焦化廠用羅茨風機抽煤氣的吸力控制：求羅茨風機在煤氣輸送環節上如何經濟適用？？

　　羅茨風機在煤氣輸送環節上如何經濟適用

　　焦化廠冷鼓系統煤氣輸送環節上的羅茨風機實行變頻調速及自動控制改造以后，有效地改善了原有的落后運行方式，使風機的轉速可以隨著煤氣量的變化而變化，節約了大量的能源，保證了煤氣收集系統的安全和穩定運行，提高了供氣質量的可靠性。

　　這個廠改造以后的新系統具有以下功能：

　　①MT-140E-132kW變頻器內置PI控制功能非常適用于對流量或者壓力的自動控制，是專門為適應風機、泵類等平方力矩特性負載設計的變頻器，可以在極低的變頻下啟動電機，能夠避免過大的啟動電流。

　?、谕ㄟ^安裝在羅茨風機之前的煤氣管道上的壓力傳感器測得的壓力信號，控制變頻器的輸出頻率，使得電動機的轉速隨著集氣管壓力的變化而變化。因為軸功率與轉速的立方成正比，而有功功率的輸出呈立方下降，所以極錦工降低了電動機的能耗，而且提高了煤氣輸送環節的自動化程度。

　?、圩冾l器具有過流、過載、過熱、過頻等十幾種故障自動保護功能。

　?、茏冾l器可以在自動（即通過壓力信號來調節輸出頻率）和手動（由人工來設定工作頻率）兩種狀態下工作，并且具有自耦減壓啟動與變頻器啟動的互相切換功能，當其中的一種工作方式處于檢修或者發生故障的時候，能夠由人工切換到另外一種工作方式上去，而不會影響到正常的生產。

　?、葑择顪p壓啟動柜與變頻調速控制系統的啟停及二者的功能切換均可以就地操作。

　　這個廠的運行實踐表明：利用限定變頻器頻率的方法來降低電動機的轉速，可以使風量正好符合工藝的需要，實現風機的經濟運行。

　　焦化廠冷鼓系統煤氣輸送環節上的羅茨風機實行變頻調速及自動控制改造以后，有效地改善了原有的落后運行方式，使風機的轉速可以隨著煤氣量的變化而變化，節約了大量的能源，保證了煤氣收集系統的安全和穩定運行，提高了供氣質量的可靠性。

　　這個廠改造以后的新系統具有以下功能：

　?、費T-140E-132kW變頻器內置PI控制功能非常適用于對流量或者壓力的自動控制，是專門為適應風機、泵類等平方力矩特性負載設計的變頻器，可以在極低的變頻下啟動電機，能夠避免過大的啟動電流。

　?、谕ㄟ^安裝在羅茨風機之前的煤氣管道上的壓力傳感器測得的壓力信號，控制變頻器的輸出頻率，使得電動機的轉速隨著集氣管壓力的變化而變化。因為軸功率與轉速的立方成正比，而有功功率的輸出呈立方下降，所以極錦工降低了電動機的能耗，而且提高了煤氣輸送環節的自動化程度。

　　③變頻器具有過流、過載、過熱、過頻等十幾種故障自動保護功能。

　?、茏冾l器可以在自動（即通過壓力信號來調節輸出頻率）和手動（由人工來設定工作頻率）兩種狀態下工作，并且具有自耦減壓啟動與變頻器啟動的互相切換功能，當其中的一種工作方式處于檢修或者發生故障的時候，能夠由人工切換到另外一種工作方式上去，而不會影響到正常的生產。

　?、葑择顪p壓啟動柜與變頻調速控制系統的啟停及二者的功能切換均可以就地操作。

　　這個廠的運行實踐表明：利用限定變頻器頻率的方法來降低電動機的轉速，可以使風量正好符合工藝的需要，實現風機的經濟運行。

焦化廠用羅茨風機抽煤氣的吸力控制：煉焦化產回收教案

　　原標題：煉焦化產回收教案

　　第一章 緒論

　　第一節 煉焦化學產品概述

　　一、煉焦化學

　　煉焦化學是研究以煤為原料，經高溫干餾獲得焦炭和荒煤氣，并用經濟合理的方法將荒煤氣分離和精制成化學產品的技術和工藝原理的學科。以煤為原料，經過高溫干餾生產焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油、并回收其他化工產品的工業是煉焦化學工業。

　　二、煉焦化學產品

　　煤是一種結構復雜的由很多苯環縮合起來的多環結構物質，煤中的價鍵以碳原子結合為主，氫、氧、氮、硫等原子鑲嵌在苯環之間。

　　在加熱時能黏結成塊的煤種，通常稱之為煉焦煤。煉焦煤于煉焦爐內在隔絕空氣高溫加熱條件下，煤質發生一系列的變化，除生成固態焦炭外，還裂解生成揮發性產物簡稱為荒煤氣?；拿簹庵泻性S多各種化合物，包括常溫下的氣態物質如氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等；C1～C 6直鏈烴類和氫等裂解成焦爐煤氣的主要成分。

　　第二節 煉焦化學產品的生成與組成和產率

　　一、煉焦化學產品的生成

　　煤料在焦爐炭化室內進行高溫干餾時，煤質發生了一系列的物理化學變化。

　　裝入煤在200℃以下蒸出表面水分，同時析出吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等氣體；隨溫度升高至250~300℃，煤的大分子端部含氧化合物開始分解，生成二氧化碳、水和酚類，這些酚主要是高級酚；至約500℃時，煤的大分子芳香族稠環化合物側鏈斷裂和分解，產生氣體和液體，煤質軟化熔融，形成氣、固、液三相共存黏稠狀的膠質體、并生成脂肪烴，同時釋放出氫。

　　在600℃前從膠質層析出的和部分從半焦中析出的蒸汽和氣體稱為初次分解產物主要含有甲烷，二氧化碳、—氧化碳、化合水及初焦油，氫含量很低。

　　通過赤熱焦炭和沿炭化室爐墻向上流動的氣體和蒸汽，因受高溫而發生環烷烴和烷烴的芳構化過程(生成芳香烴)并析出氫氣，從而生成二次熱裂解產物。

　　當發生二次熱裂解時，碳氫化合物分子結構會發生以下幾種變化：

　　(a)C-C鍵斷裂引起結構縮小反應。

　　(b)C-H鍵裂解引起脫氫反應。

　　(c)按異構化進行的重排反應。

　　(d) 聚合、歧化、縮合引起的結構增大反應。

　　通過上述許多復雜反應和其他反應，煤氣中的甲烷和重烴(主要為乙烯)的含量降低，氫的含量增高，煤氣的密度變小，并形成一定量的氨，苯族烴、萘和蒽等，在炭化室頂部空間最終形成一定組成的焦爐煤氣。

