一種從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統的制作方法

本實用新型屬于焦爐煉焦自動化控制技術領域，尤其涉及一種從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統。

背景技術：

隨著我國鋼鐵冶金工業的快速發展，使得為高爐煉鐵提供重要原料的煉焦工業得到了快速發展，而煉焦是一個復雜的工藝過程，既消耗大量的能源，也會排放大量含氮氧化物(NO_x)的廢氣，氮氧化物(NO_x)主要包括一氧化氮(NO)占95％和二氧化氮(NO₂)為5％。由于氮氧化物作為污染排放物對人類健康以及生態環境都產生了巨大的影響，在人類健康方面，氮氧化物對人的眼睛和呼吸道都會產生強烈地刺激作用，嚴重時回引起支氣管炎并對肺部產生腐燭；在生態環境方面，氮氧化物是造成酸雨、溫室效應以及破壞臭氧層的主要物質之一，同時氮氧化物也是當前我國霧霾天氣的主要成分。為了控制大氣環境的進一步惡化，國家對煉焦行業制定的嚴格的環保標準：即焦爐煙囪排放的NO_x必須小于500mg/m³，并且在2015年強制執行這一標準。

目前對煉焦行業氮氧化物(NO_x)的控制方法，主要是燃燒后控制，燃燒后控制主要的技術手段是煙氣脫硝，即把焦爐煙道氣抽出來，加熱至400-500℃，然后在催化劑的作用下與氨發生化學反應，進而脫去煙氣中的NO_x，這種方法不僅一次性投資大，而且運行成本也非常高，對于目前掙扎在盈/虧線上的焦化企業是難以承受的費用。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統，從源頭實現對焦爐廢氣中氮氧化物的控制，同時降低能源消耗，保護環境。

本實用新型的原理是：焦爐燃燒過程中生成氮氧化物的形成機理有三種類型：①含N組分燃料型NO：燃料中的有機氮化合物在燃燒過程中氧化生成的氮氧化物，主要原因是爐體串漏引起的；②碳氫燃料快速型NO：碳化氫系燃料在燃燒時分解，其分解產物和氮氣反應生成的氮氧化物，主要是個別火道空氣量不夠引起的；③溫度熱力型NO：燃燒在空氣中的氮氣在高溫下氧化生成的氮氧化物，主要是標準溫度過高引起的，通過燃燒控制技術，控制空氣量、火道溫度的分布、控制燃燒室壓力分布等技術手段，從源頭控制NO_x的生成。

為了實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：

一種從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統，該系統包括：PLC控制單元，用于控制整個系統的工作；

火焰溫度監測單元，其具有一對準立火道底部三角區中心位置的光學鏡頭，且安裝在每個炭化室上方，用于實時監測立火道內的溫度；

煙氣成分分析單元，包括移動煙氣成分分析儀和固定煙氣成分分析儀，其中移動煙氣成分分析儀用于對焦爐每個燃燒室及每個立火道進行取樣分析，監測燃燒效率；固定煙氣成分分析儀安裝在每個分煙道處，用于在分煙道實時監測與控制全爐的煙氣成分；

爐頂看火孔壓力監測單元，包括安裝在看火孔的耐高溫微壓計，用于實時監測與控制看火孔壓力的變化，根據看火孔壓力對分煙道吸力的控制進行補充和修正；

煤氣流量控制單元，采用前反饋控制模式，通過煤氣壓力精密控制和預測調控，用于穩定煤氣流量。

在上述的從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統中，可選的，還包括單燃燒室控制單元，單燃燒室控制單元包括安裝在給燃燒室供氣的煤氣支管上的兩只防爆氣動蝶閥，兩只防爆氣動蝶閥分別與上述的PLC控制單元電氣連接，一個燃燒室連接著相鄰的兩個炭化室，根據相鄰兩個的炭化室的結焦狀態及立火道溫度的變化趨勢，用于實時調整加熱煤氣流量。

由于兩個炭化室處于不同的結焦狀態，它們的推焦\裝煤時間大于相隔4～8小時，炭化室處于不同的結焦時刻，吸收的熱量是不同的，在結焦初期，需要蒸發大量的水分和揮發份，吸收大量熱量，導致立火道溫度下降，在結焦末期，焦炭基本成熟，吸收的熱量很小，立火道溫度迅速上升。盡管焦爐操作采用5：2串序或9：2串序，把相鄰的兩個炭化室結焦時間錯開，但立火道溫度波動較大，一般溫度的波動在60℃附件，有的甚至可達120℃；在煤氣支管上安裝防爆氣動蝶閥，根據立火道溫度的變化趨勢，實時地調整加熱煤氣流量，特別是在炭化室火落點后，吸熱很小，立火道溫度迅速上升，把煤氣流量降下來，可以把溫度的波動降低下來。

