沥青焦生产的检测和自动控制

（1）工艺概述。沥青焦与普通焦炭相比，沥青焦含碳高，灰及硫含量低，强度亦较好，多作为生产人造石墨，电解铝用阳极糊以及石墨电极等炭素制品的原料。炼制沥青焦可在硅砖沥青焦炉中进行，也可采用延迟焦化法。在焦炉中生产沥青焦时，入炉料可以是固体中温沥青，也可以是液体中温沥青或液体高温沥青（软化点为135～150℃）。由于在焦炉中炼制沥青焦时劳动条件很差，这种炼制沥青焦方法已逐渐为延迟焦化法所代替。

现代沥青焦制造装置包括延迟焦化和媛烧两部分。首先以延迟焦化法制成延迟焦，然后将延迟焦锻烧成沥青焦。延迟焦化法是把沥青加热和结焦分别在不同设备中先后进行。即把软沥青在管式炉内快速加热到反应温度后，立即送入焦化塔，利用其本身显热，使沥青裂解和缩合，生成沥青延迟焦。沥青延迟焦化所用的原料为软沥青!可直接由煤焦油蒸馏得到，称为直馏软沥青，也可用中温沥青和适量的脱晶蒽油以及延迟焦化自身所产的焦化轻油配制得到。

图1  沥青延迟焦化工艺流程图

沥青延迟焦化的工艺流程见图1，预热至270℃左右的软沥青进入馏分塔的上口或下口（视软沥青的软化点而定），与来自焦化塔的高温油气换热，油气的重组分冷凝下来成为循环油，循环油和软沥青一起用泵从馏分塔塔底抽出，送入管式炉加热。为了避免结焦，向管内注入高压水蒸气，加热到498～502℃左右的高温软沥青和循环油，经四通阀由底部进入焦化塔，在0.22～0.26MPa（表压）下热解聚合，生成焦炭和油气。进料（共24h）完毕后向焦化塔通蒸汽吹扫，然后通水冷却。最后打开焦化塔顶盖和底盖，通过出焦装置用13.72MPa的高压水将沥青焦切割破碎，焦块与水一起排入焦坑。焦化塔为两座，48h一个周期，交替使用。从焦化塔顶部出来的高温油气进入馏分塔底部，与原料软沥青换热后，未被冷凝的油气上升，在塔中分馏为焦化重油和焦化轻油，分别由塔的侧线采出，塔顶逸出的焦化煤气并入焦化厂煤气管网。循环油与进馏分塔的软沥青之比称为循环比。循环比增大，则延迟焦产率增加，焦化重油产率降低，焦化轻油和气体产率基本不变。循环比可用进塔软沥青温度来调节。一般循环比控制在0.84左右。

（2）主要检测及自动控制。

1）馏分塔自动控制系统。如图2所示，馏分塔分为两部分，以21层盲塔板为界，上部是分馏段，下部是换热闪蒸段。在21层塔板以下的换热闪蒸段，设有塔底液位和塔底抽出混合油温度两项自动控制系统。

图2  馏分塔检测及自动控制系统

保持塔底液位稳定，对稳定馏分塔的操作起着重要作用。由于软沥青进料量的变化是引起液位波动的主要干扰因素之一，故采用了液位与流量串级控制系统，以塔底液位LICA-4105作为主环，软沥青进入量FRC-4109作为副环。

为了使加热炉的温度少受干扰，自动控制馏分塔底抽出进入加热炉的混合油（主要是软沥青）的温度，温度控制在311～320℃。温度升高时，开大软沥青预热器旁路管上循环重油调节阀，使进入预热器的热油量减少，进塔的软沥青原料温度降低，塔底温度随之降低，使塔底抽出的混合油温度恢复正常。

