快速熱解爐的溫度控制方法與流程

2023-05-22 10:04:31 2

本發明涉及煤炭及生物質快速熱解領域，尤其涉及一種多蓄熱式輻射管快速熱解爐的溫度控制方法。

背景技術：

隨著蓄熱式輻射管快速熱解爐應用越來越廣泛，其溫度控制的問題也日漸突出。快速熱解爐的溫度取決於燃料燃燒過程的放熱速率與原料熱解過程的吸熱速率。當燃料燃燒放熱速率慢，原料熱解在接近平衡的條件下進行，快速熱解爐的溫度於一定範圍內，燃料燃燒放出的熱量就會迅速傳遞給原料，並被熱解反應吸收。但是，當燃料燃燒速率大於原料熱解過程的吸熱速率，燃料燃燒的熱量大於原料熱解所需的吸熱量，此時快速熱解爐的溫度就會超過平衡溫度範圍。而快速熱解爐的燃料用量又與快速熱解爐溫度控制有關。

此外，快速熱解爐的溫度控制還應考慮產量及物料的情況。當產量較低，即餵料量較小，進料螺旋的轉速亦較慢，此時應相應降低快速熱解爐溫度。因快速熱解爐溫度過高，一方面會增加熱耗，另一方面還不利於熱工制度的穩定。總之，在快速熱解爐能力許可的情況下應適當提高快速熱解爐溫度以實現提高效率的目的

值得注意的是，現有技術在控制蓄熱式輻射管快速熱解爐的溫度時，往往忽略了爐體內超溫和故障的蓄熱式輻射管，在溫度控制時，仍將爐體內超溫和故障的蓄熱式輻射管的作為正常蓄熱式輻射管使用，顯然是不適宜的，會導致溫度控制不準確。當有部分輻射管停止燃燒時，燃氣流量不變化會造成其他的輻射管空燃比配比不當，燃燒不穩定，進而嚴重影響原料的熱解或浪費大量資源、增加成本，損失可能無法估量。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明旨在提供一種快速熱解爐的溫度控制方法，使得溫度控制更準確，提高熱解效率，減少能源損耗。

本發明提供的快速熱解爐的溫度控制方法，包括以下步驟：

在快速熱解爐的爐體內分區設置多個溫度控制區，各溫度控制區內均設置多個蓄熱式輻射管以及與所述蓄熱式輻射管連接的燃氣調節閥、空氣調節閥；在所述快速熱解爐的各溫度控制區的爐體內設置熱電偶，測量各溫度控制區內的爐體溫度；在每個所述蓄熱式輻射管上設置單獨的熱電偶，測量所述蓄熱式輻射管的溫度；

將爐體溫度的信號傳給控制器，然後所述控制器執行控制程序進行計算與判斷，判斷所述熱解爐的各溫度控制區的工作狀態為升溫階段或工作階段，設定目標溫度；

將所述蓄熱式輻射管的溫度信號傳給所述控制器，確定爐體內超溫和故障的蓄熱式輻射管數量，所述控制器根據目標溫度計算，確定燃氣流量與空氣流量，並控制所述燃氣調節閥和所述空氣調節閥的開度，進而調節各溫度控制區的溫度。

進一步地，在判斷所述熱解爐的各溫度控制區的工作狀態時，設置參考溫度設定值，若爐體溫度小於設定值，則對應的溫度控制區處在升溫階段，若爐體溫度大於或等於設定值，則對應的溫度控制區處在工作階段。