在上述的從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統中，可選的，還包括火落時間判斷分析單元，用于判斷分析火落時間CI＝Tc/Tm，其中：Tc-結焦周期，min；Tm-從裝煤開始到粗煤氣溫度達到最大值的時間，min，并根據火落時間曲線調整直行均勻性，橫排均勻性是描述炭化室成熟均勻性的指標，橫排指標好，表明焦餅橫向成熟均勻，機側的焦餅中心溫度與焦側的焦餅中心溫度一樣，高向均勻性好，表明焦餅上部、中部、下部成熟一致，焦餅均勻好，焦炭質量穩定，不會出現底部焦過火，上部焦偏生的情況。

在上述的從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統中，可選的，還包括焦炭成熟度判斷分析單元，用于判斷分析焦炭成熟度K＝(Tc-Tm)/Tc，并根據焦炭溫度曲線調整橫排均勻性，火落時間曲線反映了炭化室中焦炭整體成熟的情況和成熟的時間，如果直行均勻性好，就可以在保證焦炭質量的前提下大幅度降低標準溫度，大幅度降低能耗。

在上述的從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統中，可選的，所述火焰溫度監測單元包括光學鏡頭、光纖和紅外光纖儀表，光學鏡頭直接安裝在爐頂的看火孔小爐蓋上，通過目測瞄準對準立火道底部三角區中心位置；光纖把光學鏡頭的光信號傳送出處，工作溫度≤300℃，且短期工作溫度≤450℃；紅外光纖把光信號轉化成溫度信號，工作溫度為≤60℃。

附圖說明

以下將結合附圖和實施例來對本實用新型的技術方案作進一步的詳細描述，但是應當知道，這些附圖僅是為解釋目的而設計的，因此不作為本實用新型范圍的限定。此外，除非特別指出，這些附圖僅意在概念性地說明此處描述的結構構造，而不必要依比例進行繪制。

圖1是本實用新型火焰溫度監測單元結構示意圖；

圖2是本實用新型火焰溫度測量點圖；

圖3是本實用新型火焰溫度測點分布圖；

圖4是本實用新型火焰溫度實時監測圖；

圖5是本實用新型煤氣流量控制單元結構示意圖；

圖6是本實用新型單燃燒室控制單元結構示意圖；

圖7是本實用新型的炭化室火落溫度曲線圖；

圖8是本實用新型的立火道溫度隨結焦時間變化規律圖。

具體實施方式

首先，需要說明的是，以下將以示例方式來具體說明本實用新型從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統的具體結構、特點和優點等，然而所有的描述僅是用來進行說明的，而不應將其理解為對本實用新型形成任何限制。此外，在本文所提及各實施例中予以描述或隱含的任意單個技術特征，或者被顯示或隱含在各附圖中的任意單個技術特征，仍然可在這些技術特征(或其等同物)之間繼續進行任意組合或刪減，從而獲得可能沒有在本文中直接提及的本實用新型的更多其他實施例。

請結合參考圖1至圖8，下面就通過這個給出的實施例來對本實用新型從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統進行示例性說明。

一種從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統，該系統包括：PLC控制單元、火焰溫度監測單元、煙氣成分分析單元、爐頂看火孔壓力監測單元、煤氣流量控制單元、火落時間判斷分析單元、焦炭成熟度判斷分析單元及單燃燒室控制單元。

PLC控制單元，用于控制整個系統的工作。如圖1、圖2和圖3所示，火焰溫度監測單元包括光學鏡頭、光纖和紅外光纖儀表，光學鏡頭安裝在每個炭化室爐頂的看火孔小爐蓋上，通過目測瞄準對準立火道底部三角區中心位置；光纖把光學鏡頭的光信號傳送出處，工作溫度≤300℃，且短期工作溫度≤450℃；紅外光纖把光信號轉化成溫度信號，工作溫度為≤60℃。

火焰溫度監測單元用于實時監測立火道內的溫度，得到如圖4所示的火焰溫度實時監測圖。

煙氣成分分析單元，包括移動煙氣成分分析儀和固定煙氣成分分析儀，移動煙氣成分分析儀和固定煙氣成分分析儀均與PLC控制單元電氣連接，其中移動煙氣成分分析儀用于對焦爐每個燃燒室及每個立火道進行取樣分析，監測燃燒效率(包括殘氧量、CO等)；固定煙氣成分分析儀安裝在每個分煙道處，用于在分煙道實時監測與控制全爐的煙氣成分；

