焦炉荒煤气放散点火系统设计

钱伟中

(马钢自动化工程公司 安徽马鞍山 243000)

焦炉荒煤气放散点火系统设计

钱伟中

(马钢自动化工程公司 安徽马鞍山 243000)

自动放散点火系统就是由压力变送器将集气管管压信号转换成4-20mA电流信号，在压力超常需要放散时，PLC对超压信号进行智能判断，通过各个执行机构完成引火、点火、开阀放散，使荒煤气充分燃烧，达到环保要求。

荒煤气；放散；点火

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。

1 工作原理

自动放散点火系统原理方框图见图1，自动点火系统原理系统见图2。

2 主要技术方案

自动放散点火全部由PLC控制，专用软件结合焦炉工艺要求，具有安全可靠、简便合理等优点。选用的PLC对工厂环境有较强的适应性和抗干扰能力。

蒸气在点火放散过程中，起引风、混风等作用；本系统设有大功率燃烧器，先进的两次引风确保荒煤气在燃烧时有足够的空气引入，使煤气燃烧更完全，达到林格曼黑度≤1的环保要求，其中蒸气由电动球阀控制。引风混风器的主要作风是在荒煤气燃烧的时候，短时间内尽可能多地将空气引入燃烧器，并在燃烧器内部充分混和，达到荒煤气完全燃烧的目的，ZFD-Ⅲ型点火装置配备的引风混风器一级强制引风，二级自然引风，但在大量的制作经验以及不断的试验下，对其内部的斜向导流板的数量及方向作了适当的调整和变动，同时对外部的引风口的大小及方向也作了相应的改进，极大地改善了内部空气和煤气的混和情况，同时也增大了引风量，使得整体的燃烧性能有了相当的提高。

点火控制软件能对超压信号进行智能判断，确定是恒定的超压信号(而非尖峰干扰信号)时，分别按时序，通过各个执行机构完成引火、点火、开阀放散，一、二级引风、混风等，使荒煤气充分燃烧，达到环保要求，改善工作环境。该软件还能对荒煤气实施三级打开，保证煤气压力不会急剧下降造成回火。该软件设置了煤气放散阀短时活动程序防止阀体因常时间不动作而被焦油柜粘连，影响自动控制的顺利执行。

设置备用电源，当自控系统停电时利用备用电源仍可保证手工操作激发点火进行激发点火消烟作业。

系统上部引风混合器采用不锈钢材质，增加其耐腐性能，延长使用寿命。

针对焦炉上的高温、多尘等的恶劣环境，所有的设备均考虑防火隔热措施，增加设备运行的寿命及可靠性。

激发点火电缆管线的走向远离火焰高温区，并采用三级防护即电缆先用AF-250耐热线，外部要用高铝纤维保温，它防护性的好坏直接影响使用可靠性。高温高压电缆采用特种电缆，耐温800℃-1000℃，耐压3000V。

点火方式采用点火火焰传输器引火方式，彻底解决点火电缆烧毁的问题。

图1 自动放散点火系统原理方框图

图2 自动点火系统原理系统图

点火方式的改进，若采用点火杆直接点火，鉴于点火杆的火花能量大，直接用点火杆也可以很可靠地点燃荒煤气，但这种点火方式存在两个方面的弊端：第一，点火杆始终处于高温火焰区，如果放散持续时间较长，高温下的点火杆的寿命大大缩短，甚至烧毁点火杆。第二，烧毁点火高压电缆；由于在放散点火时刮风或蒸汽压力较低等原因，燃烧火焰下返，常常将处于点火杆尾部的高压点火电缆烧坏，虽然点火电缆本身有耐250 ℃高温的特性，而且也采取了防火隔热措施，但由于火焰温度高、火势强劲，所以烧电缆时有发生，造成点火杆不打火而电缆破损处打火，直接导致点火困难；鉴于以上两个方面的原因，现采用偏心双层套管的火焰内传输方式的点火火焰传输器来引燃荒煤气，即在传输器的底部增加精煤气输送器，通小量的精煤气，当需要点火的时候，点火杆在低于放散管顶部约2 m的地方激发点火，点火以后火焰在偏心双层套管内部向上传送到2 m以上的燃烧器顶部，这样不管任何情况，火焰都不会顾及2 m以下的地方，甚至在彻底停了蒸汽以后也同样不被烧毁，彻底解决了点火不可靠的问题。