更進一步地，將所述蓄熱式輻射管的換向信號傳給所述控制器，所述控制器及時控制所述燃氣調節閥和所述空氣調節閥開度。

更進一步地，將所述蓄熱式輻射管連接壓力傳感器和煙氣調節閥，用所述壓力傳感器測量煙氣的壓力，並將壓力信號傳給所述控制器。

具體地，利用所述控制器執行控制程序，根據所述壓力信號進行計算與判斷，生成相應的控制指令，控制所述煙氣調節閥的開度。

特別地，當所述溫度控制區內所述蓄熱式輻射管升溫達到上限值時，所述蓄熱式輻射管停止燃燒，所述燃氣調節閥關閉，所述溫度控制區內的燃氣流量減少，空氣流量不減少；當所述蓄熱式輻射管停止燃燒，所述燃氣調節閥關閉，所述蓄熱式輻射管內的燃氣流量不變，空氣流量增加。

進一步地，用所述控制器接收與所述快速熱解爐相連的螺旋進料機的速度信號，所述控制器根據該速度信號設定目標溫度，並對所述快速熱解爐的溫度進行調節。

優選地，在工作階段時，設定所述目標溫度與所述速度信號成線性關係。

具體地，所述控制器根據pid調節及雙交叉限幅控制理論設定燃氣流量f燃氣設定，並調節所述燃氣調節閥。

f燃氣設定∈(min,max),[max＝(1+σ)×f實際空氣流量×α×(n-n1-n2)/(n-n2)，min＝(1-σ)×f實際空氣流量×α×(n-n1-n2)/(n-n2)]；其中，

f燃氣設定為設定燃氣流量，f實際空氣流量為實際空氣流量，α為空燃比，n為蓄熱式輻射管總數，σ為誤差係數(0.03≤σ≤0.8)，n1為超溫的蓄熱式輻射管數量，n2為故障的蓄熱式輻射管數量。

具體地，所述控制器根據pid調節及雙交叉限幅控制理論設定空氣流量f空氣設定，並調節所述空氣調節閥，

f空氣設定∈(min,max),[max＝(1+σ)×f實際燃氣流量×(n-n1)/α×(n-n1-n2)，min＝(1-σ)×f實際燃氣流量×(n-n1)/α×(n-n1-n2)]；其中，

f空氣設定為設定空氣流量，f實際燃氣流量為實際燃氣流量，α為空燃比，n為蓄熱式輻射管總數，σ為誤差係數(0.03≤σ≤0.8)，n1為超溫的蓄熱式輻射管數量，n2為故障的蓄熱式輻射管數量。

本發明的有益效果：

本發明所述的方法充分考慮了快速熱解爐的溫度控制條件，並解決了爐體內存在超溫和故障的蓄熱式輻射管的問題，其具備智能、穩定、安全、高效、節能，溫度控制精確的特點，實現了蓄熱式輻射管快速熱解爐的溫度控制，又能最大程度有效利用資源。

附圖說明

圖1是本發明相關裝置的布置示意圖。

圖2是本發明所述溫度控制方法的流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

如圖1所示，本發明提供一種快速熱解爐的溫度控制方法。在快速熱解爐的爐體內設置多個溫度控制區，例如，如圖1中的一區、二區、三區、四區，各溫度控制區內均設置多個蓄熱式輻射管以及與所述蓄熱式輻射管連接的燃氣調節閥、空氣調節閥；在所述快速熱解爐的各溫度控制區的爐體內設置熱電偶，測量各溫度控制區內的爐體溫度；在每個所述蓄熱式輻射管上設置單獨的熱電偶，測量所述蓄熱式輻射管的溫度。每個溫度控制區可測量多個點，使得測量得到的爐體溫度與蓄熱式輻射管的溫度更為準確。當然，各個溫度控制區的控制方法是類似的，只有目標溫度不同，因而，在此不針對某一區進行單獨的描述。

通過燃氣調節閥可調節燃氣的流量，空氣調節閥可調節助燃空氣的流量。將燃氣和助燃空氣通入蓄熱式輻射管，由點火風機將燃氣點燃，燃氣在蓄熱式輻射管內燃燒，為快速熱解爐加熱。所述蓄熱式輻射管設置有換向閥，用於對蓄熱式輻射管進行換向燃燒的切換。

