一种高温碳化炉排废气系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及碳纤维生产设备领域，尤其是涉及为碳纤维生产过程中高温碳化炉排废气管道过滤的技术，具体地说，涉及一种高温碳化炉排废气系统及其控制方法。

背景技术

高温碳化是碳纤维生产过程中的关键工艺环节，在1000～1600℃温度范围内，随着碳化处理温度的提高，纤维中C含量基本呈线性增加，纤维中非碳元素不断被脱除，C不断富集。在高温碳化过程，纤维在向乱层石墨结构转化的同时释放出许多小分子副产物，PAN基纤维结构的转变在很大程度上决定了碳纤维的结构，影响碳纤维的力学、热学、化学、电学等性质。

高温碳化炉的废气排放直接影响碳纤维的最终成品质量，由于高温碳化炉为碳化过程中的高温区，高温区产生的废气中含有小梯形结构在交联、缩聚过程释放的副产物HCN，氮气的释放温度在900℃以后，表明N在结构中的稳定性。一般来说，碳化温度在1300℃时，含碳量已达到92％以上，残氮量仍有5％左右；随着碳化温度的逐步升高，含氮量降到1％～2％。高温碳化的副产物氰化氢、氨、一氧化碳、二氧化碳和氮气连同少部分毛丝从负压的排废气管道被吸入到废气处理设备焚烧炉内，经过高温有氧焚烧处理后，气体达标通过烟囱排放到大气。高温碳化炉废气排走是否通畅直接影响碳纤维生产运行时长和最终产品质量。

在现有技术当中，现有的高温碳化炉在运行过程中，高温碳化炉运行3～5天，就会造成大量的毛丝堵在排废主管道及负压控制阀处，高温碳化炉上的负压控制阀也无法根据压力的大小进行智能调节，造成了大量废气徘徊在高温碳化炉内无法正常排出，影响碳纤维的正常运行。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高温碳化炉排废气系统及其控制方法，使得毛丝在高温碳化炉两侧排废气出口处能够被有效拦截，避免被负压吸到上部的管道内。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

第一方面，一种高温碳化炉排废气系统，包括：

高温碳化炉，所述高温碳化炉上安装有压力变送器，所述压力变送器用于实时监测所述高温碳化炉炉内的压力值；

排气管道，与高温碳化炉的首尾两端连通，并与所述焚烧炉连通；

过滤网，安装于所述排气管道内，用于过滤排气管道中的毛丝；

第一自控阀和第二自控阀，均安装于所述排气管道上，并分别位于所述过滤网的两侧，所述过滤网与所述第二自控阀之间的排气管道上安装有第一氮气阀门，所述第一氮气阀门用于实时监测所述高温碳化炉炉头的压力值；

控制模块，分别与所述第一自控阀、第二自控阀、第一氮气阀门和压力变送器电连接，并用于调节所述第一自控阀以及第二自控阀的阀门开度的大小。

在上述任一方案中优选的实施例，所述排气管道，包括：

排气主管道，一端与所述焚烧炉连通；

第二支管，一端与所述排气主管道连通；

第三支管，一端与所述高温碳化炉连通，另一端与所述第二支管连通，且所述过滤网位于所述第二支管与所述第三支管相交处。

在上述任一方案中优选的实施例，所述排气管道，还包括：

第四支管，所述第四支管的一端与所述高温碳化炉连通；

第一支管，所述第一支管一端与所述排气主管道连通，另一端与所述第四支管连通。

在上述任一方案中优选的实施例，所述过滤毛丝装置，还包括：

设置于所述第二支管上，并接近于所述过滤网的法兰。

在上述任一方案中优选的实施例，所述过滤毛丝装置，还包括：

设置于所述第三支管上，并接近于所述过滤网的清理孔。

在上述任一方案中优选的实施例，所述过滤毛丝装置，还包括：

负压控制阀，位于所述排气主管道上，且所述负压控制阀与所述控制模块电连接。

在上述任一方案中优选的实施例，所述过滤毛丝装置，还包括：

第三自控阀，位于所述第一支管上，并与所述控制模块电连接。

在上述任一方案中优选的实施例，所述过滤毛丝装置，还包括：

第二氮气阀门，安装于所述第四支管上，用于实时监测所述高温碳化炉炉尾的压力值，并将炉尾的压力值传递至所述控制模块；

第四自控阀，安装于所述第四支管上，并位于所述第二氮气阀门与所述高温碳化炉之间，并与所述控制模块连接。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

