本實(shí)用新型屬于焦?fàn)t煉焦自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)鋼鐵冶金工業(yè)的快速發(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，而煉焦是一個(gè)復(fù)雜的工藝過(guò)程，既消耗大量的能源，也會(huì)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(duì)人類(lèi)健康以及生態(tài)環(huán)境都產(chǎn)生了巨大的影響，在人類(lèi)健康方面，氮氧化物對(duì)人的眼睛和呼吸道都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈地刺激作用，嚴(yán)重時(shí)回引起支氣管炎并對(duì)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(shí)氮氧化物也是當(dāng)前我國(guó)霧霾天氣的主要成分。為了控制大氣環(huán)境的進(jìn)一步惡化，國(guó)家對(duì)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NO_x必須小于500mg/m³，并且在2015年強(qiáng)制執(zhí)行這一標(biāo)準(zhǔn)。

目前對(duì)煉焦行業(yè)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(shù)手段是煙氣脫硝，即把焦?fàn)t煙道氣抽出來(lái)，加熱至400-500℃，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NO_x，這種方法不僅一次性投資大，而且運(yùn)行成本也非常高，對(duì)于目前掙扎在盈/虧線(xiàn)上的焦化企業(yè)是難以承受的費(fèi)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)，從源頭實(shí)現(xiàn)對(duì)焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的控制，同時(shí)降低能源消耗，保護(hù)環(huán)境。

本實(shí)用新型的原理是：焦?fàn)t燃燒過(guò)程中生成氮氧化物的形成機(jī)理有三種類(lèi)型：①含N組分燃料型NO：燃料中的有機(jī)氮化合物在燃燒過(guò)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?xì)淙剂峡焖傩蚇O：碳化氫系燃料在燃燒時(shí)分解，其分解產(chǎn)物和氮?dú)夥磻?yīng)生成的氮氧化物，主要是個(gè)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?dú)庠诟邷叵卵趸傻牡趸铮饕菢?biāo)準(zhǔn)溫度過(guò)高引起的，通過(guò)燃燒控制技術(shù)，控制空氣量、火道溫度的分布、控制燃燒室壓力分布等技術(shù)手段，從源頭控制NO_x的生成。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：

一種從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：PLC控制單元，用于控制整個(gè)系統(tǒng)的工作；

火焰溫度監(jiān)測(cè)單元，其具有一對(duì)準(zhǔn)立火道底部三角區(qū)中心位置的光學(xué)鏡頭，且安裝在每個(gè)炭化室上方，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)立火道內(nèi)的溫度；

煙氣成分分析單元，包括移動(dòng)煙氣成分分析儀和固定煙氣成分分析儀，其中移動(dòng)煙氣成分分析儀用于對(duì)焦?fàn)t每個(gè)燃燒室及每個(gè)立火道進(jìn)行取樣分析，監(jiān)測(cè)燃燒效率；固定煙氣成分分析儀安裝在每個(gè)分煙道處，用于在分煙道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制全爐的煙氣成分；

爐頂看火孔壓力監(jiān)測(cè)單元，包括安裝在看火孔的耐高溫微壓計(jì)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制看火孔壓力的變化，根據(jù)看火孔壓力對(duì)分煙道吸力的控制進(jìn)行補(bǔ)充和修正；

煤氣流量控制單元，采用前反饋控制模式，通過(guò)煤氣壓力精密控制和預(yù)測(cè)調(diào)控，用于穩(wěn)定煤氣流量。

在上述的從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)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(dòng)蝶閥，兩只防爆氣動(dòng)蝶閥分別與上述的PLC控制單元電氣連接，一個(gè)燃燒室連接著相鄰的兩個(gè)炭化室，根據(jù)相鄰兩個(gè)的炭化室的結(jié)焦?fàn)顟B(tài)及立火道溫度的變化趨勢(shì)，用于實(shí)時(shí)調(diào)整加熱煤氣流量。

由于兩個(gè)炭化室處于不同的結(jié)焦?fàn)顟B(tài)，它們的推焦\裝煤時(shí)間大于相隔4～8小時(shí)，炭化室處于不同的結(jié)焦時(shí)刻，吸收的熱量是不同的，在結(jié)焦初期，需要蒸發(fā)大量的水分和揮發(fā)份，吸收大量熱量，導(dǎo)致立火道溫度下降，在結(jié)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?fàn)t操作采用5：2串序或9：2串序，把相鄰的兩個(gè)炭化室結(jié)焦時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，但立火道溫度波動(dòng)較大，一般溫度的波動(dòng)在60℃附件，有的甚至可達(dá)120℃；在煤氣支管上安裝防爆氣動(dòng)蝶閥，根據(jù)立火道溫度的變化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)地調(diào)整加熱煤氣流量，特別是在炭化室火落點(diǎn)后，吸熱很小，立火道溫度迅速上升，把煤氣流量降下來(lái)，可以把溫度的波動(dòng)降低下來(lái)。

