为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统及其运转方法

技术领域

本发明涉及水泥工业安全生产领域，特别涉及一种为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统及其运转方法。

背景技术

水泥工业作为世界上碳排放行业大户，碳减排压力巨大。氢气作为一种清洁能源，燃烧后只产生水，不排放二氧化碳。氢气活性大，燃烧速度快，可以改善难燃燃料的燃烧情况，促进替代燃料的使用，可以有效助力水泥工业碳减排。

CN113864776A使用氢气作为替代燃料，同时加入原子吸收剂、惰性气体、氧调节剂、改性缓燃剂，调节氢气的燃烧火焰。CN115615196A、CN115650612A公开了氢气通入水泥窑炉的系统及工艺运转方法。CN115477484A公开了一种可再生氢能及纯氧燃烧的零碳排放水泥生产设备和工艺。以上专利只是提供了氢气如何在水泥工业应用的问题，但未考虑安全使用问题。

氢气分子量小、泄露率大、可燃范围宽、火焰传播速度快、点火能低、且氢气火焰无色，如果操作不当，造成泄露爆炸，会给水泥工厂安全生产带来不可估量的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统及其运转方法，系统安全有保障、反应速度快、自动化程度高，根据中控平台反馈智能控制氢气使用，从而更好激发非氢燃料的燃烧性能，促进水泥工业碳减排。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统，包括分解炉、安全供氢系统和中控平台，分解炉上装有气体在线检测器、在线温度表、第一燃烧器和第二燃烧器，安全供氢系统包括氢气储罐和氮气储罐，氢气储罐依次经过氢气总阀门、第一氢止逆阀、第一压力调节阀、第一阀门、第二压力调节阀、流量调节阀门、流量计、第二阀门、压力表、第二止逆阀、第一阻火器通过管道与分解炉上的第一燃烧器连通，氮气储罐依次经过氮气总阀门、第一氮止逆阀通过管道与第一氢止逆阀后、第一阀门前的管路连通，第三阀门从流量计后、第二阀门前的管路接出，依次与第三止逆阀、第二阻火器通过管路与大气连通，控制系统设备电信号接入中控平台。

所述氢气储罐设有氢气储罐压力表、氢气储罐温度表、氢气储罐放空阀，氢气储罐内压力为5～70MPa，温度为-10～100℃，所述氢气储罐压力表示数、氢气储罐温度表示数发生突变时，中控平台显示紧急情况报警，氢气储罐放空阀自动打开泄压。

所述第一压力调节阀出口压力为0.8～3MPa，第二压力调节阀出口压力为0.02～1.5MPa，第一压力调节阀出口压力、第二压力调节阀出口压力、压力表示数突变时，中控平台显示紧急情况报警。

所述第一燃烧器为烧氢燃烧器，为单通道氢气燃烧器或多通道燃烧器，第一燃烧器数量为1根或多根，第二燃烧器为非氢燃烧器，第二燃烧器数量为1根或多根。

所述第一燃烧器为多根时，第一阻火器后管路分为多支路，分别接入第一燃烧器。

所述第一燃烧器为多根时，第一氢止逆阀后管路分为多支路，依次通过所述设备后与多根第一燃烧器连通。

上述为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统的运转方法，包括以下步骤：

S1：用氢前置换，设置第一压力调节阀出口压力、第二压力调节阀出口压力、流量计出口流量，打开氮气总阀门、第一阀门，氮气充满第二阀门前的管道后，关闭氮气总阀门，打开第三阀门排空管道内氮气，关闭第三阀门，重复以上操作三次以排空管道内可能存在的氧气，此步骤可设置成自动置换程序；

S2：通入氢气，设置第一压力调节阀出口压力、第二压力调节阀出口压力、流量计出口流量，依次打开氢气总阀门、第一阀门、第二阀门，氢气通过第一燃烧器进入分解炉；

S3：用氢后置换，关闭氢气总阀门，待压力表示数为零后，关闭第二阀门，启动S1步骤，使氮气充满管路；

S4：中控平台显示紧急情况报警时，采取自动切断氢气供应程序，氢气总阀门、第二阀门立即关闭，第三阀门立即开启排空，排空氢气后切换至S1步骤自动置换程序。

所述气体在线检测器测得分解炉出口氢气浓度为2000～5000ppm时，中控平台显示提醒报警，氢气浓度大于5000ppm时，中控平台显示紧急情况报警。

本发明的有益效果是：控制系统流程完整，安全可靠、反应迅速、自动化高，出现紧急情况后，立即响应紧急程序，操作步骤明确。氢气作为一种清洁能源，可以直接通入分解炉替代化石燃料，减少碳排放。氢气作为一种活性大的燃料，可以改善其他燃料的燃烧情况，促进其他燃料的燃尽，减少CO的排放。氢气作为一种还原剂，可以还原NOx，从而减少污染物排放。本发明公开的控制系统可以为分解炉安全供氢，可以根据中控平台反馈的分解炉出口气体成分数据，调整供氢参数，更好使用氢气，助力水泥工业碳减排，实现水泥工业的绿色安全生产。