通过将排气管道与高温碳化炉的首尾两端连通，并与所述焚烧炉连通，并且将过滤网安装于所述排气管道内，用于过滤排气管道中的毛丝，使毛丝在高温碳化炉两侧排废气出口处被有效拦截下来，不被负压吸到上部的管道里，通过将第一自控阀和第二自控阀均安装于所述排气管道上，并分别位于所述过滤网的两侧，可将其单独关闭进行清理，彻底解决了高温碳化炉堵排废气管道和压力调节阀现象，生产时间由3～5天延长到45天。

第二方面，一种高温碳化炉排废气系统的控制方法，所述控制方法，包括以下步骤：

获取所述高温碳化炉炉内的压力阈值P

计算所述炉内的压力值P

根据所述压力差值P

在上述任一方案中优选的实施例，所述调节所述第一自控阀以及第二自控阀的阀门开度的大小，还包括以下步骤：

若所述第一自控阀和第二自控阀的阀门开度介于20～30％时，则所述高温碳化炉正常工作；

若所述第一自控阀和第二自控阀的阀门开度＞30％，且＜90％时，则发生初次预警；

若所述第一自控阀和第二自控阀的阀门开度≥90％时，则发生报警，所述高温碳化炉停止工作。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

随着管道内滤网处毛丝增多，根据自动调节，第一自控阀和第二自控阀的阀门开度会增大，以保持高碳炉头压力稳定不变，这样实现了智能自动控制的功能。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明高温碳化炉排废气系统示意图。

图2是本发明高温碳化炉排废气系统的控制方法流程示意图。

图中：1、高温碳化炉；2、排气主管道；3、负压控制阀；4、焚烧炉；5、第一自控阀；6、第二自控阀；7、第一氮气阀门；8、清理孔；9、过滤网；10、法兰；11、第三自控阀；12、压力变送器；13、控制模块；14、第一支管；15、第二支管；16、第三支管；17、第四支管；18、第二氮气阀门；19、第四自控阀。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种高温碳化炉排废气系统，包括高温碳化炉1，所述高温碳化炉1上安装有压力变送器12，所述压力变送器12用于实时监测所述高温碳化炉1炉内的压力值；

排气管道，与高温碳化炉1的首尾两端连通，并与所述焚烧炉4连通；

过滤网9，安装于所述排气管道内，用于过滤排气管道中的毛丝；

第一自控阀5和第二自控阀6，均安装于所述排气管道上，并分别位于所述过滤网9的两侧，所述过滤网9与所述第二自控阀6之间的排气管道上安装有第一氮气阀门7，所述第一氮气阀门7用于实时监测所述高温碳化炉1炉头的压力值；

控制模块13，分别与所述第一自控阀5、第二自控阀6、第一氮气阀门7和压力变送器12电连接，并用于调节所述第一自控阀5以及第二自控阀6的阀门开度的大小。

在本发明实施例所述的高温碳化炉排废气系统中，通过将排气管道与高温碳化炉1的首尾两端连通，并与所述焚烧炉4连通，并且将过滤网9安装于所述排气管道内，用于过滤排气管道中的毛丝，使毛丝在高温碳化炉两侧排废气出口处被有效拦截下来，不被负压吸到上部的管道里，防止毛丝进入排废主管道内部，导致主管道堵毛和压力控制阀堵毛而被迫停车，通过将第一自控阀5和第二自控阀6均安装于所述排气管道上，并分别位于所述过滤网9的两侧，可将其单独关闭进行清理，彻底解决了高温碳化炉堵排废气管道和压力调节阀现象，生产时间由3～5天延长到45天，在本申请实施例中，所述过滤网9可采用中间高两边低的弧形结构，因此，当使用时，可以增大与毛丝之间的接触面积，起到进一步的过滤毛丝的作用，其中，所述压力变送器12用于把高温碳化炉1内的压力信号转变成电流4-20mA信号，然后并将信息传递至所述控制模块13，因此，所述压力变送器12的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系，一般是正比关系。所以，变送器输出的电压或电流随压力增大而增大，所述压力变送器12为电动式压力变送器，且电动式压力变送器的输出信号为0～10mA的直流电信号。