4 电气设计说明

供电电源为交流220V 4KW; 一路4-20mA压力信号

点火控制柜采用PLC，内装UPS备用电源。

选用智能数显控制仪，进行各放散阀的阀位显示，放散阀设有三级打开模式，有效降低集气管压的波动。

全部导线采用AF-250安装线，最高耐温250℃(高温高压电缆耐温1000℃)，在高温区穿线钢管外包扎隔温材料，外敷镀锌板保护。

PLC机除保证点火作业的各个功能，尚留有与上位控制计算机进行PLC通讯的接口，所需增配的设备位置已在自动控制柜内予留。

表1 荒煤气自动放散点火系统设备配置

5 系统构成

5.1 荒煤气自动放散点火系统设备配置

说明：系统为四根放散管，一个点火控制柜控制两个放散管。

5.2 系统构成

本系统由一台PLC控制柜和一台执行柜构成，配以其他执行单元和附属设备，完成荒煤气的自动/手动放散点火。本系统采用的PLC为SIEMENS公司的S7-200系列产品，具有性能稳定，成本底、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。

PLC控制柜为本系统的控制核心，可编程控制器PLC和电源管理系统都安装在本柜中，为保证PLC系统的正常工作，所有输入/输出信号均采用继电器隔离。面板上的操作与显示内容如下：

数字显示表：蓄电池电压

指示灯：PLC系统工作、炉压予警、炉压报警、阀位故障、1#放散阀放散、2#放散阀放散、UPS工作 报警：声光报警器

按钮：试放、停放、实验、复位、

(“试放”和“停放”按钮是在调试和检修时，用来检查放散是否正常工作；“实验”按钮是检查指示灯和报警器是否正常，按下时所有指示灯和报警器均有效；“复位”按钮是用来故障复位的)

执行柜用来直接控制现场的执行单元来完成本系统的控制目的，本拒中元器件包括所有执行单元的保护开关、驱动继电器、激发器等。面板上操作与显示器的内容如下：

数字显示表：1#放散阀开度、2#放散阀开度、

带灯按钮：1#放散阀开、1#放散阀关、1#点火阀开、1#点火阀关、1#蒸汽阀开、1#蒸汽阀关、2#放散阀开、2#放散阀关、2#点火阀开、2#点火阀关、2#蒸汽阀开、2#蒸汽阀关、1#点火、2#点火、

转换开关： 自动——放散点火——手动

(带灯按钮指示灯亮时表示对应的阀开到位或关到位)

控制柜电源为单相220 V交流电源，柜内配置后备式UPS电源，供停电时系统照常运行使用，停电时，UPS电源自动投入。

(注意：因现场环境恶劣，须按照说明定期对UPS进行维护、保养)

为便于维修，控制柜和执行柜均设置照明灯及单相插座。

6 结论

焦炉在炼焦过程中，往往由于荒煤气疏导系统出现故障，引起焦炉炉压上升，造成焦炉炉门，加煤口，上升管及各个接口处跑烟、冒火，劣化工人工作环境，增加大气污染，甚至烧损焦炉铁件。本自动放散点火系统就是由压力变送器将集气管管压信号转换成4 mA-20 mA电流信号，在压力超常需要放散时，PLC对超压信号进行智能判断，确定是恒定的超压信号(而非尖峰干扰信号)时，分别按时序，通过各个执行机构完成引火、点火，开阀放散，一、二级引风、混风等，使荒煤气充分燃烧，达到环保要求，改善工作环境。

[1] 李友善.自动控制原理[M].北京：国防工业出版社，2005

[2] 王积伟,吴振顺.控制工程基础[M].北京：高等教育出版社，2009

[3] 周流森.自动控制与仪表[M].北京：清华大学出版社，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

钱伟中(1963-)，男，马钢自动化工程公司，工程师。

TP273

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1672-9994(2014)01-0023-04