附图说明

图1是本发明的为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统的示意图。

图2是本发明的实施例1提供的系统的示意图。

图3是本发明的实施例1提供的第一燃烧器平面分布的示意图。

图4是本发明的实施例2提供的系统的示意图。

图5是本发明的实施例3提供的系统的示意图。

图6是本发明的实施例3提供的第一燃烧器平面分布的示意图。

图中1.分解炉；2、21～26.第一燃烧器；201.气体在线检测器；202.在线温度表；3.氢气储罐；31.氢气储罐压力表；32.氢气储罐温度表；33.氢气储罐放空阀；4.氮气储罐；41.氮气储罐压力表；51.氢气总阀门；52氮气总阀门；61.第一氢止逆阀；62第一氮止逆阀；71.第一压力调节阀；72.第二压力调节阀；8.第一阀门；9.流量调节阀门；10.流量计；11.第二阀门；12.压力表；13.第二止逆阀；14.第一阻火器；15.第三阀门；16.第三止逆阀；17.第二阻火器；18.中控平台；19.第二燃烧器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以是两个元件内部的连通。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，本发明的为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统，包括分解炉1、安全供氢系统和中控平台18，分解炉1上装有气体在线检测器201、在线温度表202、第一燃烧器2和第二燃烧器19，安全供氢系统包括氢气储罐3和氮气储罐4，氢气储罐3依次经过氢气总阀门51、第一氢止逆阀61、第一压力调节阀71、第一阀门8、第二压力调节阀72、流量调节阀门9、流量计10、第二阀门11、压力表12、第二止逆阀13、第一阻火器14通过管道与分解炉1上的第一燃烧器2连通，氮气储罐4依次经过氮气总阀门52、第一氮止逆阀62通过管道与第一氢止逆阀61后、第一阀门71前的管路连通，第三阀门15从流量计10后、第二阀门11前的管路接出，依次与第三止逆阀16、第二阻火器17通过管路与大气连通，控制系统设备电信号接入中控平台18。

所述氢气储罐3设有氢气储罐压力表31、氢气储罐温度表32、氢气储罐放空阀33，氢气储罐3内压力为5～70MPa，温度为-10～100℃，所述氢气储罐压力表31示数、氢气储罐温度表32示数发生突变时，中控平台18显示紧急情况报警，氢气储罐放空阀33自动打开泄压。

所述第一压力调节阀71出口压力为0.8～3MPa，第二压力调节阀72出口压力为0.02～1.5MPa，第一压力调节阀71出口压力、第二压力调节阀72出口压力、压力表12示数突变时，中控平台18显示紧急情况报警。

所述第一燃烧器2为烧氢燃烧器，为单通道氢气燃烧器或多通道燃烧器，第一燃烧器2数量为1根或多根，第二燃烧器19为非氢燃烧器，第二燃烧器19数量为1根或多根。

所述第一燃烧器2为多根时，第一阻火器14后管路分为多支路，分别接入第一燃烧器2。

所述第一燃烧器2为多根时，第一氢止逆阀61后管路分为多支路，依次通过所述设备后与多根第一燃烧器2连通。

上述为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统的运转方法，包括以下步骤：

S1：用氢前置换，设置第一压力调节阀71出口压力、第二压力调节阀72出口压力、流量计10出口流量，打开氮气总阀门52、第一阀门8，氮气充满第二阀门11前的管道后，关闭氮气总阀门52，打开第三阀门15排空管道内氮气，关闭第三阀门15，重复以上操作三次以排空管道内可能存在的氧气，此步骤可设置成自动置换程序；

S2：通入氢气，设置第一压力调节阀71出口压力、第二压力调节阀72出口压力、流量计10出口流量，依次打开氢气总阀门51、第一阀门8、第二阀门11，氢气通过第一燃烧器2进入分解炉1；

S3：用氢后置换，关闭氢气总阀门51，待压力表12示数为零后，关闭第二阀门11，启动S1步骤，使氮气充满管路；

S4：中控平台18显示紧急情况报警时，采取自动切断氢气供应程序，氢气总阀门51、第二阀门11立即关闭，第三阀门15立即开启排空，排空氢气后切换至S1步骤自动置换程序。

所述气体在线检测器201测得分解炉1出口氢气浓度为2000～5000ppm时，中控平台18显示提醒报警，氢气浓度大于5000ppm时，中控平台18显示紧急情况报警。

实施例1

将本发明分解炉系统应用于一条5000t/d的水泥熟料生产线，本发明的实施例提供一种为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统(见图2和图3)，包括分解炉1、气体在线检测器201、在线温度表202、第一燃烧器21～24、氢气储罐3、氢气储罐压力表31、氢气储罐温度表32、氢气储罐放空阀33、氮气储罐4、氢气总阀门51、氮气总阀门52、第一氢止逆阀61、第一氮止逆阀62、第一压力调节阀71、第一阀门8、第二压力调节阀72、流量调节阀门9、流量计10、第二阀门11、压力表12、第二止逆阀13、第一阻火器14、第三阀门15、第三止逆阀16、第二阻火器17、中控平台18、第二燃烧器19。