　　二、煉焦化學產品的組成

　　煉焦配煤在炭化室內經過一系列的物理變化和化學變化最終形成焦炭，排放出一定組成的荒煤氣。

　　荒煤氣中除凈焦爐煤氣外的主要組成（g/m3）：

　　經回收化學產品和凈化后的煤氣，稱為凈焦爐煤氣，也稱回爐煤氣。

　　三、煉焦化學產品的產率

　　煉焦化學產品的數量和組成隨煉焦溫度和原料煤質量的不同而波動。在工業生產條件下，煤料高溫干餾時各種產物的產率，% (對干煤的質量)：

　　四、影響化學產品產率和組成的因素

　　煉焦化學產品的產率取決于煉焦配煤的性質和煉焦過程的技術操作條件。

　　1．配煤性質和組成的影響

　　2．焦爐操作條件的影響

　　煉焦溫度、操作壓力、揮發物在爐頂空間停留時間、焦爐內生成的石墨、焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化作用都影響煉焦化學產品的產率及組成，最主要的影響因素是爐墻溫度(與結焦時間相關)和炭化室頂部空間溫度（也稱爐頂空間溫度）。

　　第三節 回收與加工化學產品的方法及典型流程

　　從焦爐炭化室生成的荒煤氣需在化產回收車間進行冷卻、輸送，回收焦油、氨、硫、苯族烴等化學產品，同時凈化煤氣。這一方面是為得到有用的化學產品，另一方面是為了便于煤氣順利地輸送、儲存和用戶的使用。

　　焦化廠一般采用冷卻、冷凝的方法除去煤氣中的焦油和水；利用鼓風機抽吸和加壓輸送煤氣；用電捕方法除少量的焦油霧；煤氣中其他成分的脫除大多采用吸收法；對于凈化程度要求高的場合，可采用吸附法或冷凍法。

　　一、在正壓下操作的焦爐煤氣處理系統

　　1.正壓操作系統

　　焦爐煤氣凈化精制處理系統中鼓風機設在初冷器的后面。

　　2 . 半負壓操作系統

　　焦爐煤氣凈化精制處理系統中鼓風機設在電捕焦油器的后面。

　　二、在負壓下操作的焦爐煤氣處理系統

　　在采用水洗氨的系統中，因洗氨塔操作溫度盡可能低些（22～25℃）為宜，故鼓風機可設在煤氣凈化系統的最后面，這就是全負壓工藝流程。

　　三、粗苯加工生產流程系統

　　粗苯工段生產的粗苯，經兩苯塔分餾為輕苯和重苯。苯、甲苯、二甲苯的絕大部分和硫化物的大部分及50%的不飽和化合物聚集與輕苯中，苯乙烯、古馬隆和茚等高沸點不飽和化合物聚集于重苯中。輕苯和重苯分別加工。

　　四、焦油加工生產流程系統

　　冷凝工段生產的煤焦油是具有刺激性臭味的黑色或黑褐色的黏稠狀液體，其中含有上萬種的物質，須經過予處理蒸餾切取組分集中的各種餾分，再對各種餾分用酸堿洗滌、蒸餾、聚合、結晶等方法進行處理提取純產品。

　　第二章 煤氣的初冷和焦油氨水的分離

　　焦爐煤氣從炭化室經上升管逸出時的溫度為650－750℃此時煤氣中含有焦油氣，苯族烴、水汽，氨、硫化氫、氰化氫，萘及其他化合物，為回收和處理這些化合物，首先應將煤氣冷卻，這是因為:

　　1. 從煤氣中回收化學產品和凈化煤氣時，多采用比較簡單易行的冷凝，冷卻法和吸收法，在較低的溫度下(25~　35℃)才能保證較高的回收率;

　　2. 含有大量水汽的高溫煤氣體積大(例如由附表2查得0℃時lm3干煤氣，在80℃經水蒸汽飽和后的體積2.429m3，而在25℃經水汽飽和的體積為1.126m。，前者比后者大1.16倍)，顯然所需輸送煤氣管道直徑、鼓風機的輸送能力和功率均增大，這是不經濟的;

　　3. 在煤氣冷卻過程中，不但有水汽冷凝，且大部分焦油和萘也被分離出來，部分硫化物，氰化物等腐蝕性介質溶于冷凝液中，從而可減少回收設備及管道的堵塞和腐蝕。

　　煤氣的初步冷卻分兩步進行：

　　第一步是在集氣管及橋管中用大量循環氨水噴灑，使煤氣冷卻到80~90℃；

　　第二步再在煤氣初冷器中冷卻。在初冷器將煤氣冷卻到何種程度，隨化學產品回收與煤氣凈化選用的工藝方法而異，經技術經濟比較確定，例如若以硫酸或磷酸作為吸收劑，用化學吸收法除去煤氣中的氨，初冷器后煤氣溫度可以高一些，一般為25~35℃；若以水作吸收劑，用物理吸收法除去煤氣中的氨初冷后煤氣溫度要低些，一般為25℃以下。

　　一、煤氣在集氣管內的冷卻

　　1. 煤氣在集氣管內冷卻的機理

　　煤氣在橋管和集氣管內冷卻，是用表壓為150~200kPa的循環氨水通過噴頭強烈噴灑進行的

　　當細霧狀的氨水與煤氣充分接觸時，由于煤氣溫度很高而濕度又很低，故煤氣放出大量顯熱，氨水大量蒸發，快速進行著傳熱和傳質過程。傳熱過程推動力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳熱傳給低溫的循環氨水。

　　傳熱過程推動力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳熱傳給低溫的循環氨水。傳質過程的推動力是循環氨水液面上的水汽分壓與煤氣中水汽分壓之差，氨水部分蒸發，煤氣溫度急劇降低，以供給氨水蒸發所需的潛熱，此部分熱量約占煤氣冷卻所放出總熱量的75％~80％。另有約占所放出總熱量10％的熱量由集氣管表面散失。

　　通過上述冷卻過程，煤氣溫度由650~750℃降至80 ~85 ℃，同時有60％左右的焦油氣冷凝下來，含在煤氣中的粉塵也被沖洗下來，有焦油渣產生。在集氣管冷卻煤氣主要是靠氨水蒸發吸收需要的相變熱使煤氣顯熱減少溫度降低，所以煤氣溫度可冷卻至高于其最后達到的露點溫度1~3℃。煤氣的露點溫度就是煤氣被水汽飽和的溫度，以是煤氣在集氣管中冷卻的極限。

　　2、煤氣露點與煤氣中水汽含量的關系

　　煤氣的冷卻及所達到的露點溫度同下列因素有關；在一般生產條件下，煤料水分每降低1％，露點溫度可降低0.6 ~0.7 ℃。顯然，降低煤料水分，對煤氣的冷卻很重要。

　　二、煤氣在集氣管內冷卻的技術要求

　　1. 集氣管技術操作指標

　?。?）集氣管在正常操作過程中用氨水而不用冷水噴灑，因冷水溫度低不易蒸發，使煤氣冷卻效果不好，所帶入的礦物雜質會增加瀝青的灰分。此外，由于水溫很低，使集氣管底部劇烈冷卻、冷凝的焦油黏度增大，易使集氣管堵塞。氨水又有潤滑性，便于焦油流動，可以防止煤氣冷卻過程中煤粉、焦粒、焦油混合形成的焦油渣因積聚，而堵塞煤氣管道。