如图1所示，所述排气管道，包括：

排气主管道2，一端与所述焚烧炉4连通；

第二支管15，一端与所述排气主管道2连通；

第三支管16，一端与所述高温碳化炉1连通，另一端与所述第二支管15连通，且所述过滤网9位于所述第二支管15与所述第三支管16相交处。

在本发明实施例所述的高温碳化炉排废气系统中，所述排气主管道2的一端与所述焚烧炉4通过螺钉连接，可以方便拆卸和组装，所述第二支管15与所述排气主管道2通过螺钉连接，可以方便组装，所述第三支管16与所述第三支管16相交，并且互相垂直，其中，所述过滤网9通过螺钉安装于所述第二支管15内，并且接近于所述第三支管16与所述第三支管16相交处，因此，当使用时，可以将通过第三支管16进入第二支管15内的毛丝过滤，避免其进入至所述第二支管15内。

如图1所示，所述排气管道，还包括：

第四支管17，所述第四支管17的一端与所述高温碳化炉1连通；

第一支管14，所述第一支管14一端与所述排气主管道2连通，另一端与所述第四支管17连通。

在本发明实施例所述的高温碳化炉排废气系统中，当安装时，所述第一支管14一端与所述排气主管道2通过螺钉连接，所述第一支管14另一端与所述第四支管17通过螺钉连接，可以实现方便拆卸和组装，当安装时，所述第一支管14与所述第二支管15互相对称，并且位于所述第一支管14的内部同样也设置有用于过滤毛丝的过滤网9，这样的话，可以将从所述高温碳化炉1炉尾部排出的毛丝过滤，方便使用。

如图1所示，所述过滤毛丝装置，还包括：

设置于所述第二支管15上，并接近于所述过滤网9的法兰10。

在本发明实施例所述的高温碳化炉排废气系统中，通过在所述第二支管15上设置一个法兰10，并且所述法兰10的位置接近所述过滤网9的位置，因此，需要清理所述过滤网9时，打开所述法兰10，即可将所述过滤网9取下，然后将所述过滤网9更换，方便清理，同样，位于所述第一支管14内，并且与所述第二支管15对应的位置也设置有一个法兰10，因此，当需要清理所述第一支管14内的过滤网时，打开法兰10，即可更换所述过滤网，方便使用。

如图1所示，所述过滤毛丝装置，还包括：

设置于所述第三支管16上，并接近于所述过滤网9的清理孔8。

在本发明实施例所述的高温碳化炉排废气系统中，为了方便对过滤在所述过滤网一侧的毛丝进行清理，可以在所述第三支管16上设置一个用于清理毛丝的清理孔8，当过滤的毛丝较多时，此时，打开清理孔8，将过滤网一侧的毛丝清理，从而实现方便使用，为了进一步的方便使用，可以在所述第四支管17上，并与所述第三支管16对应的位置，同样还设置一个清理孔，这样的话，可以通过这一个清理孔对位于第一支管14内的毛丝进行清理，从而更加方便使用，当管道过滤毛丝装置毛丝积多后，高碳炉压力升高，压力达到15pa-20pa的时候，可将一侧的管道过滤毛丝装置前后的阀门关闭，通过清理孔进行在线清理。

如图1所示，所述过滤毛丝装置，还包括：

负压控制阀3，位于所述排气主管道2上，且所述负压控制阀3与所述控制模块13电连接。

在本发明实施例所述的高温碳化炉排废气系统中，当安装时，所述负压控制阀3安装于接近于所述焚烧炉4的排气主管道2上，可以提高控制所述负压控制阀3，从而调控排入焚烧炉4内的气体，方便使用。

