焦?fàn)t荒煤氣放散自動點(diǎn)火裝置應(yīng)用與實踐

劉方明，謝 軍，趙洪星，張明華

（1.臨沂恒昌焦化股份有限公司，山東 臨沂 276000；2.武漢維度機(jī)電設(shè)備有限公司，湖北 武漢 430044）

1 1#焦?fàn)t放散系統(tǒng)存在的問題及原因分析

1#焦?fàn)t配套的脈沖點(diǎn)火式自動放散系統(tǒng)的主要組成有：防風(fēng)燃燒罩、高能激發(fā)器、溫度火測裝置、蒸汽攏火閥、放散管、氨水水封閥、放散管電動執(zhí)行器及儀表控制系統(tǒng)。

由于該裝置設(shè)置在焦?fàn)t爐頂，受高溫粉塵等惡劣工作環(huán)境的影響，加上焦油、氨水等腐蝕性氣體作用，放散點(diǎn)火裝置故障較多，目前該裝置經(jīng)常不能正常點(diǎn)火。

1.1 脈沖點(diǎn)火器不能經(jīng)久耐用

由于脈沖點(diǎn)火頭安裝在放散管內(nèi)，煤氣中含有的焦油容易堵塞半導(dǎo)體電咀，造成接觸不良，同時現(xiàn)場高溫腐蝕以及焦粉作用容易使線路擊穿，導(dǎo)致電咀不放火，造成點(diǎn)火失敗。

在日常巡檢時，線路擊穿或接觸不良故障不容易被發(fā)現(xiàn)，脈沖點(diǎn)火器雖能夠擊發(fā)，但已經(jīng)不能點(diǎn)火，會出現(xiàn)更換維護(hù)不及時，關(guān)鍵時刻無法點(diǎn)火現(xiàn)象。大多數(shù)焦?fàn)t放散點(diǎn)火裝置剛開始可以正常工作，長期使用后無法正常點(diǎn)火就是這個原因。

1.2 突發(fā)故障時放散管翻板不能及時打開

大多數(shù)焦?fàn)t配置的電動執(zhí)行器因不能適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，容易損壞，維護(hù)量較大，造成在突發(fā)故障時，雖然放散系統(tǒng)信號正常，但是由于執(zhí)行器故障而導(dǎo)致電動放散管翻板無法自動打開，不能點(diǎn)火放散。另外在大停電時，因沒有動力，電動放散管翻板也不能自動打開。

2 電熱式焦?fàn)t放散點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計

基于相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對荒煤氣放散及煉焦工藝與裝備的相關(guān)需求[1-2]，同時考慮到1#焦?fàn)t采用的脈沖點(diǎn)火式自動放散系統(tǒng)存在的問題，決定對2#焦?fàn)t投用電熱式焦?fàn)t放散點(diǎn)火系統(tǒng)。

2.1 電熱式焦?fàn)t放散點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理

電熱式焦?fàn)t放散點(diǎn)火系統(tǒng)以集氣管內(nèi)的煤氣壓力為檢測信號, 該信號以4 mA～20 mA 的電信號進(jìn)入PLC 控制系統(tǒng)，當(dāng)PLC 檢測到壓力異常時，系統(tǒng)發(fā)出聲光預(yù)警信號，當(dāng)壓力繼續(xù)升高并達(dá)到放散點(diǎn)時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并啟動自動放散點(diǎn)火程序，電熱點(diǎn)火器開始工作，氣動執(zhí)行器開始啟動，放散閥打開，主火炬被引燃，放散管內(nèi)部的火焰檢測器將檢測到的信號傳送至控制系統(tǒng)，蒸汽電磁閥啟動，通入蒸汽助燃消煙直到放散結(jié)束，將火熄滅以防回火。當(dāng)集氣管內(nèi)壓力恢復(fù)正常時，關(guān)閉放散閥、蒸汽閥。2#焦?fàn)t放散點(diǎn)火系統(tǒng)改造后單個放散管邏輯回路示意圖見圖1。