本實用新型實施例中的使用的焦爐參數：2*61個燃燒室、2*61*32個立火道，在分煙道上安裝固定煙氣成分分析儀，首先用移動煙氣成分分析儀分析各個立火道和燃燒室的情況，然后把每個立火道或燃燒室調整到基本一致的狀態，分析分煙道的廢氣數據。

在此基礎下，通過對煙氣成分的分析，提高燃燒效率，避免出現局部高溫，從而增加快速型NO_x的生成。

進一步的，爐頂看火孔壓力監測單元包括安裝在看火孔的耐高溫微壓計，耐高溫微壓計與PLC控制單元電氣連接看火孔壓力小或出現負壓，空氣吸入焦爐爐體，導致能耗增大；看火孔壓力大，測溫不方便，看火孔壓力也是反映吸力控制是否合適的一個參考指標，在焦爐加熱控制中，實時監測看火孔壓力，并根據看火孔壓力對分煙道吸力的控制進行補充和修正，有效控制了燃料型NO_x的生成。

此外，如圖5中，由于焦爐煤氣主管壓力的波動以及焦爐頻繁的交換，導致進入燃燒室的煤氣流量(壓力)波動很多，對優化燃燒非常不利，煤氣流量控制單元通過煤氣壓力精密控制程序和預測調控，可有效的穩定煤氣流量，流量或壓力的穩定受主管壓力的波動、交換操作等因數影響，因此采用前反饋控制相結合的模式。通過對焦爐爐內整體溫度的溫度控制，標準溫度不會過高，從而控制熱力型NO_x的生成。

結合圖6所示，單燃燒室控制單元包括安裝在給燃燒室供氣的煤氣支管上的兩只防爆氣動蝶閥，兩只防爆氣動蝶閥分別與上述的PLC控制單元電氣連接，一個燃燒室連接著相鄰的兩個炭化室，根據相鄰兩個的炭化室的結焦狀態及立火道溫度的變化趨勢，用于實時調整加熱煤氣流量。

由于兩個炭化室處于不同的結焦狀態，它們的推焦\裝煤時間大于相隔4～8小時，炭化室處于不同的結焦時刻，吸收的熱量是不同的，在結焦初期，需要蒸發大量的水分和揮發份，吸收大量熱量，導致立火道溫度下降，在結焦末期，焦炭基本成熟，吸收的熱量很小，立火道溫度迅速上升。盡管焦爐操作采用5：2串序或9：2串序，把相鄰的兩個炭化室結焦時間錯開，但立火道溫度波動較大，一般溫度的波動在60℃附件，有的甚至可達120℃；在煤氣支管上安裝防爆氣動蝶閥，根據立火道溫度的變化趨勢，實時地調整加熱煤氣流量，特別是在炭化室火落點后，吸熱很小，立火道溫度迅速上升，把煤氣流量降下來，可以把溫度的波動降低下來，如圖8所示。

一方面，整個焦爐爐內的溫度控制相對穩定；另一方面，在保證焦炭成熟度滿足要求的前提下，盡可能的減少煤氣的使用量，大大的降低了能耗。

在本實用新型中，該系統中還包括了火落時間判斷分析單元和焦炭成熟度判斷分析單元。

如圖7所示，火落時間判斷分析單元用于判斷分析火落時間CI＝Tc/Tm，其中：Tc-結焦周期，min；Tm-從裝煤開始到粗煤氣溫度達到最大值的時間，min，并根據火落時間曲線調整直行均勻性，橫排均勻性是描述炭化室成熟均勻性的指標，橫排指標好，表明焦餅橫向成熟均勻，機側的焦餅中心溫度與焦側的焦餅中心溫度一樣，高向均勻性好，表明焦餅上部、中部、下部成熟一致，焦餅均勻好，焦炭質量穩定，不會出現底部焦過火，上部焦偏生的情況；焦炭成熟度判斷分析單元，用于判斷分析焦炭成熟度K＝(Tc-Tm)/Tc，并根據焦炭溫度曲線調整橫排均勻性，火落時間曲線反映了炭化室中焦炭整體成熟的情況和成熟的時間，如果直行均勻性好，就可以在保證焦炭質量的前提下大幅度降低標準溫度，大幅度降低能耗。

以上僅以舉例方式來詳細闡明本實用新型的從源頭控制焦爐廢氣中氮氧化物的系統，這些個例僅供說明本實用新型的原理及其實施方式之用，而非對本實用新型的限制，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，本領域技術人員還可以做出各種變形和改進。因此，所有等同的技術方案均應屬于本實用新型的范疇并為本實用新型的各項權利要求所限定。