一种干熄焦循环冷却系统低碳及深度减排控制方法及系统与流程

本发明属于焦炉干熄焦控制技术，属于基础自动化控制领域。本发明是针对降低干熄焦烧损率的新的基础自动化控制技术方案以及干熄焦工艺设备的改进方案，不涉及控制系统、控制设备及仪器仪表的选型，不涉及具体基础自动化控制软件程序的编制。

背景技术：

1、引进国外的干熄焦技术具有节能、环保和改善焦炭质量的显著优势，在我国焦化行业得到了迅速发展，为行业节能减排做出了突出贡献。虽然干熄焦技术取得了显著的社会效益和经济效益，但尚存在亟待改进的地方，例如，干熄焦焦炭烧损率长期居高不下，影响企业的经济效益，涉及碳排放问题。常规工艺设计的烧损率在0.9％以下，但从目前在运行的干熄焦设施看，焦炭实际烧损率一般超过1.5％，有的高达3～5％，甚至更高，随着产能的提高，烧损的焦炭就越多，严重影响了焦炭的产能提升及造成了资源浪费，严重影响了干熄焦技术的综合效益和碳排放指标。因此，降低干熄焦焦炭烧损率，提高干熄焦的经济性刻不容缓。

2、干熄焦系统变量参数多、繁杂，且均与焦炭烧损有关。参数变化相互影响、相互制约，即使调节一个工艺参数也会引起其它参数的扰动，因此，需要从理论上对整个循环冷却系统、锅炉系统以及热交换规律等进行系统研究，探索控制焦炭烧损的途径，以最大限度降低焦炭烧损的影响。

3、焦炭烧损率具有计算复杂和不易控制的特点，计算方法的不成熟使得计算结果与实际偏差较大，同时计算结果又存在严重的滞后性，这些情况使得对现场的操作指导难以准确、及时。

4、自上世纪八十年代引进干熄焦技术以来，干熄焦工艺、设备技术得到了逐步发展，控制技术装备及系统集成也有长足进步，但在降低干熄焦烧损率的控制技术方面一直遭遇技术瓶颈的制约，因此也成为目前焦化行业攻关的主要问题之一，但到目前为止还一直局限于探讨分析之中，还没有形成一套科学的可实际操作的创新方法。

5、国家实现碳达峰、碳中和目标对温室气体排放提出了更为严格的指标，焦化行业面临更为严峻的考验，因此对降低干熄焦烧损率的研究亟待有所突破。

6、迄今为止还未见到运用空气过剩系数动态控制方法解决干熄焦烧损率及提升干熄焦系统自动化水平的公开发表的出版物、文献或资料。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据干熄焦循环冷却系统运行工况的特点，寻求突破制约现有技术的技术瓶颈，研究开发与干熄焦循环冷却系统运行工况相适应的干熄焦空气过剩系数动态控制方法及干熄焦温度压力烟气流量动态控制方法，以实现干熄焦循环冷却系统低碳及深度节能减排的效果。

2、本发明的要点是研究现有技术存在的问题，突破现有技术的基础和框架，根据干熄焦循环冷却系统运行工况特点及干熄焦循环冷却烟气管网的物理特性，创新性地提出了在干熄焦循环冷却系统运用空气过剩系数的概念来解决干熄焦析出可燃气体的燃烧优化问题，并提出了干熄焦空气过剩系数的定义，研发了干熄焦空气过剩系数动态计算数学模型，研发了空气过剩系数动态控制方法；通过烟气分析检测的干熄焦可燃气体的燃烧所需氧量、导入空气的氧量、预存室燃烧掉的氧量、烟气中的氧量和烟气流量来计算空气过剩系数，然后根据干熄焦空气过剩系数设定值与干熄焦空气过剩系数计算值之差，对空气调节阀开度进行动态调节，构成了干熄焦空气过剩系数闭环动态调节系统，使干熄焦空气过剩系数始终控制在设定值范围内；进而根据干熄焦炉温度检测计算出干熄焦冷却速率，对应调节排焦装置开度，使排焦装置开度与干熄焦冷却速率相匹配，来获得干熄焦温度优化控制的结果；进而根据烟气流量设定值和烟气流量检测实际值之差，通过调节烟气放散阀开度和调节循环风机入口阀开度来对管网烟气流量进行调节，使烟气流量保持在设定值范围内；进而根据预存室压力设定值与预存室压力检测实际值之差，对循环风机速度进行调节，使预存室压力保持在压力设定值范围内；干熄焦循环冷却系统低碳及深度减排控制方法可获得提高干熄焦燃烧效率、减少污染排放量、实现干熄焦全自动控制、减轻操作者劳动强度的良好效果，获得了低碳生产、深度减排、增产保质的多重效益。