　?。?）進入集氣管前的煤氣露點溫度主要與裝入煤的水分含量有關

　?。?）對不同形式的焦爐所需的循環氨水量也有所不同，生產實踐經驗確定的定額數據為：對單集氣管的焦爐，每噸干煤需5m3循環氨水，對雙集氣管焦爐需6m3的循環氨水。

　　（4）集氣管冷卻操作中，應經常對設備進行清掃，保持循環氨水噴灑系統暢通，氨水壓力、溫度、循環量力求穩定。

　　三、集氣管的物料平衡與熱平衡

　　通過集氣管的物料平衡和熱平衡的計算，可以了解集氣管內物料轉移的情況以及求得冷卻后的煤氣溫度。若冷卻后的煤氣溫度已確定，就可以求得必需的循環氨水用量及其蒸發量。也可用以評定集氣管操作好壞。

　　第二節 煤氣在初冷器的冷卻

　　煤氣冷卻和焦油蒸汽、水蒸汽的冷凝，可以采用不同形式的冷卻器。被冷卻的煤氣與冷卻介質直接接觸的冷卻器，稱為直接混合式冷卻器，簡稱為直接冷卻器或直接冷卻；被冷卻的煤氣與冷卻介質分別從固體壁面的兩側流過，煤氣將熱量傳給壁面，再由壁面傳給冷卻介質的冷卻器，稱為間壁式冷卻器，簡稱為間接冷卻器或間接冷卻。由于冷卻器的形式不同，煤氣冷卻所采取的流程也不同。

　　煤氣冷卻的流程可分為間接冷卻、直接冷卻和間直混合冷卻三種。

　　一、煤氣的間接初冷

　　1. 立管式冷卻器間接初冷工藝流程

　　經氣液分離后的煤氣進入數臺并聯立管式間接冷卻器，用水間接冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內。從各臺初冷器出來的煤氣溫度是有差別的，匯集在一起后的煤氣溫度稱為集合溫度，這個溫度依生產工藝的不同而有不同的要求：在生產硫銨系統中，要求集合溫度低于35℃，在水洗氨生產系統中，則要求集合溫度低于25℃。隨著煤氣的冷卻，煤氣中絕大部分焦油氣、大部分水汽和萘在初冷器中被冷凝下來，萘溶解于焦油中。煤氣中一定數量的氨，二氧化碳，硫化氫，氰化氫和其他組分溶解于冷凝水中，形成了冷凝氨水。

　　焦油和冷凝氨水的混合液稱為冷凝液。冷凝氨水中含有較多的揮發銨鹽（NH3與H2S、HCH、H2CO3形成的銨鹽，如 (NH4)S、NH4CN、(NH4)2CO3等），固定銨鹽（如NH4C1、NH4CNS、(NH4)SO4和(NH4)S2O3等）的含量較少。當其溶液加熱至100℃即分解的銨鹽為揮發銨鹽，需加熱到220~250℃或有堿存在的情況下才能分解的銨鹽叫固定銨鹽。

　　2.橫管式冷卻器間接初冷工藝流程

　　橫管式煤氣初冷器冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內。水通道分上下兩段，上段用循環水冷卻，下段用制冷水冷卻，將煤氣溫度冷卻到22℃以下。橫管式初冷器煤氣通道，—般分上中下三段，上段用循環氨水噴灑，中段和下段用冷凝液噴灑，根據上、中、下段冷凝液量和熱負荷的計算可知：上段和中段冷凝液量約占總量的95％，而下段冷凝液量僅占總量的5％；從上段和中段流至下段的冷凝液由45℃降至30℃的顯熱及噴灑的冷凝液冷卻顯熱，約占總熱負荷的60％；下段冷凝液的冷凝圖2-5-1 橫管式煤氣初冷工藝流程潛熱及冷卻至30℃的顯熱，約占總熱負荷20%；下段噴灑冷凝液的冷卻顯熱，約占總熱負荷20%。

　　3.剩余氨水量的計算

　　在氨水循環系統中，由于加入配煤水分和煉焦時產生的化合水，使氨水量增多而形成所謂的剩余氨水。這部分氨水從循環氨水泵出口管路上引出，送去蒸氨。

　　顯然，剩余氨水量取決于配煤水分和化合水的數量以及煤氣初冷后集合溫度的高低．

　　煤氣初冷的集合溫度不宜偏高，否則會帶來下列問題：

　?、倜簹庵兴吭龆?，體積變大，致使鼓風機能力不足，影響煤氣正常輸送。

　?、诮褂蜌饫淠式档?，初冷后煤氣中焦油含量增多，影響后續工序生產操作。

　　③在初冷器內，煤氣冷卻到一定程度（一般認為55℃）以下，萘蒸汽凝華呈細小薄片晶體析出，可溶入焦油中，溫度愈低，煤氣中萘蒸汽含量也愈少，當集合溫度高時，煤氣中含萘量將更顯著增大。

　　由上述可見，在煤氣初冷操作中，必須保證初冷器后集合溫度不高于規定值，并盡可能地脫除煤氣中的萘。

　　二、煤氣的直接初冷

　　煤氣的直接初步冷卻，是在直接冷卻塔內由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱完成的。

　　由吸氣主管來的80～85℃的煤氣，經過氣液分離器進入并聯的直接式初冷塔，用氨水噴灑冷卻到25～28℃，然后由鼓風機送至捕焦油器，捕除焦油霧后，將煤氣送往回收氨工段。

　　由氣液分離器分離出的氨水、焦油和焦油渣，經焦油盒分出焦油渣后流入焦油氨水澄清池，從澄清池出來的氨水用泵送回集氣管噴灑冷卻煤氣。澄清池底部的焦油流入焦油池，然后用泵抽送到焦油槽，再送往焦油車間加工處理。焦油盒底部的焦油渣由人工撈出。

　　初冷塔底部流出的氨水和冷凝液經水封槽進入初冷循環氨水澄清池，與洗氨塔來的氨水混合并在澄清池與焦油進行分離。分離出來的焦油與上述焦油混合。澄清后的氨水則用泵送入冷卻器冷卻后，送至初冷塔循環使用。剩余氨水則送去蒸氨或脫酚。

　　煤氣直接初冷，不但冷卻了煤氣，而且具有凈化煤氣的良好效果。某廠實測生產數據表明，在直接初冷塔內，可以洗去90％以上的焦油，80％左右的氨，60%以上的萘，以及約50%的硫化氫和氰化氫。這對后面洗氨洗苯過程及減少設備腐蝕都有好處。

　　同煤氣間接初冷相比，直接初冷還具有冷卻效率較高， 煤氣壓力損失小，基建投資較少等優點。但也具有工藝流程較復雜。動力消耗較大，循環氨水冷卻器易腐蝕易堵塞、各澄清池污染嚴重，大氣環境惡劣等缺點。因此目前大型焦化廠還很少單獨采用這種煤氣直接冷卻流程

