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1、炼焦炉燃烧废气的横向含氧量检测装置的制作方法专利名称：炼焦炉燃烧废气的横向含氧量检测装置的制作方法技术领域：本实用新型涉及炼焦工业生产过程中的自动检测技术，特别是一种用于检测炼焦炉中 燃烧废气的横向含氧量的检测装置。背景技术：炼焦工业生产过程，从工序上可分为备煤、焦炉、化产三个阶段。其中，焦炉的生产 过程具有非线性、强干扰、大滞后的特点，导致一些新的自动控制方法无法运用，可以说，检测技术落后阻碍了炼焦工业自动化水平的提高。在炼焦炉的生产过程控制中，首先要保 证燃烧室的温度，其次要降低能耗。保证燃烧室的温度即是控制通入燃烧室的煤气流量和 空气流量并使煤气充分燃烧，而降低能耗即是优化煤气流量和空气
2、流量。现在，行业内普 遍使用煤气燃烧完后的废气中的含氧量来衡量燃烧是否充分，判断参与燃烧的煤气和空气 的配比是否合适。在炼焦炉的生产过程中，需要对每个换向周期的燃烧废气含氧量进行实时检测，以便 判断燃烧状况的好坏从而对煤气流量和空气流量进行调节。现在， 一种最普遍的检测炼焦 炉燃烧废气含氧量的方法是在机侧、焦侧分烟道处分别安装一台氧化锆氧量分析仪用以实 时检测分烟道中的废气含氧量。由于这种方法在一座炼焦炉中仅使用两台氧化锆氧量分析 仪，所以投资成本较低。然而， 一座炼焦炉包括多个燃烧室，煤气和空气在燃烧室燃烧变成高温废气，依次经 蓄热室、分烟道到达烟囱，最终排到大气中。从多个蓄热室出来的燃烧废
3、气均到达分烟道 并在这里混和，所以，在分烟道中安装氧化锆氧量分析仪所检测到的是各燃烧室燃烧废气 混和后的含氧量，即全部燃烧废气含氧量的平均值，这种方法不能获得各燃烧室废气含氧 量。而在实际生产中正是参考机侧、焦侧分烟道含氧量的高低，来调节煤气流量和空气流 量的配比，从这个层面上来说，此时对煤气流量和空气流量的调节完成的是一种纵向调节， 即对进入全部燃烧室的煤气和空气量的整体加或减。这里把分烟道中的燃烧废气含氧量检 测称作纵向检测，而把各燃烧室中燃烧废气含氧量检测称作横向检测。然而， 一座炼焦炉 的各个燃烧室的工况差异较大，即使在相邻的燃烧室中通入相同流量的煤气和空气也不能保证产生相同的燃烧状况
4、和燃烧温度。所以，仅仅根据分烟道废气含氧量来判断整个炼焦 炉的燃烧状况并调节煤气流量和空气流量是不充分的，虽然能使得分烟道废气含氧量处在 正常范围内，但整个炼焦炉的燃烧状况可能很差，此时各个燃烧室的燃烧状况参差不齐， 有的燃烧室燃烧过剩，有的燃烧室燃烧不足，这就造成了能量的损失。为了克服这个缺陷，作为燃烧废气含氧量检测手段的补充，炼焦行业中还普遍设置了 一个化验员岗位，使用奥氏气体分析仪人工检测各燃烧室的废气含氧量。虽然设置的化验 员岗位可对各燃烧室废气含氧量人工测量，然而，这种人工检测方法一天之内只能检测一 个燃烧室的废气含氧量，对于一座42孔的炼焦炉来说，检测完所有燃烧室就需要一个半月 的
5、时间。这种人工检测方法不仅检测精度低，而且检测周期长，对炼焦炉的生产控制没有 太大作用。实用新型内容本实用新型针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种炼焦炉燃烧废气的横向含氧 量检测装置，该装置能够检测炼焦炉的各燃烧室中的废气含氧量，实现整个炼焦炉的蓄热 室废气含氧量的横向检测。本实用新型的技术方案如下一种炼焦炉燃烧废气的横向含氧量检测装置，其特征在于，包括若干个取样管及取样 管电磁阀、还包括真空总管、三通管、氧化锆氧量分析仪、真空发生器、压縮空气电磁阀 和工业控制器，所述各取样管的一端分别与各空气蓄热室小烟道的测温孔相连通，各取样 管的另一端均通过取样管电磁阀与真空总管相连，所述真空总管与三