如图1所示，所述过滤毛丝装置，还包括：

第三自控阀11，位于所述第一支管14上，并与所述控制模块13电连接；所述过滤毛丝装置，还包括：

第二氮气阀门18，安装于所述第四支管17上，用于实时监测所述高温碳化炉1炉尾的压力值，并将炉尾的压力值传递至所述控制模块13；

第四自控阀19，安装于所述第四支管17上，并位于所述第二氮气阀门18与所述高温碳化炉1之间，并与所述控制模块13连接。

在本发明实施例所述的高温碳化炉排废气系统中，当安装时，将所述第三自控阀11安装于第一支管14上，将所述第二氮气阀门18和第四自控阀19安装于所述第四支管17上，具有氮气密封功能，通过调节第三自控阀11和第四自控阀19，保证管道过滤毛丝段氮气正压密封，保证空气不能进行入高温碳化炉防止炉内被氧化，由氮气密封管,通入管道内，可根据实际生产需求，手动调节第三自控阀11和第四自控阀19的开度增减氮气的通入量，保证管道内和高碳炉内正压状态，当需要所述过滤网上的毛丝较多时，可通过第三自控阀11、第四自控阀19、第一自控阀5和第二自控阀6关闭所述高温碳化炉1同一侧的两个阀门，从而使所述高温碳化炉1的一侧处于关闭状态，另一侧处于开通状态，这样的话，在对过滤网处的毛丝进行清理，这样不会影响装置的整体正常运行，防止毛丝进入第二支管15和第一支管14内部，避免导致第二支管15和第一支管14堵毛而被迫停车，因此，具有在线单独切换、在线清理的功能，可根据现场实际生产情况，进行单独在线清理，达到不停车清理高碳炉排废管道保持连续生产效果，在未安装本发明管道过滤毛丝装置之前，连续生产3-5天后，高碳炉排废主管道和负压控制阀会被毛丝堵住，必须停车清理排废主管道和负压控制阀，现场高温碳化炉已无法继续生产，只能通过全线停车后后，对高温碳化炉排废管线进行拆解清理，才能满足下次生产条件，安装本发明管道过滤毛丝装置后，生产线连续生产超过45天后，观察高碳炉排废主管道和负压控制阀内情况，没有堵毛现象，仍可继续生产，并满足生产条件；经过增加管道过滤毛丝装置改造，彻底解决了高碳炉主管道和负压控制阀堵毛的问题，安装管道过滤毛丝装置后，可延长生产时长大于40天，按延长生产40天计算，可减少停车次数8次，产量损失可减少6.4吨/月，连续生产增加产品质量稳定性，减少不良品产生7.68吨，每月可创收110多万元产值。

第二方面，如图1和图2所示，一种高温碳化炉排废气系统的控制方法，所述控制方法，包括以下步骤：

获取所述高温碳化炉1炉内的压力阈值P

计算所述炉内的压力值P

根据所述压力差值P

如图1和图2所示，所述调节所述第一自控阀5以及第二自控阀6的阀门开度的大小，还包括以下步骤：

若所述第一自控阀5和第二自控阀6的阀门开度介于20～30％时，则所述高温碳化炉1正常工作；

若所述第一自控阀5和第二自控阀6的阀门开度＞30％，且＜90％时，则发生初次预警；

若所述第一自控阀5和第二自控阀6的阀门开度≥90％时，则发生报警，所述高温碳化炉1停止工作。

在本发明实施例所述的高温碳化炉排废气系统的控制方法中，通过第三支管16上的第一氮气阀门7、第二自控阀6、第一自控阀5、第四自控阀19、第二氮气阀门18、第三自控阀11监测高温碳化炉1上的压力的大小，其中，所述炉内的压力值P

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

通过将排气管道与高温碳化炉1的首尾两端连通，并与所述焚烧炉4连通，并且将过滤网9安装于所述排气管道内，用于过滤排气管道中的毛丝，使毛丝在高温碳化炉两侧排废气出口处被有效拦截下来，不被负压吸到上部的管道里，通过将第一自控阀5和第二自控阀6均安装于所述排气管道上，并分别位于所述过滤网9的两侧，可将其单独关闭进行清理，彻底解决了高温碳化炉堵排废气管道和压力调节阀现象，生产时间由3～5天延长到45天。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。