將所述蓄熱式輻射管連接壓力傳感器和煙氣調節閥，用所述壓力傳感器測量煙氣的壓力，所述煙氣調節閥可控制煙氣壓力。

如圖1所示，本發明所述的多蓄熱式輻射管快速熱解爐還設置有螺旋進料機，用來控制送入快速熱解爐內的進料量。由於進料越多，其需要的熱解能量也必然要多，燃氣量也應該越多，即燃氣量應和進料量呈線性關係，而進料量由螺旋進料機的進料螺旋的速度決定，因此，燃氣量與螺旋進料機的速度關係密切，可以用傳感器檢測螺旋進料機的速度信號。

如圖1所示，所述快速熱解爐還設置有螺旋出料機、布料氮氣入口以及熱解氣收集管道，所述螺旋出料機用於將熱解後的固體產物導出，布料氮氣用於向所述快速熱解爐通入氮氣，用途為均勻布料，同時確保快速熱解爐內的無氧環境，熱解氣收集管道用於收集熱解氣。

如圖2所示，將各熱電偶的溫度信號輸入一個控制器，該控制器可以是一個可編程邏輯控制器，其可以具有相應的輸入輸出模塊。該控制器還可以連接到人機操作界面，該人機操作界面接收所述溫度和/或煙氣壓力的信號，並顯示所述快速熱解爐的工作狀態。使得操作人員可以掌握所述快速熱解爐的各種工作狀態，從而更好地控制所述快速熱解爐的溫度。更特別地，利用所述人機操作界面直接編輯指令，發送給所述控制器來調節各閥的開度，進而控制所述快速熱解爐的溫度，便於更好地應對突發情況，大大提高了本發明所述的溫度控制方法的實用性。

如圖2所示，一方面，控制器可獲得爐體內的溫度，進而判斷所述熱解爐的工作狀態為升溫階段或工作階段，從而設定目標溫度。

在判斷所述熱解爐的各溫度控制區的工作狀態時，設置參考溫度設定值，若爐體溫度小於設定值，則對應的溫度控制區處在升溫階段，若爐體溫度大於或等於設定值，則對應的溫度控制區處在工作階段。各個溫度控制區可以設置不同的參考溫度設定值，各個溫度控制區可分別處在不同的工作階段。

如果判斷為工作階段，正如上文所述，由於進料越多，其需要的熱解能量也必然要多，燃氣量也應該越多，即燃氣量應和進料量呈線性關係，而進料量由螺旋進料機的進料螺旋的速度決定，因此，燃氣量與螺旋進料機的速度關係密切，可以用傳感器檢測螺旋進料機的速度信號。

然後用所述控制器接收與所述快速熱解爐相連的螺旋進料機的速度信號，所述控制器根據該速度信號設置目標溫度，並對所述快速熱解爐的溫度進行調節。正是由於上述原因，設定所述目標溫度與所述速度信號成線性關係，同增同減，即目標溫度的設定應該根據進料螺旋的速度設定，快速熱解爐的溫度與燃料用量比例及助燃空氣用量，熱解爐燃料用量比例過高或過低都是不利的。不同的溫度控制區可以根據工藝設定不同的目標溫度，在此範圍內就可為快速熱解爐的合理熱力分布提供好的基礎。

如果判斷為升溫階段，則設定目標溫度是根據爐體設定好的升溫曲線，隨著時間而不斷提升設定目標溫度；如果判斷為工作階段，爐體溫度處在相對穩定，燃燒提供的熱能等於熱解消耗的熱能加上熱解爐損耗的能量。

