干熄焦预存室、一次除尘高温料位检测装置的研究与改进

干熄焦预存室、一次除尘高温料位检测装置的研究与改进

目录
一、 干熄焦工艺简介............................................................................... 3
1.1 干熄焦的原理................................................................................ 3
1.2 干熄焦装置的组成........................................................................ 3
1.3 干熄焦的工艺过程........................................................................ 4
1.4 干熄焦的优点................................................................................ 5
二、 干熄焦一次除尘（
1DC）介绍.........................................................6
2.1 一次除尘器的功能........................................................................ 6
2.2 一次除尘器结构及运行过程........................................................6
三、 一次除尘灰斗料位控制................................................................... 7
3.1 一次除尘灰斗料位控制的原因....................................................7
3.2 一次除尘料位控制的方案............................................................8
3.2.1 时间控制方案...................................................................... 8
3.2.2 料位控制方案...................................................................... 9
3.3 一次除尘料位仪表的应用中存在的问题..................................10
四、 干熄炉预存室料位控制方案.........................................................11
4.1 预存室料位测量方案.................................................................. 11
4.2 预存室料位存在的隐患.............................................................. 12
五、 J-CONTROL 高温料位解决方案......................................................14
5.1J-CONTROL 微波料位开关简介....................................................14
5.2 J-CONTROL 高温微波料位开关..................................................16
5.3 J-CONTROL 高温微波料位开关与其他产品比较..................... 19际科工业控制系统（天津）有限公司
一、干熄焦工艺简介
1.1 干熄焦的原理
所谓干熄焦工艺，是相对湿熄焦而言的，是采用惰性气体将红焦
隔绝氧气降温冷却的一种熄焦工艺方法。
在干熄焦工艺过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由
循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭
从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄
焦工艺锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风
机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。
1.2 干熄焦装置的组成
干熄焦工艺主要由干熄炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机
车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦工艺锅炉单
元、循环风机、除尘地面站、水处理单位、自动控制部分、发电部分
等组成。其结构如下图 1-1 所示：

1.3 干熄焦的工艺过程
从炭化室推出的红焦由焦罐台车上的圆形旋转焦罐(有的干熄焦
工艺设计为方形焦罐)接收，焦罐台车由电机车牵引至干熄焦工艺提
升井架底部，由提升机将焦罐提升至提升井架顶部；提升机挂着焦罐
向干熄炉中心平移的过程中，与装入装置连为一体的炉盖由电动缸自
动打开，装焦漏斗自动放到干熄炉上部；提升机放下的焦罐由装入装
置的焦罐台接受，在提升机下降的过程中，焦罐底闸门自动打开，开

始装入红焦；红焦装完后，提升机自动提起，将焦罐送往提升井架底
部的空焦罐台车上，在此期间装入装置自动运行将炉盖关闭。
装入干熄炉的红焦，在预存段预存一段时间后，随着排焦的进行
逐渐下降到冷却段，在冷却段通过与循环气体进行热交换而冷却，再
经振动给料器、旋转密封阀、溜槽排出，然后由专用皮带运输机运出。
冷却焦炭的循环气体，在干熄炉冷却段与红焦进行热交换后温度
升高，并经环形烟道排出干熄炉；高温循环气体经过一次除尘器分离
粗颗粒焦粉后进入干熄焦工艺锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，温度
降至约 160℃的低温循环气体由锅炉出来，经过二次除尘器进一步分
离细颗粒焦粉后，由循环风机送入给水预热器冷却至约 130℃，再进
入干熄炉循环使用。
1.4 干熄焦的优点
①焦炭质量相对湿熄焦明显提高，产品市场更有竞争力；
②充分利用红焦显热，节约能源，符合双碳双控政策要求；
③较低有害物质排放，保护环境，响应国家环保政策。

二、干熄焦一次除尘（
1DC）介绍
2.1 一次除尘器的功能
干熄焦一次除尘系统是干熄焦装置的重要组成部分，干熄炉内循
环气体中的粉尘是磨蚀性很强的物质，从干熄炉出来的循环气体含尘
质量浓度约为 10~13g/m3。为了延长锅炉的使用寿命，确保锅炉在正
常生产时安全稳定运行，在干熄炉的出口与锅炉之间设置一次除尘器。
一次除尘器是利用重力除尘原理将循环气体中大颗粒焦粉进行分离，
经重力沉降室除尘后，循环气体粉尘浓度将为 7~10mg/m3，进入锅炉，
此时含尘气体对锅炉内部磨损不大。
如果一次除尘效果不良，大量的粗粒焦粉进入锅炉，磨损锅炉炉
壁和炉管，影响锅炉的安全运行并降低锅炉的使用寿命。
2.2 一次除尘器结构及运行过程
一次除尘结构如下图 2-1 所示，主要由壳体，金属支架及砌体构
成，工作为负压状态。外壳用钢板焊制，内衬为耐磨耐火砖。为了提
高一次除尘器的除尘效率，在除尘器中会设有挡墙。
一次除尘器的底锥部出口分隔成漏斗状，下面连接双叉溜槽灰斗，
灰斗内侧由浇注料砌成，灰斗下方连接水冷套管。焦粉经过重力除尘
后落入灰斗内，此时焦粉温度在 800~980℃，焦粉再通过水冷套管冷际科工业控制系统（天津）有限公司
却至常温后（主要是利用循环水流动降温），经过格式排灰阀控制进
入灰仓。