技术特征：

1.一种干熄焦循环冷却系统低碳及深度减排控制方法及系统，其特征在于根据干熄焦循环冷却系统运行工况特点及干熄焦循环冷却烟气管网的物理特性，创新性地提出了在干熄焦循环冷却系统运用空气过剩系数的概念来解决干熄焦析出可燃气体的燃烧优化问题，并提出了干熄焦空气过剩系数的定义，研发了干熄焦空气过剩系数动态计算数学模型，研发了空气过剩系数的动态控制方法；通过烟气分析检测的干熄焦可燃气体的燃烧所需氧量、导入空气的氧量、预存室燃烧掉的氧量、烟气中的氧量和烟气流量来计算空气过剩系数，然后根据干熄焦空气过剩系数设定值与干熄焦空气过剩系数计算值之差，对空气调节阀开度进行动态调节，构成了干熄焦空气过剩系数闭环动态调节系统，使干熄焦空气过剩系数始终控制在设定值范围内；

2.根据权利要求1所述的方法及系统，其特征在于该方法及系统的技术方案框图中干熄焦控制系统hmi操作站(1)与空气过剩系数设定值(2)、工程系数k(3)、空气过剩系数实际值(4)、预存室压力设定值(15)、干熄焦温度设定值(16)、烟气流量设定值(17)、检测调节实际值(18)、报警信息(19)相连接，是干熄焦循环冷却动态及深度减排控制系统的人机交互界面；空气过剩系数设定值(2)来自干熄焦控制系统hmi操作站(1)，送入干熄焦空气过剩系数动态控制器(5)；工程系数k(3)来自干熄焦控制系统hmi操作站(1)，送入干熄焦空气过剩系数动态控制器(5)；空气过剩系数实际值(4)与干熄焦控制系统hmi操作站(1)和干熄焦空气过剩系数动态控制器(5)相连接；干熄焦空气过剩系数动态控制器(5)与烟气分析co2含量(6)、烟气分析o2含量(7)、烟气分析co含量(8)、烟气分析ch4含量(9)、烟气分析h2含量(10)、烟气分析烟气流量检测(11)、空气流量检测(12)、空气调节阀开度调节(13)、空气调节阀开度实际值(14)相连接，干熄焦空气过剩系数动态控制器(5)由基础自动化的plc或dcs担当；预存室压力设定值(15)来自干熄焦控制系统hmi操作站(1)，送入干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；干熄焦温度设定值(16)来自干熄焦控制系统hmi操作站(1)，送入干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；烟气流量设定值(17)来自干熄焦控制系统hmi操作站(1)，送入干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；检测调节实际值(18)来自干熄焦控制系统hmi操作站(1)，送入干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；报警信息(19)来自干熄焦控制系统hmi操作站(1)，送入干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)与预存室压力设定值(15)、干熄焦温度设定值(16)、烟气流量设定值(17)、检测调节实际值(18)、报警信息(19)、氮气补充阀开度调节(21)、烟气放散阀开度调节(22)、循环风机速度调节(23)、循环气体旁路阀开度调节(24)、循环风机入口阀开度调节(25)、排焦装置开度调节(26)、预存室放散阀开闭(27)、循环风机入口阀开度实际值(28)、干熄焦温度1～8实际值(29)、循环风机速度实际值(30)、预存室料位1实际值(31)、预存室料位2实际值(32)、预存室压力实际值(33)、干熄焦入口o2含量检测(34)、排焦装置开度实际值(35)、管网温度检测(36)、现场工艺设备信息(37)相连接，干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)由基础自动化plc或dcs担当；氮气补充阀开度调节(21)来自干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)，送入干熄焦现场工艺设备(38)；烟气放散阀开度调节(22)来自干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)，送入干熄焦现场工艺设备(38)；循环风机速度调节(23)来自干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)，送入干熄焦现场工艺设备(38)；循环气体旁路阀开度调节(24)来自干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)，送入干熄焦现场工艺设备(38)；循环风机入口阀开度调节(25)来自干