焦炉荒煤气放散自动点火装置应用与实践

刘方明，谢 军，赵洪星，张明华

（1.临沂恒昌焦化股份有限公司，山东 临沂 276000；2.武汉维度机电设备有限公司，湖北 武汉 430044）

1 1#焦炉放散系统存在的问题及原因分析

1#焦炉配套的脉冲点火式自动放散系统的主要组成有：防风燃烧罩、高能激发器、温度火测装置、蒸汽拢火阀、放散管、氨水水封阀、放散管电动执行器及仪表控制系统。

由于该装置设置在焦炉炉顶，受高温粉尘等恶劣工作环境的影响，加上焦油、氨水等腐蚀性气体作用，放散点火装置故障较多，目前该装置经常不能正常点火。

1.1 脉冲点火器不能经久耐用

由于脉冲点火头安装在放散管内，煤气中含有的焦油容易堵塞半导体电咀，造成接触不良，同时现场高温腐蚀以及焦粉作用容易使线路击穿，导致电咀不放火，造成点火失败。

在日常巡检时，线路击穿或接触不良故障不容易被发现，脉冲点火器虽能够击发，但已经不能点火，会出现更换维护不及时，关键时刻无法点火现象。大多数焦炉放散点火装置刚开始可以正常工作，长期使用后无法正常点火就是这个原因。

1.2 突发故障时放散管翻板不能及时打开

大多数焦炉配置的电动执行器因不能适应恶劣的现场环境，容易损坏，维护量较大，造成在突发故障时，虽然放散系统信号正常，但是由于执行器故障而导致电动放散管翻板无法自动打开，不能点火放散。另外在大停电时，因没有动力，电动放散管翻板也不能自动打开。

2 电热式焦炉放散点火系统的工作原理及设计

基于相关国家标准和行业标准对荒煤气放散及炼焦工艺与装备的相关需求[1-2]，同时考虑到1#焦炉采用的脉冲点火式自动放散系统存在的问题，决定对2#焦炉投用电热式焦炉放散点火系统。

2.1 电热式焦炉放散点火系统的工作原理

电热式焦炉放散点火系统以集气管内的煤气压力为检测信号, 该信号以4 mA～20 mA 的电信号进入PLC 控制系统，当PLC 检测到压力异常时，系统发出声光预警信号，当压力继续升高并达到放散点时，系统发出声光报警，并启动自动放散点火程序，电热点火器开始工作，气动执行器开始启动，放散阀打开，主火炬被引燃，放散管内部的火焰检测器将检测到的信号传送至控制系统，蒸汽电磁阀启动，通入蒸汽助燃消烟直到放散结束，将火熄灭以防回火。当集气管内压力恢复正常时，关闭放散阀、蒸汽阀。2#焦炉放散点火系统改造后单个放散管逻辑回路示意图见图1。

在面积不大、形状不规则的用地里，既要营造传统园林曲径通幽、移步异景等园林艺术特点，又要兼顾传统建筑方正规整的建筑特点，为余荫山房的设计带来了一定程度的困难。余荫山房通过巧妙的空间构思与合理的建筑语言，解决了建筑与园林用地和使用者之间的关系。

图1 改造后单个放散管逻辑回路示意图

2.2 电热式焦炉放散点火系统设计

2.2.1 点火控制回路设计

放散点火控制柜有2 种控制模式：自动模式和手动模式。控制模式可通过面板上的旋转开关进行选择：自动模式是PLC 程序根据接收的压力信号自动依次执行各项操作：集气管压力上升到360 Pa（可更改）时，开始一级放散，压力继续上升到380 Pa（可更改）时，开始二级放散；压力下降到360 Pa（可更改）时，停止二级放散，压力继续下降到320 Pa（可更改）时，停止一级放散。然后PLC 程序根据接收的压力信号自动进行下一次的循环，自动模式控制流程示意图见图2。

图2 自动模式控制流程示意图

手动模式是人工先启动对应点火头的点火按钮，点火头加热，然后打开放散阀翻板按钮，实现点火，最后启动蒸汽电磁阀，打开蒸汽助燃消烟。手动模式控制流程示意图见图3。

图3 手动模式控制流程示意图

无论是自动模式还是手动模式，只要放散阀翻板打开，通过放散阀翻板位置感应开关，点火头都可以自动加热，实现点火。

2.2.2 点火头的筛选

点火器必须满足以下条件：（1）点火率 100%；（2）点火头保证完好，出现故障或线路问题能够及时报警；（3）点火器系统适应性强，不易损坏且损坏后更换方便；（4）点火器成本低。