　　三、間冷和直冷結合的煤氣初冷

　　如前所述煤氣的直接初冷，是在直接冷卻塔內，由煤氣和冷卻水(經冷卻后的氨水焦油混合液)直接觸傳熱而完成的。此法不僅冷卻了煤氣，且具有凈化煤氣效果良好、設備結構簡單造價低及煤氣阻力小等優點。間冷直冷結合的煤氣初冷工藝即是將二者優點結合的方法，在國內外大型焦化已得到采用。

　　自集氣管來的荒煤氣幾乎為水蒸汽所飽和，水蒸汽熱焓約占煤氣總熱焓的94%，所以煤氣 在高溫階段冷卻所放出的熱量絕大部分為水蒸汽冷凝熱，因而傳熱系數較高；而且在溫度較高時(高于52℃)，萘不會凝結造成設備堵塞。所以，煤氣高溫冷卻階段宜采用間接冷卻。而在低溫冷卻階段，由于煤氣中水汽含量已大為減少，氣體對壁面間的對流傳熱系數低，同時萘的凝結也易于造成堵塞。所以，此階段宜采用直接冷卻。

　　第三節 焦油氨水的分離

　　一、焦油氨水混合物的性質及分離要求

　　在用循環氨水于集氣管內噴灑荒煤氣時，約60%的焦油冷凝下來，這種集氣管焦油是重質焦油，其相對密度(20℃) 1.22左右，黏度較大，其中混有一定數量的焦油渣。

　　煤氣再初冷器中冷卻，冷凝下來的焦油為輕質焦油。其輕組分含量較多。在兩種氨水混合分離流程中，上述輕質焦油和重質焦油的混合物稱之為混合焦油?；旌辖褂?0℃密度可降至1.15~1.19kg/1，黏度比重質焦油減少20％~45％，焦油渣易于沉淀下來，混合焦油質量明顯改善。但在焦油中仍存在一些浮焦油渣，給焦油分離帶來一定困難。

　　焦油的脫水直接受溫度和循環氨水中固定銨鹽含量的影響，在80~90℃和固定銨鹽濃度較低情況下，焦油與氨水較易分離。因此，在獨立的氨水分離系統中，集氣管焦油脫水程度較差，而在采用混合氨水分離流程時，混合焦油的脫水程度較好，但只進行一步澄清分離仍不能達到要求的脫水程度，還須在焦油貯槽內保持80~90℃條件下進一步脫水。

　　二、焦油氨水混合物的分離方法和流程

　　三、焦油質量的控制

　　焦油中水分、灰分、甲苯不溶物是焦油質量的重要指標，它主要取決于冷凝工序的生產操作。操作中應注意如下幾點：

　　(1)焦油氨水澄清槽內應保持—定的焦油層厚度，—般為1.5～2m，排出焦油時應連續均勻，不宜過快，要求夾帶的氨水和焦油渣盡可能少，最好應裝有自動控制裝置。

　　(2)嚴禁在焦油澄清槽內隨意排入生產中的雜油、雜水，以利于焦油、氨水、焦油渣分層，便于分離。

　　(３)靜置脫水的焦油儲槽，嚴格控制溫度在80~90℃，保證靜置時間在兩晝夜以上。同時應按時放水，向精制車間送油時應均勻進行，且保持槽內有一定的庫存量。

　　(４)嚴格控制初冷器后的集合溫度符合工藝要求，避免因增錦工機吸力而增加煤粉和焦粉的帶入量。另外，焦爐操作應力求穩定，嚴格執行各項技術操作規定，盡量減少因煤粉、焦粉帶入煤氣而形成焦油渣，防止焦油氨水分離困難。

　　（５）機械化氨水澄清槽氨水滿流情況、焦油壓油情況、油水界面升降，減速機、刮渣機運行情況保持正常。

　　第四節 煤氣冷卻和冷凝的主要設備

　　一、煤氣冷卻設備

　　1. 立管式間接冷卻器

　　2．橫管式間接冷卻器

　　二、澄清分離設備

　　焦油、氨水和焦油渣組成的液體混合物是一種懸浮液和乳濁液的混合物，焦油和氨水的密度差較大，容易分離。因此所采用的焦油氨水澄清分離設備多是根據分離粗懸浮液的沉降原理制作的。主要有臥式機械化氨水澄清槽、立式焦油氨水分離器、雙錐形氨水分離器等。廣泛應用的是臥式機械化氨水澄清槽。

　　第三章 煤氣的輸送和焦油霧的清除

　　第一節 煤氣輸送系統

　　煤氣由炭化室出來經集氣管、吸氣管、冷卻及煤氣凈化、化學產品回收設備直到煤氣貯罐或送回焦爐或到下游用戶，要通過很長的管路及各種設備。為了克服這些設備和管道阻力及保持足夠的煤氣剩余壓力，需設置煤氣鼓風機。同時，在確定化產回收工藝流程及選用設備時，除考慮工藝要求外，還應該使整個系統煤氣輸送阻力盡可能小，以減少鼓風機的動力消耗。

　　一、煤氣輸送系統及阻力

　　煤氣輸送系統的阻力，因回收工藝流程及所用設備的不同而有較大差異，同時也因煤氣凈化程度的不同及是否有堵塞情況而有較大波動。

　　鼓風機一般設置在初冷器后面。這樣，鼓風機吸入的煤氣體積小，負壓下操作的設備和煤氣管道少。有的焦化廠將油洗萘塔及電捕焦油器設在鼓風機前，進入鼓風機的煤氣中焦油、萘含量少，可減輕鼓風機及以后設備堵塞，有利于化學產品回收和煤氣凈化。

　　二、煤氣輸送管路

　　煤氣管道管徑的選用和管件設置是否合理及操作是否正常，對焦化廠生產具有重要意義。煤氣輸送管路一般分為出爐煤氣管路（煉焦車間吸氣管至煤氣凈化的最后設備）和回爐煤氣管路；若焦爐用高爐煤氣加熱，還有自煉鐵廠至煉焦焦爐的高爐煤氣管路。這些管路的合理設置與維護都是至關重要的。

　　1.煤氣管道的管徑選擇

　　選用的煤氣流速大時，管道直徑可減小，鋼材耗量也相應降低，節省基建投資，但這會使管路阻力增大，因而鼓風機的動力消耗也隨之增大；當流速小時，情況則相反。所以，所選用的適宜流速應該是折舊費、維修費和操作費構成的總費用最低

　?。? 煤氣管道應有一定的傾斜度，以保證冷凝液按預定方向自流。吸氣主管順煤氣流向傾斜度10‰，鼓風機前后煤氣管道順煤氣流向傾斜度為5‰，逆煤氣流向為7‰，飽和器后至粗苯工序前煤氣管道逆煤氣流向傾斜度為7～15‰。