在面積不大、形狀不規(guī)則的用地里，既要營造傳統(tǒng)園林曲徑通幽、移步異景等園林藝術(shù)特點(diǎn)，又要兼顧傳統(tǒng)建筑方正規(guī)整的建筑特點(diǎn)，為余蔭山房的設(shè)計帶來了一定程度的困難。余蔭山房通過巧妙的空間構(gòu)思與合理的建筑語言，解決了建筑與園林用地和使用者之間的關(guān)系。

圖1 改造后單個放散管邏輯回路示意圖

2.2 電熱式焦?fàn)t放散點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 點(diǎn)火控制回路設(shè)計

放散點(diǎn)火控制柜有2 種控制模式：自動模式和手動模式。控制模式可通過面板上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行選擇：自動模式是PLC 程序根據(jù)接收的壓力信號自動依次執(zhí)行各項操作：集氣管壓力上升到360 Pa（可更改）時，開始一級放散，壓力繼續(xù)上升到380 Pa（可更改）時，開始二級放散；壓力下降到360 Pa（可更改）時，停止二級放散，壓力繼續(xù)下降到320 Pa（可更改）時，停止一級放散。然后PLC 程序根據(jù)接收的壓力信號自動進(jìn)行下一次的循環(huán)，自動模式控制流程示意圖見圖2。

圖2 自動模式控制流程示意圖

手動模式是人工先啟動對應(yīng)點(diǎn)火頭的點(diǎn)火按鈕，點(diǎn)火頭加熱，然后打開放散閥翻板按鈕，實現(xiàn)點(diǎn)火，最后啟動蒸汽電磁閥，打開蒸汽助燃消煙。手動模式控制流程示意圖見圖3。

圖3 手動模式控制流程示意圖

無論是自動模式還是手動模式，只要放散閥翻板打開，通過放散閥翻板位置感應(yīng)開關(guān)，點(diǎn)火頭都可以自動加熱，實現(xiàn)點(diǎn)火。

2.2.2 點(diǎn)火頭的篩選

點(diǎn)火器必須滿足以下條件：（1）點(diǎn)火率 100%；（2）點(diǎn)火頭保證完好，出現(xiàn)故障或線路問題能夠及時報警；（3）點(diǎn)火器系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，不易損壞且損壞后更換方便；（4）點(diǎn)火器成本低。

經(jīng)過多次篩選，最終選用一種特殊材料作為新型電熱式放散點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火頭。該材料強(qiáng)度高，極耐高溫，在1 200 ℃下可以維持強(qiáng)度不降，受熱后不會熔融，在近2 000 ℃時才會分解，并有超強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕和耐急冷、急熱的性能。該點(diǎn)火頭采用220 V 交流電，功率600 W，連續(xù)加熱壽命超過5 000 h 以上，既可以采用長明火方法長期通電工作，也可以根據(jù)煤氣壓力信號自動啟動工作。

2.2.3 放散閥控制回路設(shè)計

放散閥驅(qū)動電機(jī)由電動機(jī)、減速器、位置定位器、行程控制機(jī)構(gòu)、力矩控制機(jī)構(gòu)、位置反饋機(jī)構(gòu)、手輪機(jī)構(gòu)、機(jī)械位置指示機(jī)構(gòu)、機(jī)械限位機(jī)構(gòu)等組成。

控制系統(tǒng)共使用6 根線：其中交流電源線220 V 2 根，輸入信號線 4 mA～20 mA 2 根，輸出信號線 4 mA～20 mA 2 根。放散閥零位時角度設(shè)計為45 °，為便于驅(qū)動,現(xiàn)調(diào)整為60 °，零位驅(qū)動力有所改善。電氣控制和驅(qū)動機(jī)構(gòu)長期在高溫下烘烤，控制系統(tǒng)容易損壞致使控制失靈，潤滑系統(tǒng)干枯致使執(zhí)行器無法動作，此次采取防火罩和遮火板雙層防火措施，確保使用壽命延長。

