检测信号，集气管煤气压力信号送至程控柜，该信号以4—20mA电流信号进入PLC系统，当煤气压力接通上限，蜂鸣器发出蜂鸣声报警，提醒操作人员注意调节煤气压力，当煤气压力达到上上限，开放散阀、开蒸汽阀，进行点火放散，当煤气压力达到下限时，进行关放散阀、关蒸汽阀等，停止放散。

以PLC可编程序控制器为控制核心，保证了整个系统的可靠、安全运行。

当综合煤气管网压力超压或电气联锁任意一条件满足时，打开伴烧煤气点火快关阀——高能打火器开始打火——火检器显示点火成功，完成点火过程。

也可以手动完成点火过程；

整个点火和燃烧过程都可以通过集中控制柜面板上的CRT仿真显示，操作人员只需在控制室就能知道现场燃烧工况；

根据系统工艺要求（外来的信号）可以分别或全部提前长期点燃相应的或全部燃烧器引火火炬；

当煤气放散压力报警解除时，煤气放散自动点火系统将自动（或手动）开启氮汽吹扫阀，防止回火现象发生。

2.3控制单元的选择

对各个控制单元进行筛选以后，准备采用SIEMENS公司的S7系列产品，来实现逻辑和顺序控制，包括各设备的启动和停止等动作，S7系列PLC具有性能稳定，运算能力强，高可靠性，抗干扰能力强等特点，保证了整个系统的安全、可靠运行。

SIEMENS7的PLC系统，能满足中等性能要求的应用。

其模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，它具有高电磁兼容性和强抗振动冲击性，有很高的工业环境适应性，可适用于各种领域。

其主要功能如下：

a）高速的指令处理；

b）浮点数运算；

c）方便用户的参数赋值；

d）人机界面（HMI）；

e）诊断功能；

f）口令保护；

g）操作方式选择开关；

h）通讯；

i）过程通讯。

2.4控制方案

所有放散燃烧点火装置具有手动、全自动三种控制方式，操作控制柜安装在操作室。

2.4.1集气母管的控制系统 

由集气管煤气压力信号（4~20mA模拟量）送到控制柜中的PLC可编程控制器（西门子产品），当集气管煤气压力达到上限时（其值可根据系统工艺要求设定调整），控制柜发出声光报警信号，用以提醒操作人员注意，（同时输出一对开关量无源接点、容量：

AV220V 

5A，供其它系统控制需要）。

持续一段时间（其时间可根据系统工艺要求设定调整）后如果压力继续上升达到上上限（其值可根据系统工艺要求设定调整）时，“压力上上限指示灯”亮，同时电笛发出声响。

持续一段时间后，如果压力上上限继续存在，控制装置将进入点火阶段。

装置首先自动分级打开放散阀门，同时点火器开始点火，15秒后点火器停止点火，放散煤气通过放散塔直接点燃，火焰检测器检测到火焰表示“点火成功”（如果点火没有成功，在自动状态下点火器将进行第二次点火）。

同时消烟蒸汽电磁阀门打开，煤气放散后，煤气压力逐渐下降，当压力达到下限时，控制装置将自动关闭放散煤气阀和关闭蒸汽电磁阀，放散过程结束,系统等待下一次放散过程。

海韵公司建议：

为了防止“煤气回火和煤气放炮”在煤气放散阀打开前和煤气放散阀关闭前在放散管内施以一定量的惰性气体（蒸汽），当然海韵公司在混风引风器和放散管出口烧嘴（稳燃器）的设计上已经考虑了“煤气回火和煤气放炮”问题。

2.4.2全自动控制：

放散燃烧点火装置与鼓风机事故状态和母管压力联锁，当鼓风机事故状态信号（开关量）或母管压力（模拟量）超标时，放散执行机构启动，同时蒸汽阀开启，放散执行机构的开度是根据母管压力自动调整的，放散燃烧点火装置自动点火燃烧，当系统恢复正常时装置自动熄灭引火燃烧，点火装置进入下一个点火程序待令。

自动点火装置根据放散系统提供的压力参数（模拟量4~20mA）用户可以自由设定压力预报警植（报警值）。

2.4.3手动点火

通过手动操作相关按钮完成点火过程。

放散燃烧点火装置具有火焰检测装置并将燃烧信号送至操作室加以显示报警，对点火工况及主点火嘴及煤气烧嘴的燃烧情况进行监测。

整个点火及煤气烧嘴燃烧过程，均有显示，直观、明了、对相应工况发出声光报警信号，放散燃烧点火装置控制系统