三、一次除尘灰斗料位控制
3.1 一次除尘灰斗料位控制的原因
①一次除尘灰斗料位是干熄焦系统的重要检测点，如果一次除
尘灰斗料位过高，将导致一次除尘器仓的焦粉进入氮气循环通道，高
速气流带动焦粉对锅炉换热管进行冲刷，将导致锅炉爆管，严重影响
系统的安全运行。
②如果一次除尘灰斗料位过低，高温红焦粉直接落入下部水冷套
管，将烧坏水冷套，坏损部位会引入空气进入负压运行的氮气循环通
道，引起焦粉的燃烧，严重影响系统的安全运行。

③如果水冷套管中的焦粉被排空，首先高温红焦粉会直接落入焦
粉仓，同时由于一次除尘为负压系统，空气会从水冷套管进入系统内
部引起灼烧，损坏设备。
3.2 一次除尘料位控制的方案
一次除尘灰的放料控制是通过格式排灰阀的启停来实现的，对于
格式排灰阀可以通过时间控制和料位控制两种方案来实现。
3.2.1 时间控制方案
时间控制方案是通过设计和生产经验数据，采用计时器操作法，
即按经验给定格式排灰阀排灰运转时间和排灰间隔时间，这种排灰方
法需要丰富的操作经验和高度责任心，因干熄焦生产受炼焦检修时间
和干熄焦设备检修及突发性故障的影响，循环气体中焦粉含量也在不
断的发生变化，这就要求不断调整格式排灰阀的排灰运转时间和间隔
时间，遇到特殊情况还要关停格式排灰阀，若排灰时间控制不当，将
致使水冷套管内焦粉流速太快，温度剧增，灼热焦粉未经充分冷却即
下排，造成水冷套管下方法兰处局部高温，甚至可能把水冷套管内的
焦粉排空，这将直接导致空气从格式排灰阀进入双叉溜槽及一次除尘
器本体内与热焦粉发生燃烧，造成高温事故，导致一次除尘系统的损
坏。

3.2.2 料位控制方案
料位控制方案是通过在溜槽灰斗内安装高温物位检测器，通过
检测物料的高低位置，然后给出信号来控制格式排灰阀的启停的，
根据使用料位数量的不同，料位控制方案又可分为如下三种形式：
①高料位+时间控制：即现场使用一套高温料位开关作为高料
位检测，当焦粉到达高料位时，料位计（物位检测器）给出信号到
中控室，触发格式排灰阀开启，同时系统计时器开始计时，10S 后
（不同现场灰斗以及水冷套管容积大小，时间上会有不同）关闭格
式排灰阀，此控制方案的优点是使用料位计数量少，相对经济，缺
点是对于在格式排灰阀因故障持续保持开启状态的情况下，不能自
动检测出来，存在焦粉放空的风险。
②高料位+低料位控制：即现场使用两套高温物位检测器，当
高料位开关报警时，格式排灰阀打开放灰，当低料位开关报警时，
格式排灰阀关闭。此方案增加了排空情况的检测，在焦粉未到到达
低料位置时，中控室会一直收到低料位报警信号。
③高料位+高高料位+低料位控制：此方案是在方案②的基础上
增加了高高料位的检测，主要目的就是防止在高料位有故障的情况
下，格式排灰阀一直未能开启，当焦粉到达高高料位位置时，高高
料位开关给出报警信号。在没有安装高高报警的情况下，若灰斗内
的焦粉堆积过高，焦粉会被循环氮气带入到锅炉内，并对锅炉设备
造成损坏。

3.3 一次除尘料位仪表的应用中存在的问题
一次除尘料位仪表现有两种型式，一种是高温静电容料位开关
（接触式测量），一种是高温微波料位开关（非接触式测量）。
高温静电容料位开关虽说在干熄焦行业应用较早，业绩也多，
但在使用过程中存在着诸多问题，已经成为干熄焦行业的一个测量
难题。
静电容料位开关基于电容技术：将无线电频率施加在探头上，
对周围的环境进行连续分析，由于所有介质的介电常数和导电性均
不同于空气，当探头接触到介质时所引起的微小电容量的变化被电
路检测并转换成开关信号输出。其外观结构如下图所示，该原理的
产品在干熄焦一次除尘应用过程中存在如下弊端：
①焦粉粘附在高温静电容的探头部分上，容易产生误报高料位。
由于焦粉具有导电性，当膨料或者挂料时，焦粉会粘附在高温静电容
料位开关上，使电容值发生变化，产生误报。粘附严重时，通过调节