　　３. 管路的熱延伸和補償

　　管路隨季節的變化以及管內介質和保溫情況的不同，都有溫度的變化。當溫度升高和降低時，管路必然發生膨脹或收縮變化，變化的數值可由計算得出。

　　在焦爐煤氣管道上一般采用填料函式補償器，在高爐煤氣管道上一般采用鼓式補償器。直徑較小的煤氣管道可用U管自動補償，對于小型焦化廠的煤氣管道，由于直徑較小、轉彎較多等特點，則可以充分利用彎管的自動補償。

　　4.安裝自動放散裝置

　　5.其他輔助設施

　　第二節　鼓風機及其操作性能

　　一、離心式鼓風機

　　1.離心式鼓風機的構造及工作原理

　　離心式鼓風機又稱渦輪式或透平式鼓風機，由電動機或汽輪機驅動。其構造如圖3—2所示，離心式鼓風機由導葉輪，外殼和安裝在軸上的兩個工作葉輪組成。

　　煤氣由吸入口進入高速旋轉的第一工作葉輪，在離心力的作用下，增加了動能并被甩向葉輪外面的環形空隙，于是在葉輪中心處形成負壓，煤氣即被不斷吸入。由葉輪甩出的煤氣速度很高，當進入環形空隙后速度減小，其部分動能變成靜壓能，并沿導葉輪通道進入第二葉輪，產生與第一葉輪及環隙相同的作用，煤氣的靜壓能再次得到提高，經出口連接管被送入管路中。煤氣的壓力是在轉子的各個葉輪作用下．并經過能量轉換而得到提高。

　　顯然，葉輪的轉速越高，煤氣的密度越大，作用于煤氣的離心力即越大，則出口煤氣的壓力也就越高。

　　2.鼓風機輸氣能力及軸功率的計算

　　3.煤氣在鼓風機中的溫升

　　在離心式鼓風機內，煤氣被壓縮所產生的熱量，絕大部分被煤氣吸收，只有小部分熱量散失。因此，煤氣在鼓風機內的壓縮過程可以近似地視為絕熱過程。

　　二. 離心式鼓風機的性能與調節

　　焦化廠中鼓風機操作非常重要，既要輸送煤氣，，又要保持炭化室和集氣管的壓力穩定。在正常生產情況下，集氣管壓力用壓力自動調節機調節，但當調節范圍不能滿足生產變化的要求時，即須對鼓風機操作進行必要的調整鼓風機在一定轉速下的生產能力與總壓頭之間有一定的關系，可用圖3-3所示鼓風機Q—H特性曲線來表示。

　　曲線有一最高點B，相應于B點壓頭(最高壓頭)的輸送量稱為臨界輸送量。鼓風機不允許在B點的左側范圍內操作，因在此范圍內鼓風機輸送量波動，并會發生振動，產生“飛動”現象。只有在B點右側延伸的特性曲線范圍內操作才是穩定的。所以，B點右側的特性曲線范圍是鼓風機的穩定工作區，B點的左側為鼓風機的不穩定工作區。

　　當鼓風機的運行工況改變時，要用調節的手段使鼓風機處于穩定工作區，維護其穩定運行。常用的調節方法有以下幾種：

　?。?）改變轉速。當改變鼓風機轉速時，流量與性能曲線相應改變。此法調節范圍寬，經濟性好，是離心式鼓風機的最佳調節手段。

　　（2）進口節流。調節鼓風機吸入口的閥門開度時，鼓風機的特性曲線隨之改變。如圖3-5所示 ，當吸入開閉器的開度變小時，鼓風機的不穩定工作范圍隨之變小，鼓風機的輸送能力及總壓頭也均相應減小。此調節方法簡單，適用于固定轉速機組的調節，但由于鼓風機前吸力增大，會使壓縮比(P2/P1)變大，則鼓風機軸功率消耗及煤氣溫升增高，故較少采用此法。

　?。?）出口節流。調節鼓風機出口的閥門開度，調節方法簡單，但經濟性差，適用于小功率機組的調節。

　　電動鼓風機如果用出入口開閉器進行調節時，應特別注意鼓風機電機電流的變化，一般操作電流不應小于電機額定電流的60%，以防止發生“飛動”現象。

　?。?） 交通管調節。當煤氣流量減少時，調節交通管的閥門開閉度，使一部分出口煤氣返回吸入口，以維持鼓風機的正常運行。交通管調節有“大循環”和“小循環”兩種方式。

　　當鼓風機能力較大，而輸送的煤氣量較小時，為保證鼓風機工作穩定，可用如圖3-6所示的小循環管來調節鼓風機的操作，按調節閥門的開度大小，使由鼓風機壓出的煤氣部分重新回到吸入管，這種方法稱為“小循環”調節。

　　當焦爐剛開工投產或因故大幅度延長結焦時間時煤氣發生量過少，低于“小循環”調的限度時，則易采用“大循環”調節方法。

　　如圖3-7所示，“大循環”調節就是通過“大循環”調節閥門將鼓風機壓出的部分煤氣經煤氣大循環管送到初冷器前的煤氣管道中，經過冷卻后，再回到鼓風機去。根據實際生產經驗獲知，當煤氣量為鼓風機額定能力的1/4~1/3時，就需采用煤氣“大循環”調節措施。顯然“大循環”調節方法可較好地解決煤氣溫升過高的問題，但同樣要增加鼓風機能量的消耗，同時會增加初冷器的負荷及冷卻水的用量。如果進入鼓風機的煤氣量過小時，經過風機多次循環后，鼓風機后煤氣溫度仍會發生升溫過高，這時應適當調整鼓風機煤氣出口開閉器開度，以防軸瓦損壞。

　　三、 羅茨式鼓風機

　　羅茨鼓風機有一鑄鐵外殼，殼內裝有兩個“8”字形的用鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉子，并將氣缸分成兩個工作室。兩個轉子裝在兩個互相平行的軸上，在這兩個軸上又各裝有一個互相咬合、大小相同的齒輪，當電動機經由皮帶輪帶動主軸轉子時，主軸上的齒輪又帶動了從動軸上的齒輪，所以兩個轉子做相對反向轉動，此時一個工作室吸入氣體，由轉子推入另一個工作室而將氣體壓出。每個轉子與機殼內壁及與另一個轉子表面均需緊密配合，其間隙一般為0.25~0.40mm。

　　第四節 煤氣中焦油霧的清除

　　一、煤氣中焦油霧的形成和清除目的

　　煤氣中的焦油霧是在煤氣冷卻過程中形成的?；拿簹庵兴褂驼魵?0~120g/m3，在初冷過程中，除有絕大部分冷凝下來形成焦油液體外，還會形成焦油霧，以內充煤氣的焦油氣泡狀態或極細小的焦油滴(φ1~17μm)存在于煤氣中。由于焦油霧滴又輕又小，其沉降速度小于煤氣運行速度，因而懸浮于煤氣中并被煤氣帶走。

　　初冷器后煤氣中焦油霧的含量一般為2~5g/m3(立管初冷器后)或1.0~2.5g/m3(橫管冷卻器后或直接冷卻塔后)。煤氣中焦油霧需較徹底地清除，否則對化產回收操作產生嚴重影響。