经过多次筛选，最终选用一种特殊材料作为新型电热式放散点火装置的点火头。该材料强度高，极耐高温，在1 200 ℃下可以维持强度不降，受热后不会熔融，在近2 000 ℃时才会分解，并有超强的耐化学腐蚀和耐急冷、急热的性能。该点火头采用220 V 交流电，功率600 W，连续加热寿命超过5 000 h 以上，既可以采用长明火方法长期通电工作，也可以根据煤气压力信号自动启动工作。

2.2.3 放散阀控制回路设计

放散阀驱动电机由电动机、减速器、位置定位器、行程控制机构、力矩控制机构、位置反馈机构、手轮机构、机械位置指示机构、机械限位机构等组成。

控制系统共使用6 根线：其中交流电源线220 V 2 根，输入信号线 4 mA～20 mA 2 根，输出信号线 4 mA～20 mA 2 根。放散阀零位时角度设计为45 °，为便于驱动,现调整为60 °，零位驱动力有所改善。电气控制和驱动机构长期在高温下烘烤，控制系统容易损坏致使控制失灵，润滑系统干枯致使执行器无法动作，此次采取防火罩和遮火板双层防火措施，确保使用寿命延长。

2.2.4 放散管翻板执行器的选择

放散管翻板执行机构必须满足以下要求：（1）推动力大，能够推动放散阀；（2）开闭迅速，能够及时打开和关闭；（3）能够在停电状态下工作。

每个放散管上配置一个双阀异向结构氨水翻板阀，起到控制放散荒煤气的作用。由于国内煤质挥发分含量较高，长期使用后会出现焦油黏结，导致阀板动作困难。故放散阀采用双翼设计，由执行器驱动，阀杆上加有配重，可以两边快速开闭。

目前焦炉执行机构有气动、电动和电液3 种形式。电动执行器因为焦化厂现场高温和强腐蚀性，设备容易损坏。电液执行器耐高温腐蚀性能较强，但是价格较高，而且和电动放散管翻板一样需要电力驱动，在焦炉大停电时，不能保证执行器驱动并打开翻板。气动执行器相对简单，在大停电时，至少可以利用管道余气将翻板打开。

根据以上特性，新型点火装置选用了简单实用的气动执行机构。在停电时，利用电池电量就可以驱动电磁阀，利用气缸自动打开翻板，实现自动点火。另外，水封用氨水阀和蒸汽阀也采用气动阀。所有电磁阀安装在环境相对较好的气控柜内，提高了现场设备适应高温环境的能力。

2.2.5 拢火灭火蒸汽控制回路设计

回火是放散管的混合气体燃烧速度大于混合煤气的流速造成的。回火会引起煤气管道发生爆炸，为此，防回火措施是放散燃烧装置的安全重点。根据回火原因和灭火原理，利用窒息灭火方式防回火。

在燃烧器下部安装蒸汽管，并在管上开梅花状喷口，使蒸汽从梅花状喷口中喷出，形成气幕。混合煤气燃烧回火时，空气被气幕阻挡，并且蒸汽进入混合气中降低燃烧区的氧含量，使回火燃烧因缺乏氧气而熄灭。

此次改造新增蒸汽灭火电动球阀，可使蒸汽的作用发挥到最佳状态。

2.2.6 电器系统防火耐高温设计

由于控制柜放在焦炉机侧集气管廊下地面，因此控制电缆需要敷设电缆桥架、穿线管，才能从控制柜到达每个控制点；电缆桥架沿集气管走向布置，尽量远离火焰区，桥架内用石棉布将电缆包裹，防止电缆烧毁。

3 运行效果

该系统自2018 年8 月改造完成并开始放散点火试验，经过对该焦炉煤气放散点火装置的反复手动、自动操作，确保放散点火功能正常，减少了直接排入空气中的污染物数量，减轻了环境污染，达到了预期目的。并且自改造投入使用后，系统一直处于无故障运行状态，先进性、可靠性和安全性较高。