一種降低焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焦?fàn)t煉焦自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種降低氮氧化物的控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物作為污染排放物，對人類健康以及生態(tài)環(huán)境都產(chǎn)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(chǎn)生強(qiáng)烈地刺激作用，嚴(yán)重時會引起支氣管炎并對肺部產(chǎn)生腐燭。在生態(tài)環(huán)境方面，氮氧化物是造成酸雨、溫室效應(yīng)以及破壞臭氧層的主要物質(zhì)之一，同時氮氧化物也是當(dāng)前我國霧霾天氣的主要成分。
[0003]幾十年來我國鋼鐵冶金工業(yè)的高速發(fā)展，使得為高爐煉鐵提供重要原料的煉焦工業(yè)得到了快速發(fā)展，目前我國已成為世界最大的焦炭生產(chǎn)國和出口國。煉焦是一個復(fù)雜的工藝過程，既是冶金工業(yè)中的能耗大戶，同時也是廢氣排放，尤其是氮氧化物(NOx)排放的重要來源之一。在煉焦生產(chǎn)過程中，燃?xì)庠诮範(fàn)t立火道燃燒時所生成的氮氧化物，主要是一氧化氣(NO)占95%，一■氧化氣(NO2)為5%左右。為了控制大氣環(huán)境的進(jìn)一步惡化，國豕對煉焦行業(yè)制定的嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn):即焦?fàn)t煙囪排放的NOx必須小于500mg/m3，并且在2015年要強(qiáng)制執(zhí)行這一標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]專利號為ZL200710120484.3的中國專利公開了一種焦?fàn)t加熱自動控制方法，該方法通過測量焦?fàn)t溫度，并使用焦?fàn)t加熱煤氣流量模型和分煙道吸力模型，計算出加熱煤氣流量Q和分煙道吸力a，并且分別對這兩者進(jìn)行控制而實現(xiàn)對焦?fàn)t溫度的控制。專利號為ZL201210107382.9的中國專利公開了一種焦炭成熟度的判斷方法，該方法將焦炭成熟度K定義為(τ C- τ m)/ τ c，τ c:結(jié)焦周期，從裝煤開始到推焦結(jié)束的時間，單位為分鐘；τπι:火落時間，是指從裝煤開始到粗煤氣溫度達(dá)到最高點的時間，單位為分鐘；(TC-τ m)表示悶爐時間，單位為分鐘，從粗煤氣溫度達(dá)到最高點到推焦的時間；焦炭成熟度控制在20%附近比較適合，若K = 20% ±2%，則焦炭成熟度適中。這些專利技術(shù)均不能降低焦?fàn)t廢氣中的氮氧化物。
[0005]對煉焦行業(yè)氮氧化物的控制方法，根據(jù)燃燒過程可以分為二種途徑:一、燃燒中控制，二、燃燒后控制。燃燒后控制主要的技術(shù)手段是煙氣脫硝，即把焦?fàn)t煙道氣抽出來，加熱至400-500°C，然后在催化劑的作用下與氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而脫去煙氣中的NOx，這種方法一次性投資非常大，大約需要3000萬元以上，而且運行成本也非常高，大約年運行費用不低于500萬元，對于目前掙扎在盈/虧線上的焦化企業(yè)是一個難以承受的費用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是要解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可顯著降低氮氧化物排放的降低焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的控制系統(tǒng)及其控制方法，通過稀釋助燃?xì)怏w(空氣)中氧的濃度以達(dá)到降低立火道火焰高溫區(qū)溫度而降低焦?fàn)t廢氣中氮氧化物，易于推廣應(yīng)用、投資成本和運行成本低。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣得以實現(xiàn)的:一種降低焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的控制系統(tǒng)，包括焦?fàn)t1、溫度檢測系統(tǒng)2、加熱自動控制系統(tǒng)3、火落時間自動判斷模型4、焦煤成熟度模型5、目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度模型6、煤氣流量控制單元8，其特點是:還包括分煙道吸力控制系統(tǒng)7 ;其中:
[0008]所述的溫度檢測系統(tǒng)2包括感溫探頭、熱電偶、光纖和紅外光纖儀表；
[0009]所述的加熱自動控制系統(tǒng)3包括焦?fàn)t內(nèi)粗煤氣溫度檢測、焦?fàn)t內(nèi)在線火道溫度檢測和焦餅溫度檢測；