本实施例中，第一燃烧器21～24为单通道燃烧器，位置在于分解炉中下部，平面布置如图3所示。第一阻火器14后管路分为四支路，分别连接4根第一燃烧器21～24。第二燃烧器19为煤粉燃烧器。

本实施例中用氢前置换时，采用自动置换程序；通入氢气时，设置第一压力调节阀71出口压力为1.6MPa、第二压力调节阀72出口压力为0.5MPa，设置流量计10出口流量为4000Nm

实施例2

将本发明分解炉系统应用于一条7500t/d的水泥熟料生产线，本发明的实施例提供一种为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统(见图4)，包括分解炉1、气体在线检测器201、在线温度表202、第一燃烧器21～22、氢气储罐3、氢气储罐压力表31、氢气储罐温度表32、氢气储罐放空阀33、氮气储罐4、氢气总阀门51、氮气总阀门52、第一氢止逆阀61、第一氮止逆阀62、第一压力调节阀71、第一阀门8、第二压力调节阀72、流量调节阀门9、流量计10、第二阀门11、压力表12、第二止逆阀13、第一阻火器14、第三阀门15、第三止逆阀16、第二阻火器17、中控平台18、第二燃烧器19。

本实施例中，第一燃烧器21～22为单通道燃烧器，第一燃烧器21位于分解炉下部，第一燃烧器22位于分解炉中部。第一阻火器14后管路分为二支路，分别连接第一燃烧器21～22，第一燃烧器流量相同。第二燃烧器19为生物质粉燃烧器。

本实施例中用氢前置换时，采用自动置换程序；通入氢气时，设置第一压力调节阀71出口压力为2MPa、第二压力调节阀72出口压力为0.4MPa，设置流量计10出口流量为20000Nm

实施例3

将本发明分解炉系统应用于一条10000t/d的水泥熟料生产线，本发明的实施例提供一种为悬浮煅烧分解炉智能安全供氢的控制系统(见图5和图6)，包括分解炉1、气体在线检测器201、在线温度表202、第一燃烧器21～26、氢气储罐3、氢气储罐压力表31、氢气储罐温度表32、氢气储罐放空阀33、氮气储罐4、氢气总阀门51、氮气总阀门52、第一氢止逆阀61、第一氮止逆阀62、第一压力调节阀71、第一阀门8、第二压力调节阀72、流量调节阀门9、流量计10、第二阀门11、压力表12、第二止逆阀13、第一阻火器14、第三阀门15、第三止逆阀16、第二阻火器17、中控平台18，第一氢止逆阀61后管路分为甲乙两支路。

本实施例中，第一燃烧器21～22为多通道燃烧器，其中一条通道为氢气通道，还可以烧煤、油、固体替代燃料，第一燃烧器21～22位于分解炉下部，平面位置见图6，第一燃烧器23～26为单通道燃烧器，位于分解炉中部，平面位置见图6。第一氢止逆阀后管路分为两支路，甲支路第一阻火器甲(14甲)后管路分为4支路，分别连通第一燃烧器23～26；乙支路第一阻火器乙(14乙)后管路分为2支路，分别连通第一燃烧器21～22。

本实施例中用氢前置换时，采用自动置换程序；通入氢气时，设置第一压力调节阀甲(71甲)出口压力为1.5MPa、第二压力调节阀甲(72甲)出口压力为0.3MPa，设置流量计甲(10甲)出口流量为4000Nm

实施例4

本实施例区别于实施例1之处在于氢气通入过程中，氢气储罐压力表31示数在3s之内由30MPa突变至6MPa，中控平台18显示紧急情况报警，此时采取自动切断氢气供应程序，氢气储罐放空阀33立即打开泄压，完成后进行检修。

实施例5

本实施例区别于实施例1之处在于氢气通入过程中，第二压力调节阀72出口压力未变，压力表12示数突变为零，中控平台18显示紧急情况报警，此时采取自动切断氢气供应程序，置换完成后进行检修。

实施例6

本实施例区别于实施例2之处在于氢气通入过程中，气体在线检测器201测得分解炉出口氧气浓度由2.5％降低到1％，此时空气过剩系数过低，将流量计10出口流量由20000Nm

实施例7

本实施例区别于实施例3之处在于氢气通入过程中，气体在线检测器201测得分解炉出口一氧化碳浓度为1％，此时燃烧不充分，将流量计乙(10乙)出口流量由10000Nm

实施例8

本实施例区别于实施例3之处在于氢气通入过程中，气体在线检测器201测得分解炉出口氮氧化物浓度为600ppm，将流量计甲(10甲)出口流量由4000Nm

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。