在上述的從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)中，可選的，還包括火落時(shí)間判斷分析單元，用于判斷分析火落時(shí)間CI＝Tc/Tm，其中：Tc-結(jié)焦周期，min；Tm-從裝煤開(kāi)始到粗煤氣溫度達(dá)到最大值的時(shí)間，min，并根據(jù)火落時(shí)間曲線(xiàn)調(diào)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(biāo)，橫排指標(biāo)好，表明焦餅橫向成熟均勻，機(jī)側(cè)的焦餅中心溫度與焦側(cè)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(zhì)量穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)底部焦過(guò)火，上部焦偏生的情況。

在上述的從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)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(jù)焦炭溫度曲線(xiàn)調(diào)整橫排均勻性，火落時(shí)間曲線(xiàn)反映了炭化室中焦炭整體成熟的情況和成熟的時(shí)間，如果直行均勻性好，就可以在保證焦炭質(zhì)量的前提下大幅度降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，大幅度降低能耗。

在上述的從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)中，可選的，所述火焰溫度監(jiān)測(cè)單元包括光學(xué)鏡頭、光纖和紅外光纖儀表，光學(xué)鏡頭直接安裝在爐頂?shù)目椿鹂仔t蓋上，通過(guò)目測(cè)瞄準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)立火道底部三角區(qū)中心位置；光纖把光學(xué)鏡頭的光信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成溫度信號(hào)，工作溫度為≤60℃。

附圖說(shuō)明

以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)知道，這些附圖僅是為解釋目的而設(shè)計(jì)的，因此不作為本實(shí)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(shuō)明此處描述的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，而不必要依比例進(jìn)行繪制。

圖1是本實(shí)用新型火焰溫度監(jiān)測(cè)單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型火焰溫度測(cè)量點(diǎn)圖；

圖3是本實(shí)用新型火焰溫度測(cè)點(diǎn)分布圖；

圖4是本實(shí)用新型火焰溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖；

圖5是本實(shí)用新型煤氣流量控制單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型單燃燒室控制單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型的炭化室火落溫度曲線(xiàn)圖；

圖8是本實(shí)用新型的立火道溫度隨結(jié)焦時(shí)間變化規(guī)律圖。

具體實(shí)施方式

首先，需要說(shuō)明的是，以下將以示例方式來(lái)具體說(shuō)明本實(shí)用新型從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)等，然而所有的描述僅是用來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的，而不應(yīng)將其理解為對(duì)本實(shí)用新型形成任何限制。此外，在本文所提及各實(shí)施例中予以描述或隱含的任意單個(gè)技術(shù)特征，或者被顯示或隱含在各附圖中的任意單個(gè)技術(shù)特征，仍然可在這些技術(shù)特征(或其等同物)之間繼續(xù)進(jìn)行任意組合或刪減，從而獲得可能沒(méi)有在本文中直接提及的本實(shí)用新型的更多其他實(shí)施例。

請(qǐng)結(jié)合參考圖1至圖8，下面就通過(guò)這個(gè)給出的實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)進(jìn)行示例性說(shuō)明。

一種從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：PLC控制單元、火焰溫度監(jiān)測(cè)單元、煙氣成分分析單元、爐頂看火孔壓力監(jiān)測(cè)單元、煤氣流量控制單元、火落時(shí)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(gè)系統(tǒng)的工作。如圖1、圖2和圖3所示，火焰溫度監(jiān)測(cè)單元包括光學(xué)鏡頭、光纖和紅外光纖儀表，光學(xué)鏡頭安裝在每個(gè)炭化室爐頂?shù)目椿鹂仔t蓋上，通過(guò)目測(cè)瞄準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)立火道底部三角區(qū)中心位置；光纖把光學(xué)鏡頭的光信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成溫度信號(hào)，工作溫度為≤60℃。

火焰溫度監(jiān)測(cè)單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)立火道內(nèi)的溫度，得到如圖4所示的火焰溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖。

煙氣成分分析單元，包括移動(dòng)煙氣成分分析儀和固定煙氣成分分析儀，移動(dòng)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(dòng)煙氣成分分析儀用于對(duì)焦?fàn)t每個(gè)燃燒室及每個(gè)立火道進(jìn)行取樣分析，監(jiān)測(cè)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(gè)分煙道處，用于在分煙道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制全爐的煙氣成分；

本實(shí)用新型實(shí)施例中的使用的焦?fàn)t參數(shù)：2*61個(gè)燃燒室、2*61*32個(gè)立火道，在分煙道上安裝固定煙氣成分分析儀，首先用移動(dòng)煙氣成分分析儀分析各個(gè)立火道和燃燒室的情況，然后把每個(gè)立火道或燃燒室調(diào)整到基本一致的狀態(tài)，分析分煙道的廢氣數(shù)據(jù)。