在21层塔板以上的分馏段，设有第2，第14，及21层塔板气相温度，21层塔板重油液位及气相压力与7层塔板轻油抽出量等六项自动控制系统。

为了提高产品质量在第2层塔板设温度与轻油回流量串级控制系统。第2层塔板温度TRC-4102为主环，轻油回流量FRC-4113为副环。通过控制轻油回流量，可使塔顶温度稳定在172℃左右。为了进一步把重油的组分从轻油中分离出去，设TRC-4103第14层塔板温度控制系统,用控制重油回流量来保持14层塔板的温度稳定。从焦化塔产生的460℃的未凝油气也进入塔底部，不能被分馏的未凝油气从塔顶排出。为了使沥青组分不进入重油和轻油，设置了第21层塔板温度控制系统TRC-4101，用控制重油回流量来保持21层塔板温度稳定。21层塔板的重油液位控制系统LIC-4103，起到控制重油抽出量的作用。生成的重油增加时，抽出量也随着增加。

馏分塔塔压的控制是靠控制回流槽放出的不凝气量来实现的。压力控制系统PRC-4104采用分层控制，即正常时调节阀A工作，不凝气排往净化车间煤气管道。如阀A已达到全开，但塔压仍然偏高超过规定值时，调节器使阀B开启，把不凝气排往火炬塔烧掉。

馏分塔轻油抽出量的控制，流量检测装置及调节阀都装在从第7层塔板抽出经冷却器和泵后的轻油管道上。

2）管式加热炉检测及自动控制系统（图3）。管式加热炉的物料是从馏分塔底部抽出的311～320℃的混合油（主要是软沥青），经管式加热炉加热至493℃送至焦化塔。管式加热炉的燃料为焦炉煤气，用压缩机加压，经调压槽后送入管式加热炉的燃烧器。

图3  管式加热炉检测及自动控制系统

管式加热炉的控制有炉出口沥青温度与焦炉煤气流量的串级控制，焦炉煤气压力控制，由馏分塔底抽出送至管式加热炉的混合油流量控制等三项自动控制系统。从馏分塔底抽送来的311～390℃的混合油，在管式加热炉内要加热到493℃，热负荷是很大的，而且要求出

口温度波动很小。如果煤气压力（流量）和热值稍有变化，就会引起炉出口温度的显著变化，用单回路控制难以满足控制要求。所以，为了改善调节质量，采用炉出口温度TRC-4101作为主环，流量FRQC-4102作为副环的温度与流量串级控制系统。在控制系统中引入了煤气流量作为副参数，这样可以克服炉出口温度单回路控制存在的滞后的缺点。由于炉出口温度要求严格，为了减少温度波动，设置进入加热炉煤气压力PICA-4152的自动稳压系统。用加压机旁路管上调节阀控制进入加热炉的煤气使压力保持稳定。为了使加热炉的负荷稳定，有助于炉出口温度的稳定，自馏分塔抽出送入加热炉的混合油量，采用了FRCA-4101流量控制系统，使加热炉进料稳定。

3）延迟焦处理系统检测及自动控制。如图4所示，焦化塔连续进料24h后，切换四通阀，停止进料，接着就对塔内进行吹蒸汽，通水冷，水力出焦，预热试压等处理工序。为保证延迟焦的质量，这些工序都需要按要求顺序控制，为此，检测及自动控制包括：

图4  延迟焦处理流程图

吹气顺序控制  切换四通阀停止进料后，焦化塔内绝大部分油已结成焦，但还有一部分油留在塔内，向塔内吹气的目的就是把这部分油吹出，提高延迟焦质量，同时也开始冷却焦化塔，使塔内温度降低10～15℃，为下步的水冷创造条件。开始吹气时，吹流量要少，吹出的大量油气和蒸汽一起继续进入分馏塔。吹汽约80min后，逐步增大蒸汽量，这时吹出的

油气则切换入排污塔。其吹气程序（包括时间及蒸流量）见图5。

图5  吹风顺序

水冷顺序控制  如图6所示停止吹气后，焦化塔内温度约400℃，用冷却水泵从塔底部向焦化塔内注水，水冷操作必须缓慢，这就必须如图6所示进行程序控制，给水量是随着时间延长而逐步增加的，这可以避免通水之初引起塔底热度变化过大，避免使塔体产生较大的应力变形。当焦化塔内水面达到焦层之上时，停止供水，待塔内水静置一定时间后。就把水放排入焦坑。然后，又用冷却水泵送水进行第二次冷却，当水面再次超过焦层时，停止供水，静置后将水放出排入焦坑。放水的最终温度为50℃左右。送水冷却及放水时间共约7h。水冷却过程中蒸发的水气导入排污塔。