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)，送入干熄焦现场工艺设备(38)；排焦装置开度调节(26)来自干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)，送入干熄焦现场工艺设备(38)；预存室放散阀开闭(27)来自干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)，送入干熄焦现场工艺设备(38)；循环风机入口阀开度实际值(28)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；干熄焦温度1～8实际值(29)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；循环风机速度实际值(30)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；预存室料位1实际值(31)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；预存室料位2实际值(32)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；预存室压力实际值(33)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；干熄焦入口o2含量检测(34)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；排焦装置开度实际值(35)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；管网温度检测(36)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；现场工艺设备信息(37)来自干熄焦现场工艺设备(38)，送至干熄焦温度压力烟气流量动态控制器(20)；干熄焦现场工艺设备(38)与烟气分析co2含量(6)、烟气分析o2含量(7)、烟气分析co含量(8)、烟气分析ch4含量(9)、烟气分析h2含量(10)、烟气分析烟气流量检测(11)、空气流量检测(12)、空气调节阀开度调节(13)、空气调节阀开度实际值(14)、氮气补充阀开度(21)、烟气放散阀开度调节(22)、循环风机速度调节(23)、循环气体旁路阀开度调节(24)、循环风机入口阀开度调节(25)、排焦装置开度调节(26)、预存室放散阀开闭(27)、循环风机入口阀开度实际值(28)、干熄焦温度1～8实际值(29)、循环风机速度实际值(30)、预存室料位1实际值(31)、预存室料位2实际值(32)、预存室压力实际值(33)、干熄焦入口o2含量检测(34)、排焦装置开度实际值(35)、管网温度检测(36)和现场工艺设备信息(37)相连接。

3.根据权利要求1所述的方法及系统，其特征在于该方法及系统的干熄焦循环冷却系统工艺流程框图中空气调节阀(a1)与空气流量检测(a2)相连，组成导入空气单元；预存室料位检测(a3)由预存室料位1检测器和预存室料位2检测器组成；干熄焦预存室(a4)、干熄焦冷却室(a6)、排焦装置(a7)、出焦仓(a8)依次连接，是干熄焦炉主体部分；干熄焦炉温度检测(a5)包含8个温度检测器，组成干熄焦炉温度检测系统；预存室压力检测(a9)位于预存室顶部，用于监测预存室压力；预存室放散阀(a10)安装在预存室顶部，用于事故放散；烟气分析仪(a11)安装在干熄焦炉出口，检测分析的内容是co、h2、ch4、o2和烟气流量，用于空气过剩系数动态计算；一次除尘设施(a12)位于锅炉(a14)的前端，用于清除烟气中大的颗粒物；管网烟气温度检测(a13)安装在烟气管网上，用于检测烟气温度；锅炉(a14)将烟气热能变为蒸汽，再输送至发电系统；二次除尘设施(a15)去除烟尘颗粒物，以满足排放要求及减轻循环风机磨损；循环风机入口阀(a16)与循环风机相连接，用于调节循环风量；循环风机(a17)与循环风机入口阀(a16)和给水预热器(a18)连接，是干熄焦循环冷却系统的主体设备；给水预热器(a18)位于循环风机(a17)后部的管网内，作用是对循环烟气进行降温；烟气放散阀(a19)位于循环风机(a17)后部的管网上，当管网内的气体过多时进行排放；循环气体旁路阀(a20)位于给水预热器(a18)的后部管网上，用于锅炉(a14)前部管网内烟气温度过高时进行降温；干熄焦入口氧含量检测(a21)位于干熄焦炉入口端，用于监测烟气中氧含量变化情况；氮气补充阀(a22)位于给水预热器(a18)的后部管网上，用于向管网内补充氮气。