6、通管的一端相连，所 述三通管的另外两端分别连接氧化锆氧量分析仪的氧化锆探头和真空发生器的真空口，所 述真空发生器的气源口的气源管上设置有压縮空气电磁阀，所述取样管电磁阀、压縮空气 电磁阀、氧化锆氧量分析仪的氧化锆转换器均连接工业控制器。在三通管处还设置有绝对压力传感器和温度变送器，绝对压力传感器和温度变送器均 连接工业控制器，所述绝对压力传感器检测三通管内的燃烧废气的实时绝对压力，所述温 度变送器检测三通管内的实时温度。所述真空总管采用夹套管结构。所述取样管的一端与空气蓄热室小烟道的测温孔的连通处套有锥形铸铁塞。所述取样管的一端通过空气蓄热室小烟道的测温孔至少插入到空气蓄热室的中部。所述三通管
7、为碳钢三通管。所述各取样管和三通管分别与真空总管的连接处之间的距离为227米。本实用新型的技术效果如下.-本实用新型提供了一种炼焦炉燃烧废气的横向含氧量检测装置，该装置中的各取样管 的一端分别与各空气蓄热室小烟道的测温孔相连通，各取样管的另一端均通过取样管电磁 阀与真空总管相连，真空总管与三通管的一端相连，三通管的另外两端分别连接氧化锆氧 量分析仪的氧化锆探头和真空发生器的真空口 ，真空发生器的气源口的气源管上设置有压 縮空气电磁阀，真空发生器作为动力元件，利用压縮空气提供动能在管路中产生一个负压， 因真空发生器、三通管、真空总管以及取样管组成了密闭的空间，可将真空总管和该取样 管中的废气抽出
8、来，当压縮空气电磁阀和某取样管电磁阀打开时，能够把空气蓄热室小烟 道中的燃烧废气抽出来，形成连续、稳定的气流，最终流经氧化锆氧量分析仪的氧化锆探 头，该氧化锆探头可检测该燃烧废气中所含氧的浓度，并通过氧化锆转换器将该含氧浓度 转换成标准信号送给工业控制器。设置各取样管的一端分别与各空气蓄热室小烟道的测温 孔相连通，将空气蓄热室小烟道作为取样点，而没有将取样管设置在各个燃烧室顶部，即 在炉顶区安装取样管，虽然在炉顶区取样更直接，但炉顶区环境恶劣、废气温度高、有碍 炉顶区生产操作，所以取样点选择在了废气温度更低、环境更好的空气蓄热室小烟道处。 该装置能够检测炼焦炉的各燃烧室中的废气含氧量，实现整个
9、炼焦炉的蓄热室废气含氧量 的横向检测，能够依据检测到的各燃烧室的废气含氧量单独调节各燃烧室的煤气流量和空 气流量，同时本装置在完成横向检测后，还能够通过对各蓄热室废气含氧量检测值取平均 值实现纵向检测，而无需在机侧、焦侧分烟道处分别安装一台氧化锆氧量分析仪，能保证 很低的运行成本和维护量。此外，通过工业控制器控制取样管电磁阀和压縮空气电磁阀的 开启与关闭，使得该装置能够自动运行，完成自动在线检测，能够显示实时含氧量数据， 也可对这些数据进行进一步分析。在三通管处还设置有绝对压力传感器和温度变送器，绝对压力传感器检测三通管内所 抽出的燃烧废气的实时绝对压力，温度变送器检测三通管内的实时温度。燃烧
10、废气中的含 氧量与其密度成正比，而密度又与燃烧废气的绝对压力成正比，与温度成反比，工业控制 器通过记录各蓄热室的燃烧废气的含氧量数值，并读取来自绝对压力传感器的实时绝对压 力信号，和温度变送器的实时温度信号对废气含氧量进行补偿计算，使得检测出的各蓄热 室燃烧废气含氧量均被换算到标准状况下的含氧量。为了避免从空气蓄热室小烟道抽出的废气温度在流动过程中不致降低过多，真空总管 采用了夹套管结构，从取样管抽出的燃烧废气在夹套管的内管流动，而用于加热的水蒸汽在夹套管的套管流动，使得燃烧废气在流动过程中仍保证一定的温度，避免了燃烧废气中的水分和焦油等因温度降低而冷凝和析出。图1为本实用新型一种优选的炼焦炉
11、燃烧废气的横向含氧量检测装置的结构框图； 图2为本实用新型另一种优选的炼焦炉燃烧废气的横向含氧量检测装置的结构框图； 图3为图1所示的炼焦炉燃烧废气的横向含氧量检测装置检测到的燃烧废气含氧量的 横向数据。图中各标号列示如下1、取样管，2、取样管电磁阔，3、真空总管，4、三通管，5、真空发生器，6、氧化 锆探头，7、氧化锆转换器，8、压縮空气电磁阀，9、 PLC控制器，10、空气蓄热室小烟道， 11、绝对压力传感器，12、温度变送器，13、燃烧室，14、煤气蓄热室，15、空气蓄热室， 16、压縮空气，17、疏水阀，18、计算机。具体实施方式以下结合附图对本实用新型进行说明，该实施例中炼焦炉为42