图6  水冷顺序

卸顶盖及底盖   水冷却后把焦化塔顶盖和底盖卸下，并用吊车移开。顶盖及底盖卸完后，用高压水泵通过出焦装置进行水力出焦。水力出焦操作分为钻孔和切割两个步骤。首先用钻孔机具注入高压水径直向下喷射焦层中心，钻成直径约1.5mm的孔，然后再换上切割机具，使高压水沿孔道横向喷射出，将焦切割破碎。钻孔和切割时机具从上向下移动，焦与水不断地排入焦坑。为了安全操作，必须设置联锁，如焦化塔顶盖和底盖未卸下时，不能进行水力出焦操作，钻孔机未到位时，不能开高压水等，此外，为省力与避免误操作，水力出焦的各个操作的顺序控制也是必要的。

其他检测和自动控制，包括清水槽，澄清器，泥浆槽坑等液位检测，焦化塔的温度，压力等检测和控制。

4）锻烧过程检测及自动控制。锻烧工序是将延迟焦经回转窑高温处理，驱走其挥发分和水分，最终制成沥青焦产品。煅烧系统包括原料准备，锻烧，余热回收及成品焦处理等工序。

原料准备的检测及自动控制  原料准备的内容主要是将延迟焦进行脱水，破碎筛分成适于锻烧的块度以及向回转窑连续均匀地定量供料。工艺过程见图7。延迟焦化系统焦坑内初步分离水后的延迟焦，用桥式吊车装入锻烧系统的延迟焦料斗。料斗上部有格筛，将延迟焦分为大于125mm和小于125mm的焦块。125mm以上的焦块，从倾斜设置的格筛上面滑下去落回焦坑，125mm以下的焦块通过筛下，经1～5号胶带输送机送进脱水槽。其中4号和5号胶带输送机是可逆的，能把延迟焦送到任何一个脱水槽，这个操作可在中控室进行控制。

图7  原料准备工艺流程

1～14--胶带输送机；15--延迟焦料斗；16A,16B,16C--脱水槽；17--贮焦料斗；18--1号筛分机；

19--破碎机；20--2号筛分机；21A，21B--延迟焦槽；22--4号定量给料机；23--2号定量给料机

原料准备的检测及自动控制主要有：各胶带输送机起停联锁及顺序控制，定量给料机的控制（切出量控制），上料及放料控制，各料槽的料位检测及越限报警以及状态监控等。

回转窑的检测及自动控制   延迟焦（生焦）通常在回转窑内进行锻烧。锻烧的作用为：驱除生焦中的挥发分，提高含碳量，提高了密度和强度，提高了焦的导电性以及脱除水分。图8列出了回转窑工艺过程，经过粗细料称量和配合后的延迟焦由胶带机送入装料斗。再通过回转阀及装窑管而连续进入回转窑。回转窑有5.2%的倾斜率，在窑旋转的同时，窑内焦炭就缓慢地由进口部位向出口部位移动。

图8  回转窑缎烧工艺流程

1--装料斗；2--集尘室；3--焦粉提升机；4，5，21--回转阀；6--回转窑；7--燃烧器；8，9--刮板运输机；

10--回转冷却器；11，12--送风机；13--煤气升压机；14--石油沥青泵；15--排风机；

16--排气集尘器；17--焦粉料斗；18--烟囱；19--石油沥青槽；20--冷却水泵

供给窑的热源是由煤气升压机送来的焦炉煤气，在窑的焦炭出口端设有煤气燃烧器，空气由送风机从窑附近和从输送沥青焦的半密闭式胶带机通道处抽送入燃烧器，有一部分直接送入窑的燃烧器罩内，以使焦粉和挥发分完全燃烧。送入空气量理论上应是以出窑燃烧废气中含氧量等于零为准，因为含氧量过多，则焦炭燃烧损失增大，成焦率下降。窑内煤气燃烧温度控制在1200℃，燃烧气体向窑的焦炭进口端流动。在焦炭进口处，落入窑内的延迟焦与高温废气（约500℃）一接触，即被加热脱水，其后在移动过程中，焦炭中的挥发分基本挥发出去，至窑的焦炭出口端，焦炭温度达到1200℃（最高可达1543℃），由出口箱排入回转冷却器。窑的焦炭出口端压力维持在-10～-20Pa。

