焦爐荒煤氣放散自動點火裝置應用與實踐

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.武漢維度機電設備有限公司，湖北 武漢 430044）

1 1#焦爐放散系統存在的問題及原因分析

1#焦爐配套的脈沖點火式自動放散系統的主要組成有：防風燃燒罩、高能激發器、溫度火測裝置、蒸汽攏火閥、放散管、氨水水封閥、放散管電動執行器及儀表控制系統。

由于該裝置設置在焦爐爐頂，受高溫粉塵等惡劣工作環境的影響，加上焦油、氨水等腐蝕性氣體作用，放散點火裝置故障較多，目前該裝置經常不能正常點火。

1.1 脈沖點火器不能經久耐用

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

在日常巡檢時，線路擊穿或接觸不良故障不容易被發現，脈沖點火器雖能夠擊發，但已經不能點火，會出現更換維護不及時，關鍵時刻無法點火現象。大多數焦爐放散點火裝置剛開始可以正常工作，長期使用后無法正常點火就是這個原因。

1.2 突發故障時放散管翻板不能及時打開

大多數焦爐配置的電動執行器因不能適應惡劣的現場環境，容易損壞，維護量較大，造成在突發故障時，雖然放散系統信號正常，但是由于執行器故障而導致電動放散管翻板無法自動打開，不能點火放散。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 電熱式焦爐放散點火系統的工作原理及設計

基于相關國家標準和行業標準對荒煤氣放散及煉焦工藝與裝備的相關需求[1-2]，同時考慮到1#焦爐采用的脈沖點火式自動放散系統存在的問題，決定對2#焦爐投用電熱式焦爐放散點火系統。

2.1 電熱式焦爐放散點火系統的工作原理

電熱式焦爐放散點火系統以集氣管內的煤氣壓力為檢測信號, 該信號以4 mA～20 mA 的電信號進入PLC 控制系統，當PLC 檢測到壓力異常時，系統發出聲光預警信號，當壓力繼續升高并達到放散點時，系統發出聲光報警，并啟動自動放散點火程序，電熱點火器開始工作，氣動執行器開始啟動，放散閥打開，主火炬被引燃，放散管內部的火焰檢測器將檢測到的信號傳送至控制系統，蒸汽電磁閥啟動，通入蒸汽助燃消煙直到放散結束，將火熄滅以防回火。當集氣管內壓力恢復正常時，關閉放散閥、蒸汽閥。2#焦爐放散點火系統改造后單個放散管邏輯回路示意圖見圖1。

在面積不大、形狀不規則的用地里，既要營造傳統園林曲徑通幽、移步異景等園林藝術特點，又要兼顧傳統建筑方正規整的建筑特點，為余蔭山房的設計帶來了一定程度的困難。余蔭山房通過巧妙的空間構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系。

圖1 改造后單個放散管邏輯回路示意圖

2.2 電熱式焦爐放散點火系統設計

2.2.1 點火控制回路設計

放散點火控制柜有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開關進行選擇：自動模式是PLC 程序根據接收的壓力信號自動依次執行各項操作：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，壓力繼續下降到320 Pa（可更改）時，停止一級放散。然后PLC 程序根據接收的壓力信號自動進行下一次的循環，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點火頭的點火按鈕，點火頭加熱，然后打開放散閥翻板按鈕，實現點火，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開關，點火頭都可以自動加熱，實現點火。

2.2.2 點火頭的篩選

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

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

2.2.3 放散閥控制回路設計

放散閥驅動電機由電動機、減速器、位置定位器、行程控制機構、力矩控制機構、位置反饋機構、手輪機構、機械位置指示機構、機械限位機構等組成。

控制系統共使用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計為45 °，為便于驅動,現調整為60 °，零位驅動力有所改善。電氣控制和驅動機構長期在高溫下烘烤，控制系統容易損壞致使控制失靈，潤滑系統干枯致使執行器無法動作，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 放散管翻板執行器的選擇

放散管翻板執行機構必須滿足以下要求：（1）推動力大，能夠推動放散閥；（2）開閉迅速，能夠及時打開和關閉；（3）能夠在停電狀態下工作。

每個放散管上配置一個雙閥異向結構氨水翻板閥，起到控制放散荒煤氣的作用。由于國內煤質揮發分含量較高，長期使用后會出現焦油黏結，導致閥板動作困難。故放散閥采用雙翼設計，由執行器驅動，閥桿上加有配重，可以兩邊快速開閉。

目前焦爐執行機構有氣動、電動和電液3 種形式。電動執行器因為焦化廠現場高溫和強腐蝕性，設備容易損壞。電液執行器耐高溫腐蝕性能較強，但是價格較高，而且和電動放散管翻板一樣需要電力驅動，在焦爐大停電時，不能保證執行器驅動并打開翻板。氣動執行器相對簡單，在大停電時，至少可以利用管道余氣將翻板打開。

根據以上特性，新型點火裝置選用了簡單實用的氣動執行機構。在停電時，利用電池電量就可以驅動電磁閥，利用氣缸自動打開翻板，實現自動點火。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境相對較好的氣控柜內，提高了現場設備適應高溫環境的能力。

2.2.5 攏火滅火蒸汽控制回路設計

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。回火會引起煤氣管道發生爆炸，為此，防回火措施是放散燃燒裝置的安全重點。根據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，并且蒸汽進入混合氣中降低燃燒區的氧含量，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，可使蒸汽的作用發揮到最佳狀態。

2.2.6 電器系統防火耐高溫設計

由于控制柜放在焦爐機側集氣管廊下地面，因此控制電纜需要敷設電纜橋架、穿線管，才能從控制柜到達每個控制點；電纜橋架沿集氣管走向布置，盡量遠離火焰區，橋架內用石棉布將電纜包裹，防止電纜燒毀。

3 運行效果

該系統自2018 年8 月改造完成并開始放散點火試驗，經過對該焦爐煤氣放散點火裝置的反復手動、自動操作，確保放散點火功能正常，減少了直接排入空氣中的污染物數量，減輕了環境污染，達到了預期目的。并且自改造投入使用后，系統一直處于無故障運行狀態，先進性、可靠性和安全性較高。