　　焦油霧在飽和器凝結下來，會使硫銨質量變壞，酸焦油增多，并可能使母液起泡沫，降低母液密度，而使煤氣有從飽和器滿流槽中沖出的危險；．焦油霧進入洗苯塔內，會使洗油質量變壞，影響粗苯的回收；當煤氣進行脫除硫化氫時，焦油霧會使脫硫塔脫硫效率降低，對水洗氨系統，焦油霧會造成煤氣脫萘效果差和洗氨塔的堵塞。因此，必須采用專門的設備予以清除，化產回收工藝要求煤氣中所含焦油量最好低于0.02g/m3。從焦油霧滴的大小及所要求的凈化程度來看，采用電捕焦油器最為經濟可靠。

　　二、電捕焦油器

　　1. 電捕焦油器的工作原理 根據板狀電容的物理原理，如在兩金屬板間維持很強的電場，使含有塵灰或霧滴的氣體通過其間，氣體分子發生電離，生成帶有正電荷或負電荷的離子，于是正離子向陰極移動，負離子向陽極移動。當電位差很高時，具有很大速度(超過臨界速度)和動能的離子和電子與中性分子碰撞而產生新的離子(即發生碰撞電離)，使兩極間大量氣體分子均發生電離作用。離子與霧滴的質點相遇而附于其上，使質點帶有電荷，即可被電極吸引而從氣體中除去。但金屬平板形成的是均勻電場，當電壓增大到超過絕緣電阻時，兩極之間便會產生火花放電，這不僅會引致電能損失，且能破壞凈化操作。

　　為了避免火花放電或發生電弧，應采用如圖3-9(a ) 、(b)、(c)所示的不均勻電場。圖中(a)為均勻電場;(b)為管式電捕焦油器所采用的不均勻電場，用金屬圓管和沿管中心安裝的拉緊導線作為正、負電極; (c)為環板式電捕焦油器采用的不均勻電場，是以同心圓環形金屬板和設置其間的金屬導線作為正負電極。

　　在不均勻電場中，當兩極間電位差增高時，電流強度并不發，生急劇的變化。這是因在導線附近的電場強度很大，導線附近的離子能以較大的速度運動，使被碰撞的煤氣分子離子化，而離導線中心較遠處，電場強度小，離子的速度和動能不能使相遇的分子離子化，因而絕緣電阻只在—導線附近電場強度最大處發生擊穿,即形成局部電離放電現象,這種現象稱為電暈現象,導線周圍產生電暈現象的空間稱為電暈區,導線既成為電暈極。

　　由于在電暈區內發生急劇的碰撞電離，形成了大量正、負離子。負離子的速度比正離子大(為正離子的1.37倍)，所以電暈極常取為負極，圓管或環形金屬板則取為正極，因而速度大的負離子即向管壁或金屬板移動，正離子則移向電暈極。在電暈區內存在兩種離子，而電暈區外只有負離子，因而在電捕焦油器的大部分空間內，焦油霧滴只能成為帶有負電荷的質點而向管壁或板壁移動。由于圓管或金屬板是接地的，荷電焦油質點到達管壁或板壁時，既放電而沉淀于板壁上，故正極也稱為沉淀極。

　　由于存在正離子的電暈區很小，且電暈區內正負離子有中和作用，所以電暈極上沉積的焦油量很少，絕大部分焦油霧均在沉淀極沉積下來。煤氣離子經在兩極放電后，則重新轉變成煤氣分子，從電捕焦油器中逸出。

　　初冷器后煤氣中絕大部分焦油是以焦油霧的狀態存在的，所以在電捕焦油器正常操作情況下，煤氣中焦油霧可被除去99％左右。

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焦化廠用羅茨風機抽煤氣的吸力控制：煉焦化學產品回收與加工 第一講 煤氣輸送系統和鼓風機 模塊三 第一講 煤氣輸送和鼓風機.ppt

　　在額定轉速的50—125%范圍內，離心鼓風機的Q—H特性曲線如圖3-4。由圖可見，隨轉速的降低，鼓風機的不穩定工作區范圍縮小，即使在煤氣輸送量很小情況下也不易產生“飛動”現象。 　　鼓風機允許的最大轉速值稱為額定轉速，鼓風機的運轉速度在一定范圍內，會出現工作不均衡，輸氣量波動，并發生振動等現象，該轉速稱為臨界轉速。 第一講 煤氣輸送和鼓風機 圖3-4　轉速變更時鼓風機的Q—H特性曲線 第一講 煤氣輸送和鼓風機 　　改變轉速適用于汽輪機和變速電動機驅動的鼓風機或安裝有液力偶合器的鼓風機。當用蒸汽透平機帶動鼓風機時，只要改變進入透平機的蒸汽量，即可改變透平機的轉速，亦即改變鼓風機的轉速；當用變頻電動機作原動機時，通過改變電動機的轉速，即可改變鼓風機轉速；液力偶合器是以液體為介質來傳遞功率的傳動裝置，通過改變液力偶合器工作腔內液體的充滿度，使原動機轉速不變的條件下，實現鼓風機的無級變速。調速液力偶合器功能：無級調速、過載保護、減緩沖擊、隔離振動、空載啟動、緩慢加速、高效傳動。 第一講 煤氣輸送和鼓風機 　?。?）進口節流。調節鼓風機吸入口的閥門開度時，鼓風機的特性曲線隨之改變。如圖3-5所示 ，當吸入開閉器的開度變小時，鼓風機的不穩定工作范圍隨之變小，鼓風機的輸送能力及總壓頭也均相應減小。此調節方法簡單，適用于固定轉速機組的調節，但由于鼓風機前吸力增大，會使壓縮比(P2/P1)變大，則鼓風機軸功率消耗及煤氣溫升增高，故較少采用此法。 第一講 煤氣輸送和鼓風機 圖3-5 　以吸力管開閉器調節時鼓風機的特性曲線 第一講 煤氣輸送和鼓風機 　?。?）出口節流。調節鼓風機出口的閥門開度，調節方法簡單，但經濟性差，適用 于小功率機組的調節。 電動鼓風機如果用出入口開閉器進行調節時，應特別注意鼓風機電機電流的變化，一般操作電流不應小于電機額定電流的60%，以防止發生“飛動”現象。 　　（4） 交通管調節。當煤氣流量減少時，調節交通管的閥門開閉度，使一部分出口煤氣返回吸入口，以維持鼓風機的正常運行。交通管調節有“大循環”和“小循環”兩種方式。 第一講 煤氣輸送和鼓風機 　　當鼓風機能力較大，而輸送的煤氣量較小時，為保證鼓風機工作穩定，可用如圖3-6所示的小循環管來調節鼓風機的操作，按調節閥門的開度大小，使由鼓風機壓出的煤氣部分重新回到吸入管，這種方法稱為“小循環”調節。 　　“小循環”調節方法很方便，但顯然鼓風機能量有一部分白白浪費在循環煤氣上。此外，因為有部分已被加熱升溫的煤氣返回鼓風機并經再次壓縮，因而煤氣溫升會更高。如：某廠用能力為1200m3/min的鼓風機抽送一座焦爐的煤氣發生量為28000m3/h時，采用鼓風機“小循環”調節，曾使煤氣升溫接近90℃，鼓風機軸瓦溫度近70℃，發生了軸瓦損壞事故。所以，“小循環”調節是很有限的。 第一講 煤氣輸送和鼓風機 第一講 煤氣輸送和鼓風機 　　當焦爐剛開工投產或因故大幅度延長結焦時間時煤氣發生量過少，低于“小循環”調的限度時，則易采用“大循環”調節方法。 　　如圖3-7所示，“大循環”調節就是通過“大循環”調節閥門將鼓風機壓出的部分煤氣經煤氣大循環管送到初冷器前的煤氣管道中，經過冷卻后，再回到鼓風機去。根據實際生產經驗獲知，當煤氣量為鼓風機額定能力的1/4~1/3時，就需采用煤氣“大循環”調節措施。顯然“大循環”調節方法可較好地解決煤氣溫升過高的問題，但同樣要增加鼓風機能量的消耗，同時會增加初冷器的負荷及冷卻水的用量。如果進入鼓風機的煤氣量過小時，經過風機多次循環后，鼓風機后煤氣溫度仍會發生升溫過高，這時應適當調整鼓風機煤氣出口開閉器開度，以防軸瓦損壞。 第一講 煤氣輸送和鼓風機 第一講 煤氣輸送和鼓風機 　　為了擴大離心式鼓風機的穩定工況范圍，上述調節方法可聯合使用。 　　為保證鼓風機的正常運轉，對冷凝液排出管應按時用蒸汽清掃，保證冷凝液及焦油及時排出。 　　 三、 羅茨式鼓風機 　　1.羅茨鼓風機的構造 　　羅茨鼓風機是利用轉子轉動時的容積變化來吸入和排出煤氣，用電動機驅動。其構造見圖3-8。 第一講 煤氣輸送和鼓風機 第一講 煤氣輸送和鼓風機 　　羅茨鼓風機有一鑄鐵外殼，殼內裝有兩個“8”字形的用鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉子，并將氣缸分成兩個工作室。兩個轉子裝在兩個互相平行的軸上，在這兩個軸上又各裝有一個互相咬合、大小相同的齒輪，當電動機經由皮帶輪帶動主軸轉子時，主軸上的齒輪又帶動了從動軸上的齒輪，所以兩個轉子做相對反向轉動，此時一個工作室吸入氣體，由轉子推入另一個工作室而將氣體壓出。每個轉子與機殼內壁及與另一個轉子表面均需緊密配合，其間隙一般為0.25~0.40mm。 第一講 煤氣輸送和鼓風機 間隙過大即有一定數量的