如圖2所示，另一方面，控制器可獲得蓄熱式輻射管的溫度，所有的輻射管構成的溫度場處在最合理的範圍內，控制器判斷蓄熱式輻射管的工作狀態：正常、超溫或故障，確定爐體內超溫和故障的蓄熱式輻射管數量。在實踐應用中，對於蓄熱式輻射管超溫和由於其他原因導致故障不能投入燃燒的輻射管採取不同的處理方式。當輻射管升溫達到上限值時，該輻射管停止燃燒，燃氣調節閥關閉，換向閥則繼續換向，燃氣流量要減少，空氣流量不需要減少。當輻射管由於點火信號消失、閥位反饋異常等故障停止燃燒，燃氣調節閥關閉，換向閥換向繼續，燃氣流量不變，空氣流量需要增加，換而言之，發生故障的蓄熱式輻射管裡只通空氣不通燃氣，燃氣量不變是指總的量不變，為了保證溫度，其他正常輻射管需要將增加燃氣量，為了保持空燃比，故其他正常管內的空氣流量要增加。

如圖2所示，用所述控制器接收與所述快速熱解爐相連的螺旋進料機的速度信號，所述控制器根據該速度信號設定目標溫度，並對所述快速熱解爐的溫度進行調節。所述控制器接入蓄熱式輻射管的換向信號，此時控制器通過控制程序保證換嚮導致的流量、壓力變化不會影響到蓄熱式輻射管各調節閥。

如圖2所示，所述控制器根據目標溫度計算，確定燃氣流量與空氣流量，並控制所述燃氣調節閥和所述空氣調節閥的開度，控制燃氣的燃燒，進而調節溫度。

具體地，燃氣流量與空氣流量的設定可通過模糊計算獲得，該計算不需要百分百的精確，然後通過pid調節以及雙交叉限幅控制理論的調節可防止波動的影響，其中，在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調節，pid調節是根據誤差利用比例、積分和微分進行計算控制。所謂雙交叉限幅控制理論就是將煤氣和空氣通過一些環節，各自送入對方的主調節系統，所謂限幅就是通過增量單元，使閥門開度每一次的變化量限制在某一值範圍內，目的是使爐溫較平緩的變化。本發明的誤差設為±σ，0.03≤σ≤0.08以實現更精確地溫度控制，從而節約能源並使設備運行更穩定安全。

具體地，所述控制器根據pid調節及雙交叉限幅控制理論設定燃氣流量f燃氣設定，並調節所述燃氣調節閥，

f燃氣設定∈(min,max),[max＝(1+σ)×f實際空氣流量×α×(n-n1-n2)/(n-n2)，min＝(1-σ)×f實際空氣流量×α×(n-n1-n2)/(n-n2)]；其中，

f燃氣設定為設定燃氣流量，f實際空氣流量為實際空氣流量，α為空燃比，n為蓄熱式輻射管總數，σ為誤差係數(0.03≤σ≤0.08)，n1為超溫的蓄熱式輻射管數量，n2為故障的蓄熱式輻射管數量。

具體地，所述控制器根據pid調節及雙交叉限幅控制理論設定空氣流量f空氣設定，並調節所述空氣調節閥，

f空氣設定∈(min,max),[max＝(1+σ)×f實際燃氣流量×(n-n1)/α×(n-n1-n2)，min＝(1-σ)×f實際燃氣流量×(n-n1)/α×(n-n1-n2)]；其中，

f空氣設定為設定空氣流量，f實際燃氣流量為實際燃氣流量，α為空燃比，n為蓄熱式輻射管總數，σ為誤差係數(0.03≤σ≤0.08)，n1為超溫的蓄熱式輻射管數量，n2為故障的蓄熱式輻射管數量。

如圖2所示，所述壓力傳感器測量煙氣的壓力，並將壓力信號傳給所述控制器，然後所述控制器執行控制程序進行計算與判斷，生成相應的控制指令，控制所述煙氣調節閥的開度。煙氣調節閥相對獨立，根據設定的煙氣管道的壓力，pid調節煙氣壓力調節閥的開度，保證蓄熱式輻射管內的壓力始終處在穩定合理的範圍內，保證蓄熱式輻射管燃燒處在最佳的狀態。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發明而非限制本發明的範圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下對本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的範圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數形式出現的詞包括複數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那麼任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。