回转窑的检测及自动控制包括：燃烧自动控制（焦炉煤气流量控制及空燃比控制，可以控制煤气升压机和送风机的转速来达到），窑压控制（由集尘室废气出口烟道翻板调节），回转窑转速控制，回转冷却器转速及温度控制，给料量控制（控制延迟焦装入量，可控制提升机功率来达到），刮板运输机等起停控制，窑头窑尾及中段温度检测，煤气及空气压力流量等检测，废气残氧含量检测等。此外，为观察焦炭从窑内的排出情况，设有工业电视。

焚化炉和废热锅炉的检测和自动控制（图9）焚化炉用于将回转窑集尘室排出的废气中尚未燃烧的挥发分和夹带的残余微焦粉全部燃烧以回收余热。炉内废气温度最高为1260℃，用焦炉煤气作为起动燃料和增加焚化炉供热的补充燃料。所需空气用送风机分三路向焚化炉内供给。焚化炉出口废气温度要求稳定在1093℃，进入废热锅炉炉膛，将汽包内软水升温汽化，产生0.16MPa的饱和蒸汽。

图9  焚化炉和废热锅炉的检测和自动控制

在焚化炉上设两项温度控制系统。前者为焚化炉炉膛温度控制系统，用进入燃烧器和炉前半部的空气量来控制炉膛温度达到1260℃。后者为焚化炉出口废气温度控制，用直接进入炉出口部位的空气量来控制炉出口处温度稳定在1093℃左右。为了能有效的保持焚化炉内燃烧温度达到要求，以便烧尽回转窑废气中的可燃物质，还设有煤气流量控制系统。因为蒸汽用户要求蒸汽压力达到0.16MPa，而且供汽压力稳定。如果从回转窑来的废气量减少，用户仍然要求供汽量不变时，就需要相应增加煤气量，以保证供汽要求。这种情况可用增大调节器的给定值来实现。进入烧嘴的助燃空气量因受炉膛温度控制及出口废气温度控制系统的影响，故设置了流量定值控制（FIC-4242）。焚化炉炉膛压力的控制，是靠控制废热锅炉刮风机前蝶阀开度来保持稳定的。

废热锅炉上设有汽包压力控制（PRCA-4241）和给水控制。汽包给水控制系统是把蒸汽流量FRQ-4244信号和汽包水位LICA-4241调节器输出信号，先送入加法器进行演算，演算后的输出信号再作为给水流量FICQ-4245调节器的设定值进行给水量控制。

焚化炉和废热锅炉还设有吹扫及煤气自动切断系统。来自回转窑的废气中含有可燃气体和可燃粉尘，在一定条件下可能发生爆炸，所以当回转窑断料再投入生产之前，为了安全，必须把焚化炉的煤气烧嘴关闭，然后开空气风机和相关阀门a,b和c，把残存气体排出后再点火。还有一种情况是焚化炉烧嘴灭火后炉内进入的废气没有燃烧，再开煤气点燃烧嘴时，因炉膛内废气中已经含有可燃成分，再进入煤气就可能达到爆炸浓度，点火时发生爆炸，因此也需要吹扫后再点火。吹扫和煤气切断两个系统是分开的，没有联锁关系，以防止误动作。在煤气自动切断后发出信号，操作人员观察到焚化炉确实灭火后，再进行吹扫。吹扫控制系统是由人工起动的，起动后阀a,b和c，由控制系统开到预定的吹扫时所需要的开度，经过一定时间后发出信号，表示吹扫过程结束，操作人员便可进行下一步操作。