在此基礎(chǔ)下，通過(guò)對(duì)煙氣成分的分析，提高燃燒效率，避免出現(xiàn)局部高溫，從而增加快速型NO_x的生成。

進(jìn)一步的，爐頂看火孔壓力監(jiān)測(cè)單元包括安裝在看火孔的耐高溫微壓計(jì)，耐高溫微壓計(jì)與PLC控制單元電氣連接看火孔壓力小或出現(xiàn)負(fù)壓，空氣吸入焦?fàn)t爐體，導(dǎo)致能耗增大；看火孔壓力大，測(cè)溫不方便，看火孔壓力也是反映吸力控制是否合適的一個(gè)參考指標(biāo)，在焦?fàn)t加熱控制中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)看火孔壓力，并根據(jù)看火孔壓力對(duì)分煙道吸力的控制進(jìn)行補(bǔ)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?fàn)t煤氣主管壓力的波動(dòng)以及焦?fàn)t頻繁的交換，導(dǎo)致進(jìn)入燃燒室的煤氣流量(壓力)波動(dòng)很多，對(duì)優(yōu)化燃燒非常不利，煤氣流量控制單元通過(guò)煤氣壓力精密控制程序和預(yù)測(cè)調(diào)控，可有效的穩(wěn)定煤氣流量，流量或壓力的穩(wěn)定受主管壓力的波動(dòng)、交換操作等因數(shù)影響，因此采用前反饋控制相結(jié)合的模式。通過(guò)對(duì)焦?fàn)t爐內(nèi)整體溫度的溫度控制，標(biāo)準(zhǔn)溫度不會(huì)過(guò)高，從而控制熱力型NO_x的生成。

結(jié)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(dòng)蝶閥，兩只防爆氣動(dòng)蝶閥分別與上述的PLC控制單元電氣連接，一個(gè)燃燒室連接著相鄰的兩個(gè)炭化室，根據(jù)相鄰兩個(gè)的炭化室的結(jié)焦?fàn)顟B(tài)及立火道溫度的變化趨勢(shì)，用于實(shí)時(shí)調(diào)整加熱煤氣流量。

由于兩個(gè)炭化室處于不同的結(jié)焦?fàn)顟B(tài)，它們的推焦\裝煤時(shí)間大于相隔4～8小時(shí)，炭化室處于不同的結(jié)焦時(shí)刻，吸收的熱量是不同的，在結(jié)焦初期，需要蒸發(fā)大量的水分和揮發(fā)份，吸收大量熱量，導(dǎo)致立火道溫度下降，在結(jié)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?fàn)t操作采用5：2串序或9：2串序，把相鄰的兩個(gè)炭化室結(jié)焦時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，但立火道溫度波動(dòng)較大，一般溫度的波動(dòng)在60℃附件，有的甚至可達(dá)120℃；在煤氣支管上安裝防爆氣動(dòng)蝶閥，根據(jù)立火道溫度的變化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)地調(diào)整加熱煤氣流量，特別是在炭化室火落點(diǎn)后，吸熱很小，立火道溫度迅速上升，把煤氣流量降下來(lái)，可以把溫度的波動(dòng)降低下來(lái)，如圖8所示。

一方面，整個(gè)焦?fàn)t爐內(nèi)的溫度控制相對(duì)穩(wěn)定；另一方面，在保證焦炭成熟度滿(mǎn)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(shí)用新型中，該系統(tǒng)中還包括了火落時(shí)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(shí)間判斷分析單元用于判斷分析火落時(shí)間CI＝Tc/Tm，其中：Tc-結(jié)焦周期，min；Tm-從裝煤開(kāi)始到粗煤氣溫度達(dá)到最大值的時(shí)間，min，并根據(jù)火落時(shí)間曲線(xiàn)調(diào)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(biāo)，橫排指標(biāo)好，表明焦餅橫向成熟均勻，機(jī)側(cè)的焦餅中心溫度與焦側(cè)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(zhì)量穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)底部焦過(guò)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(jù)焦炭溫度曲線(xiàn)調(diào)整橫排均勻性，火落時(shí)間曲線(xiàn)反映了炭化室中焦炭整體成熟的情況和成熟的時(shí)間，如果直行均勻性好，就可以在保證焦炭質(zhì)量的前提下大幅度降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，大幅度降低能耗。

以上僅以舉例方式來(lái)詳細(xì)闡明本實(shí)用新型的從源頭控制焦?fàn)t廢氣中氮氧化物的系統(tǒng)，這些個(gè)例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型的原理及其實(shí)施方式之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以做出各種變形和改進(jìn)。因此，所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的范疇并為本實(shí)用新型的各項(xiàng)權(quán)利要求所限定。