12、孔炼焦炉，具有43个 燃烧室和44个蓄热室，每个蓄热室均包括煤气蓄热室和空气蓄热室两部分，图l为本实用 新型一种优选的炼焦炉燃烧废气的横向含氧量检测装置的结构框图，该装置包括44个取样 管1及44个相应的取样管电磁阀2、还包括真空总管3、三通管4、氧化锆氧量分析仪、真 空发生器5、压縮空气电磁阀8、工业控制器、绝对压力传感器11、温度变送器12，其中 氧化锆氧量分析仪包括氧化锆探头6和氧化锆转换器7，工业控制器选择PLC控制器9，各 取样管1的一端分别与各空气蓄热室小烟道10的测温孔相连通，各取样管1的另一端均通 过取样管电磁阀2与真空总管3相连，真空总管3与三通管4的一端相连，三通管可以为
13、碳钢三通管，该三通管4的另外两端分别连接氧化锆氧量分析仪的氧化锆探头6和真空发 生器5的真空口，真空发生器5的排气口通过管道排放至分烟道，真空发生器5的气源口 的气源管上设置有压縮空气电磁阀8，通过该压縮空气电磁阀8与外供的压縮空气16相通， 取样管电磁阀2、压縮空气电磁阀8、氧化锆氧量分析仪的氧化锆转换器7均连接PLC控制 器9，在三通管4处还设置有绝对压力传感器11和温度变送器12，绝对压力传感器11和 温度变送器12均连接PLC控制器9,绝对压力传感器11检测三通管4内的燃烧废气的实 时绝对压力，温度变送器12检测三通管4内的实时温度。为了避免从空气蓄热室小烟道抽出的废气温度在流动过程中
14、不致降低过多，真空总管36采用了夹套管结构，夹套管的结构是内管走工艺介质，外管套在内管上，内管和外管之间 有一定的空间用来走提供热量的流体，即内管走废气，套管走水蒸汽，水蒸汽在夹套管的 套管一端进入，从另一端排出，水蒸汽在夹套管上的出口处安装有疏水阀17，疏水阀可自 动打开、关闭，以排出疏水阀中阀腔内的冷凝水，使得夹套管的套管中的水蒸气保持流动 状态，这样，既能保证夹套管的温度又能减少水蒸汽的直接排放带来的损失。从取样管抽 出的燃烧废气在内管流动，而用于保温的水蒸汽在套管流动，使得燃烧废气在流动过程中 仍保证一定的温度，避免了燃烧废气中的水分和焦油等因温度降低而冷凝和析出。由于蓄热室中的温度在
15、ioocrc以上，为保证取样管i与空气蓄热室小烟道io的安全性 和密闭性，可设置该取样管i为耐高温取样管，其管径与空气蓄热室小烟道io的测温孔匹 配，并在取样管i与空气蓄热室小烟道io的测温孔的连通处套有锥形铸铁塞，该铸铁塞可 耐高温、密封性好。同时为提高对蓄热室中的废气取样的效率，可将取样管i通过空气蓄 热室小烟道io的测温孔至少插入到空气蓄热室的中部。标号13为燃烧室，其中的1#、 2#.分别代表1号燃烧室、2号燃烧室.；蓄热室中的1#、 2#.分别代表1号蓄热室、2号蓄热室.，每个蓄热室包括煤气蓄热室14和空气蓄热室15，当前时刻，假设炼焦炉的单号蓄热室是下降气流，即1号燃烧室的双号立
16、火道有燃烧废气下降，1号燃烧室的单号立火道有煤气燃烧上升，2号燃烧室的双号立火道 有煤气燃烧上升，2号燃烧室的单号立火道有燃烧废气下降，3号燃烧室的双号立火道有燃 烧废气下降，3号燃烧室的单号立火道又煤气燃烧上升，依次类推，则与本检测装置相连的 44个蓄热室中的单号蓄热室，即1号、3号、5号等蓄热室是下降气流，本装置将依次自动 检测1号、3号、5号等蓄热室的废气含氧量。空气蓄热室小烟道10中的燃烧废气来自与当前蓄热室同号的燃烧室和前一个号的燃烧 室的燃烧废气，如2号空气蓄热室小烟道中的燃烧废气来自2号燃烧室和1号燃烧室的燃 烧废气。如果在当次交换周期内检测到燃烧废气含氧量异常，说明当前蓄热室上部的两个 燃烧室的其中一个或两个其废气含氧量异常，此时，可根据在下一个换向周期内检测到的 相邻两个蓄热室的燃烧废气含氧量是否异常来判断出是哪个燃烧室的燃烧废气含氧量出现 了异常。检测精度、实时性大大提高。单号蓄热室