静电容料位开关的二次表也无法消除报警，必须人工拔出料位计，清
除粘附，才能恢复正常。
②高温静电容料位开关物理结构导致使用寿命短。高温电容料位
开关传感器由不同材质的材料组合制成，金属材料的热膨胀系数是陶
瓷材料的数倍，如果灰斗内部温度急升急降变化剧烈，不同材料的膨
胀与收缩程度不同，久而久之，必然使高温静电容料位开关三部分之
间出现变形直至出现间隙，焦粉进入电容内部，最终烧损。
③国产静电容的问题：由于国产电容的电极和密封材料以及高温
线缆的材料的在品控上相对差一些，很难保证持续在 900℃高温下工
作，使用寿命更短，个别现场使用两三个月就会烧坏。
④由于对料位的误动作导致很多业主不信任料位开关，现在很多
放料方式又改为时间控制模式。
四、干熄炉预存室料位控制方案
4.1 预存室料位测量方案
目前干熄炉料位测量的方式主要是采用静电容料位计、高温雷
达料位计和皮带秤组成的测量系统进行干熄炉料位的演算、控制。如
下图 4-1 所示：

安装在顶椎段的高温雷达料位计可以连续测量炉内的料位情
况，连续显示炉内的料位高度，也可以换算显示为炉内的重量。
同样安装在顶椎段的静电容料位计为高料位，用于警示料位已
到高料位，不允许再次装入或只允许再装入一罐焦炭，防止红焦溢出。
安装在排焦皮带上的皮带秤用于测量排出焦炭的重量，可以参
与干熄炉内焦炭总量的计算或者用来粗略校验高温雷达料位计。
4.2 预存室料位存在的隐患
对于测量连续料位的高温雷达料位计来讲，随着雷达技术的逐步
12际科工业控制系统（天津）有限公司
成熟，该产品的稳定性越来越好，大部分隔热处理做的比较好的厂家
都能满足现场的测量需求。
但对于高料位限位来讲，现在很多业主采用的是静电容或者传
统的电磁波料位开关。此两种类型的料位开关最终动作的触发都是通
过继电器常开点或者常闭点输出的信号，而继电器的常开或常闭点不
管是否通电、仪表是否完好的状况下，都会一直输出信号。
由于此处的高限位开关是最后一道全保障，平时基本上不会触发
动作状态，料位计传感器常年处于高温工况下，即便是烧坏的情况下
也不能保证开关一定发生动作，甚至传感器与二次表之间通讯中断，
信号也不会发生变化，所以中控室人员基本上很难发现。
然而通过添加焦炭来校准料位开关又存在一定的操作危险性，所
以维护人员很难及时校验现场高温限位开关的好坏。如果因为没有及
时检查出高温限位开关是否完好，导致红焦溢出，会带来非常严重的
生产安全事故。虽说如此严重的问题，但由于属于小概率事件而往往
被很多企业安全负责人所忽略。
由此来看，一款带有自动校验和故障指示的高温限位开关可对现
场的使用和维护是非常有必要的。
五、J-CONTROL 高温料位解决方案
5.1J-CONTROL 微波料位开关简介

5.1.1 检测原理
J-CONTROL 微波物位检测器是基于 24GHZ 高频微波，采用多普勒
微波原理制造，由发射器和接收器组成，是非接触式测量方式，特
别适用于高温、重载物料工况的解决方案。



5.1.2 产品优势
J-CONTROL 微波料位开关具有如下优点：
①可视化窗口，就地显示，方便灵活的面板调试操作；
②常规工况下最长检测可达 110m；
③具有四通道通信选择功能，可实现高位、高高位、低位、低低
位同时安装，避免相互干扰；
④可穿透绝缘材料，检测仓内料位；
⑤发射器自带测试功能，可随时在线校验仪表的准确性；
⑥可提供定制化服务，根据不同安装现场提异形定制。
5.2 J-CONTROL 高温微波料位开关
对于干熄焦一次除尘的料位测量，仪表需要具有耐高温、耐冲刷
等特点，同时还得具有高可靠性。
J-CONTROL的耐高温定制产品在没有氮气吹扫的情况下可连续在
1150℃环境下工作，同时可提供氮气吹扫接口作为可选服务项。产品
采用非接触式测量，所有传感器及元器件均为原装进口产品，充分保
证了产品的耐用可靠。
J-CONTROL产品在莱芜钢铁集团股份有限公司焦化厂干熄焦预存
室和一次除尘灰斗安装使用以来，一直运行良好，从未误报。相关现
场图片如下所示：





5.3 J-CONTROL 高温微波料位开关与其他产品比较