2.2.4 放散管翻板執(zhí)行器的選擇

放散管翻板執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須滿足以下要求：（1）推動力大，能夠推動放散閥；（2）開閉迅速，能夠及時打開和關(guān)閉；（3）能夠在停電狀態(tài)下工作。

每個放散管上配置一個雙閥異向結(jié)構(gòu)氨水翻板閥，起到控制放散荒煤氣的作用。由于國內(nèi)煤質(zhì)揮發(fā)分含量較高，長期使用后會出現(xiàn)焦油黏結(jié)，導(dǎo)致閥板動作困難。故放散閥采用雙翼設(shè)計，由執(zhí)行器驅(qū)動，閥桿上加有配重，可以兩邊快速開閉。

目前焦?fàn)t執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動、電動和電液3 種形式。電動執(zhí)行器因為焦化廠現(xiàn)場高溫和強(qiáng)腐蝕性，設(shè)備容易損壞。電液執(zhí)行器耐高溫腐蝕性能較強(qiáng)，但是價格較高，而且和電動放散管翻板一樣需要電力驅(qū)動，在焦?fàn)t大停電時，不能保證執(zhí)行器驅(qū)動并打開翻板。氣動執(zhí)行器相對簡單，在大停電時，至少可以利用管道余氣將翻板打開。

根據(jù)以上特性，新型點(diǎn)火裝置選用了簡單實用的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在停電時，利用電池電量就可以驅(qū)動電磁閥，利用氣缸自動打開翻板，實現(xiàn)自動點(diǎn)火。另外，水封用氨水閥和蒸汽閥也采用氣動閥。所有電磁閥安裝在環(huán)境相對較好的氣控柜內(nèi)，提高了現(xiàn)場設(shè)備適應(yīng)高溫環(huán)境的能力。

2.2.5 攏火滅火蒸汽控制回路設(shè)計

回火是放散管的混合氣體燃燒速度大于混合煤氣的流速造成的?；鼗饡鹈簹夤艿腊l(fā)生爆炸，為此，防回火措施是放散燃燒裝置的安全重點(diǎn)。根據(jù)回火原因和滅火原理，利用窒息滅火方式防回火。

在燃燒器下部安裝蒸汽管，并在管上開梅花狀噴口，使蒸汽從梅花狀噴口中噴出，形成氣幕。混合煤氣燃燒回火時，空氣被氣幕阻擋，并且蒸汽進(jìn)入混合氣中降低燃燒區(qū)的氧含量，使回火燃燒因缺乏氧氣而熄滅。

此次改造新增蒸汽滅火電動球閥，可使蒸汽的作用發(fā)揮到最佳狀態(tài)。

2.2.6 電器系統(tǒng)防火耐高溫設(shè)計

由于控制柜放在焦?fàn)t機(jī)側(cè)集氣管廊下地面，因此控制電纜需要敷設(shè)電纜橋架、穿線管，才能從控制柜到達(dá)每個控制點(diǎn)；電纜橋架沿集氣管走向布置，盡量遠(yuǎn)離火焰區(qū)，橋架內(nèi)用石棉布將電纜包裹，防止電纜燒毀。

3 運(yùn)行效果

該系統(tǒng)自2018 年8 月改造完成并開始放散點(diǎn)火試驗，經(jīng)過對該焦?fàn)t煤氣放散點(diǎn)火裝置的反復(fù)手動、自動操作，確保放散點(diǎn)火功能正常，減少了直接排入空氣中的污染物數(shù)量，減輕了環(huán)境污染，達(dá)到了預(yù)期目的。并且自改造投入使用后，系統(tǒng)一直處于無故障運(yùn)行狀態(tài)，先進(jìn)性、可靠性和安全性較高。