4.根据权利要求1所述方法及系统，其特征在于循环风机(a17)配备变频调速装置或同类的变速装置，烟气放散阀(a19)、循环气体旁路阀(a20)和氮气补充阀(a22)均为带有实际值反馈装置的调节阀，空气调节阀(a1)带有实际值反馈装置。

5.根据权利要求1所述的方法及系统，其特征在于为实施干熄焦循环冷却系统空气过剩系数动态计算，在干熄焦循环冷却系统设置导入空气设施空气调节阀(a1)和空气流量(a2)；设置烟气分析仪(a11)，分析检测的可燃气体为h2、ch4、co以及烟气流量、o2；考虑到干熄焦加焦孔盖漏风、排焦设施漏风、干熄焦炉体漏风等对燃烧情况的影响，且这类影响无法进行在线测量和计算，故设置工程系数k，由工艺工程师根据具体干熄焦循环冷却系统运行统计数据确定k的数值，在干熄焦控制系统hmi操作站输入。

6.根据权利要求1所述的方法及系统，其特征在于根据干熄焦温度1～8实际值(29)检测干熄焦炉内的温度分布情况，可计算出干熄焦冷却速率，对应调节排焦装置开度调节(26)，使排焦装置开度与干熄焦冷却速率相匹配，则可获得干熄焦温度优化控制的结果。

7.根据权利要求1所述的方法及系统，其特征在于根据烟气流量设定值(17)和烟气分析烟气流量检测(11)检测的烟气管网烟气流量实际值，通过烟气放散阀开度调节(22)和循环风机入口阀开度调节(25)对管网烟气流量进行调节，使烟气流量保持在烟气流量设定值范围内。

8.根据权利要求1所述的方法及系统，其特征在于根据预存室压力设定值(15)通过循环风机速度调节(23)对循环风机速度进行调节，使预存室压力保持在压力设定值范围内，干熄焦炉采用微负压运行方式，压力范围为-5pa～-20pa。

9.根据权利要求1所述的方法及系统，其特征在于干熄焦循环冷却系统低碳及深度减排控制方法可广泛应用于新建、扩建和改造的干熄焦系统；本技术方案所述仅为本发明的一个应用领域的例子，不用于限制本发明，尽管参照所述例子对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对所述例子所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡在本发明的控制原理和控制策略之内所做的修改、等同替换和改进均应包含在本发明的保护范围之内。

技术总结本发明提出了在干熄焦循环冷却系统运用空气过剩系数的概念来解决干熄焦析出可燃气体的燃烧优化问题，提出了干熄焦空气过剩系数的定义，研发了干熄焦空气过剩系数动态计算数学模型及动态控制方法；通过烟气分析检测的干熄焦可燃气体的燃烧所需氧量、导入空气的氧量、预存室燃烧掉的氧量、烟气中的氧量和烟气流量来计算空气过剩系数，然后根据干熄焦空气过剩系数设定值与计算值之差，对空气调节阀进行动态调节，构成干熄焦空气过剩系数闭环动态调节系统，使干熄焦空气过剩系数始终控制在设定值范围内，可获得提高干熄焦燃烧效率、减少污染排放量、实现全自动控制、减轻操作者劳动强度的良好效果，获得了低碳生产、深度减排、增产保质的多重效益。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：北京凯德恒源科技发展有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16