焦化廠用羅茨風機抽煤氣的吸力控制：羅茨鼓風機

　　我司（無錫羅茨鼓風機廠）是主要從事于生產L系列羅茨鼓風機的專業廠，生產羅茨鼓風機已有30多年歷史，今天就來說如何對高壓鼓風機進行變頻改造。

　　本文對焦爐煤氣加壓控制系統進行了分析，在焦爐煤氣加壓機控制系統中運用變頻調速技術對其進行改造，從而實現煤氣加壓機運轉的自動調節，有效的穩定了焦爐煤氣母管壓力，保證安全運行，并且達到節約能源的效果。解決了兩臺鼓風機并列運行，靠調節回流閥無法實現壓力恒定這個始終困擾焦爐生產的難題。

　　關鍵詞：焦爐煤氣鼓風機、高壓變頻器、壓力PID閉環控制、鼓風機無擾切換

　　一、前言

　　天鐵冶金集團有限公司焦化廠現有58型焦爐兩座和JN43-80型焦爐一座，以及配套的備煤、煤氣；凈化、輔助化工原料回收、污水處理等一套完善的生產系統，年產焦炭112萬噸，焦爐煤氣5億立方米，焦油45000噸，粗苯13000噸，硫酸銨15000噸，以及日處理污水2400噸的能力。

　　隨著焦炭產量提高，煤氣收集壓力增大，原抽氣鼓風機一運兩備的運行方式在夏季高溫天氣情況下已不能滿足生產要求，主要原因是煤氣壓力增大、溫度增高，若不能及時排出將可能發生爆炸。焦爐生產工藝中，集氣管煤氣壓力的控制效果將直接影響焦爐的生產。如果爐內壓力過高，會導致焦爐冒黑煙，煤氣外泄，嚴重污染環境，給現場工人的工作和健康造成極大影響和危害；如果爐內壓力過低，炭化室將出現負壓操作，會吸入大量空氣，浪費大量的煤氣，嚴重影響焦炭和煤氣的產量和質量，并且長期負壓操作將會影響焦爐的正常生產及壽命。

　　如果要鼓風機實施兩運一備運行方式，通過調整回流閥（也稱小循環閥）的開度來調節煤氣總管壓力，由于鼓風機前后壓差較大，使得調節閥輕微動作，總管壓力就會發生劇烈波動，超過工藝容許范圍。因此會引起回爐煤氣壓力及外網用戶煤氣量均發生劇變，造成焦爐煤氣量不足或外網用戶不能正常生產，并且煤氣回流造成能量浪費。通過多方調研，焦化廠的技術人員提出使用變頻調速來改變鼓風機轉速，從而調節集氣管的壓力方案。

　　高壓變頻器的產業化在80年代中期才開始形成，但隨著大功率電力電子器件的迅速發展和巨大的市場推動力，高壓變頻器十多年來的發展非常迅速，使用器件已經從SCR、GTR、GTO發展到IGBT、IECT、IGCT（SGCT）等，功率范圍從幾百kW到幾十MW，技術已經成熟，可靠性得到保證，應用越來越廣。天鐵冶金集團有限公司焦化廠在考察對比了國內外多家高壓變頻器生產廠家后,決定選用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A系列高壓變頻器。HARSVERT-A系列高壓變頻器性能穩定,可靠性高,并且已在電力、冶金、石化、市政供水、水泥等多個領域成功應用，得到了用戶的普遍認可和市場的長久考驗。

　　二、系統方案設計

　　1.系統電氣設計

　　天鐵集團焦化廠有三臺D1350-1.237/0.887煤氣鼓風機，平時采用一運兩備方式，夏季才用兩運一備方式。根據實際工況要求設計主回路電氣結構圖，選用HARSVERT-A型高壓變頻器一拖一和一拖二成功方案。

　　1.1電氣主回路原理

　　以1#鼓風機為例說明，工作原理是由3個真空接觸器KM11、KM12、KM13以及2個高壓隔離開關QS11、QS12組成（見圖一），其中KM11、KM12、KM13為高壓真空接觸器，用于變頻和工頻的電動切換。QS11和QS12為高壓隔離開關，一般情況下處于合閘狀態，僅在變頻器檢修時拉開，用于電機工頻運行情況下對變頻器進行安全檢修。3#、4#風機的主回路工作原理也類似。