[0010]火落時間自動判斷模型4:在煉焦過程，要產(chǎn)生大量的粗煤氣，粗煤氣在煉焦周期的不同時間段是按照一定規(guī)律變化的，通過測量粗煤氣溫度變化可得出火落時間自動判斷模型；
[0011]Cl = Tc/Tm
[0012]Cl-火落時間
[0013]Tc-結(jié)焦周期，min
[0014]Tm-從裝煤開始到粗煤氣溫度達(dá)到最大值的時間，min
[0015]焦煤成熟度模型5:
[0016]K= (Tc-Tm)/Tc
[0017]K:焦煤成熟度
[0018]所述的分煙道吸力控制系統(tǒng)7是通過檢測加熱煤氣流量、火道溫度、系統(tǒng)阻力、進(jìn)風(fēng)門開度、空氣系數(shù)等因素以達(dá)到對分煙道吸力進(jìn)行控制。
[0019]進(jìn)一步的，所述的風(fēng)機(jī)和分煙道設(shè)置有兩個。
[0020]進(jìn)一步的，所述的溫度檢測系統(tǒng)(2)采用紅外測溫裝置進(jìn)行測溫。
[0021]一種降低焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的控制系統(tǒng)的控制方法，其特點是:其步驟為:溫度檢測系統(tǒng)2通過感溫探頭檢查焦?fàn)tI內(nèi)粗煤氣(包含氫氣、一氧化碳、甲烷等)的溫度、在線火道溫度和焦餅溫度，將粗煤氣溫度反饋給火落時間自動判斷模型4和焦煤成熟度模型5，得出火落時間Cl和焦煤成熟度K ;火落時間自動判斷模型4和焦煤成熟度模型5將Cl和K值反饋給目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度模型6，結(jié)合配煤水分和結(jié)焦周期進(jìn)行修正，得到目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度Ts ;目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度模型6將目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度Ts反饋給加熱自動控制系統(tǒng)3 ;加熱自動控制系統(tǒng)3控制煤氣流量控制單元8和分煙道吸力控制系統(tǒng)7向焦?fàn)tI中輸送煤氣和分煙道廢氣；
[0022]根據(jù)所述的溫度檢測系統(tǒng)2中焦?fàn)t內(nèi)粗煤氣溫度的檢測和在結(jié)焦周期確定的情況下，得到所述的火落時間Cl和焦煤成熟度模型K ;根據(jù)溫度檢測系統(tǒng)2中焦?fàn)t內(nèi)在線火道溫度檢測和焦餅溫度檢測，以及配煤水分和結(jié)焦周期，確定目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度模型6:Ts=Tf+Fl+F2+F3 ；
[0023]Ts:目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度；
[0024]Tf:目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度經(jīng)驗值；
[0025]Fl:目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度的火落時間修正值；
[0026]F2:目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度的配煤水分修正值；
[0027]F3:目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度的結(jié)焦周期修正值。
[0028]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0029]I)顯著降低氮氧化物的排放。
[0030]2)一次投資成本低。
[0031]3)零運行成本。
[0032]4)設(shè)計合理，易于推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明的降低焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的控制系統(tǒng)原理示意圖。
[0034]圖2是本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意框圖。
[0035]圖中:1——焦?fàn)t；2——溫度檢測系統(tǒng)；3——加熱自動控制系統(tǒng)；4——火落時間自動判斷模型；5—一焦煤成熟度模型；6—一目標(biāo)焦?fàn)t火道溫度模型；7—一分煙道吸力控制系統(tǒng)；8—一煤氣流量控制單元。
具體實施方案
[0036]降低焦?fàn)t廢氣中氮氧化物最有效的方法是在燃燒過程中對NOx進(jìn)行控制。在煉焦生產(chǎn)過程中，燃?xì)庠诮範(fàn)t立火道燃燒時所生成的氮氧化物，主要是一氧化氮(NO)，占95%，二氧化氮(N02)為5%左右。
[0037]根據(jù)我們研宄表明，煉焦生產(chǎn)過程中的氮氧化物產(chǎn)生大部分多是由于高溫引起的?？刂苹鹧鏈囟鹊姆椒ㄓ袃煞N，第一種是稀釋燃料中可燃成分的濃度，第二種是稀釋助燃?xì)怏w(