　　特點：

　　1）可以實現工/變頻自動切換功能。在變頻器出現嚴重故障時，系統能夠自動切入工頻電網中，斷開變頻器時，負載不用停機，滿足現場不能停機要求。

　　2）易實現一運兩備和兩運一備運行方式。即一臺變頻運行，一臺變頻備用，一臺工頻備用；兩臺變頻運行，一臺工頻備用。

　　1.2HARSVERT-A高壓變頻器采用單元串聯多電平電壓源型拓樸方式

　　其優點是采用輸入多重化設計，高次諧波含量非常小，輸出采用單元模塊串聯，使得諧波含量極低，在無輸出濾波器的情況下，可使THD<0.3％，堪稱“完善無諧波”高壓變頻器；極低的轉矩紋波和電機噪聲；功率因數可達0.95；對電機絕緣無損害，電纜長度無限制；便于冗余設計。中文操作界面便于維修。

　　2.自動化網路設計

　　控制系統由主控PLC、旁路柜控制PLC、高壓變頻器、上位機組成。其中主控系統采用西門子S7-300PLC、旁路柜內置西門子S7-200-PLC、上位機監控選用組態王軟件。通訊網路在底層采用Profibus DP總線，主控PLC和上位機監控系統采用以太網通訊。西門子S7-300PLC作為整個系統的控制核心，處理人機界面對系統的各種請求，對整個系統的參數進行監控，實現對集氣管壓力的PID調節，維持管網的壓力恒定。自動旁路柜集成有S7-200PLC,完成變頻工頻切換功能。上位機系統采用用戶熟悉的組態王監控軟件，與PLC的連接采用以太網方式。考慮現場工況，對安全性、可靠性、穩定性要求都很高，我們現場控制級采用Profibus DP總線連接，監控操作級采用Ethernet方案，接入焦化廠局域網主服務器系統，實現遠程監視。配置上：西門子S7-200配置EM277 Profibus 總線模塊，S7-300選用315-2 DP,并配置CP341-1T 以太網模塊，PLC集成的DP接口用于連接S7-200，以太網模塊CP343-1T用于和上位機的以太網連接。

　　控制網絡具有如下特點：良好的穩定性、擴展性、軟硬件的開放性以及友好的人機界面，上位機按冗余控制配置等優點。

　　系統網絡圖

　　3.軟件設計

　　上位機系統選用亞控公司生產的組態王軟件。該軟件具有友好的人機界面，支持以太網絡。可以很方便的實現遠程監視等功能。報表、報警功能強大，支持OPC，支持多種型號的PLC通訊。

　　軟件設計過程中，由于上位機的程序組態王不直接支持西門子的以太網通訊協議，因此需要利用OPC Server來作為過渡。這樣也使得局域網上的機器可以方便調用該機的參數，便于遠程監視。

　　S7-300 PLC采用Step 7軟件編程。軟件采用模塊化編程方式，把系統的各個工作編成一個個功能塊，在一個OB中調用，方便易用，便于用戶理解修改。支持梯形圖、語句表。采用一些容錯程序設計，加強系統的穩定性。

　　4.主要控制設計

　　4.1 油路冷卻系統自啟控制

　　每次鼓風機啟動前先啟動液壓油泵，讓油流入升速器中，冷卻摩擦產生熱量，否則鼓風機不能啟動。在運行中如果主油泵壓力達不到要求，輔助油泵自動啟動，并能根據油溫自動加熱。并對油路的堵塞情況、不同點的油溫檢測。

　　4.2 鼓風機變頻、工頻自動切換控制

　　一臺鼓風機變頻運行，當變頻器故障跳閘時，系統會自動切換工頻運行，同時，小循環回流閥立即打開，機前煤氣壓力控制靠調節的小循環閥開度來實現。為了減小機前壓力無擾動切換，小循環開度初始值設為50%。

　　4.3 兩臺鼓風機無擾動切換控制

　　當1#鼓風機變頻運行，要停機檢修變頻器或風機時，投入3#鼓風機。操作先用2#變頻器啟動3#鼓風機，同時停 1#變頻器。由于機前壓力實現PID閉環控制，使得1#變頻按照設定的減速時間，平滑停車，進口閥門流量緩慢減小。相反，3#鼓風機按照設定加速時間，轉速平滑上升，進口閥門流量緩慢增加。這樣保證機前集氣母管壓力恒定，實現兩臺鼓風機無擾動切換，解決原控制系統下兩臺鼓風機切換時產生的系統管網壓力發生劇烈波動的問題。（詳見系統流程圖）

　　4.4 機前壓力PID閉環控制

　　對于壓力、流量等被調參數來說，對象調節通道時間常數T0較小，而負荷又變化較快，這時微分作用和積分作用都要引起振蕩，對調節質量影響很大，故不采用微分調節規律。因此，焦爐煤氣壓力自動調節控制、小循環閥自動調節都采用PI調節。P值越大，比例調節作用越強，I值越小，積分作用越強

　　4.5 壓力傳感器掉線控制

　　對于一些可靠性要求非常高的控制系統，被控對象提出多點采集的理論，因此在機前母管上取兩個壓力采集點。把這兩點的壓力值送入PLC S7-300中比較，如果差值大于某個值，就認為壓力值小的傳感器故障。這樣保證采集壓力值的準確性，從而保證系統可靠性。

　　4.6 緊急故障預案措施

　　鼓風變頻控制系統在主控室設計有緊急操作箱。在控制系統癱瘓情況下，操作轉換開關，通過硬連接線斷開變頻器上下接觸器，甩開變頻直接工頻啟動，小循環系統自動倒入原來老控制系統，以防止事故擴大。例如：Profibus總線電纜故障了，鼓風機處于失控狀態，機前壓力靠風機慣性緩慢減小，這時控制系統會發出聲光告警，報通訊故障，需要人工迅速干預切換為老控制方式下。

　　4.7 兩臺上位機監控系統熱冗余控制

　　兩臺上位機同時監控整個系統，當主上位機A故障退出時，從上位機B仍然能實時監控系統，這樣保證系統的安全性、可靠性。

　　三、結束語

　　用高壓變頻器控制鼓風機，實現鼓風機機前集氣母管的壓力恒定控制，大大改善了焦爐生產及現場環境，完全達到了生產工藝要求。PLC控制技術、PROFIBUS總線技術和高壓變頻技術的完美結合，使得集成自動化程度高，運行穩定，操作簡單，節能高效明顯等優點。解決了兩臺鼓風機并列運行靠調節回流閥無法實現壓力恒定和相互無擾動切換，這個始終困擾焦爐生產的難題。

　　焦爐鼓風機高壓變頻器控制系統的成功應用，對于改善環境、提高煤氣回收量和質量，都具有很高的經濟價值，值得推廣。

　　好了，今天的如何對高壓鼓風機進行變頻改造分析就到這里，想了解我司更多關于L系列羅茨鼓風機的信息請聯系我們。

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