油砂热解系统运行参数在线监测系统设计(3)
（1）了解油砂热解的相关工艺，熟悉此油砂热解系统的工艺流程及主要的工艺参数；
（2）结合前人的研究成果和实际的生产工艺，确定需要进行监测的热解系统运行参数；
（3）针对需要监测的参数，进行传感器、数据采集和转换模块等设备选型；
（4）完成在线参数监测系统的显示界面和程序代码的编写；
（5）使用监测系统对油砂热解系统运行过程的相关参数进行实时监测，测试监测系统运行的可靠性和稳定性。
2 监测参数的确定
本章主要对油砂热解系统的工艺流程进行分析，并基于油砂的热解过程的TG-DSC曲线分析结果和热解系统相关运行参数的设计原理确定监测系统需要进行监测的关键参数和具体的监测点。
2.1 热解系统工艺流程分析
当前主流的油砂热解工艺有：鲁奇—鲁尔盖司炉工艺、ATP工艺以及流化干馏工艺[29]。鲁奇——鲁尔盖司炉工艺将油砂原料送进螺旋混合器中，与循环的热砂进行混合，充分反应后被送进沉降分离罐，完成油砂残渣和油气的分离。油砂残渣在重力作用下落到沉降分离罐底部，然后被空气送到提升管进行燃烧，并作为热载体再次进入螺旋混合器。ATP工艺以热砂为热载体对油砂加热制取油砂沥青，回转炉是其技术核心，它包括燃烧段、干馏段、预热段以及冷却段四个部分。流化干馏工艺将油砂原料送入反应炉，经过燃烧后的热砂加热，炉内温度达到480℃，在此过程中产生的油气则进入冷凝器，充分冷却后完成油、气的分离和回收，而产生的油砂残渣被空气吹入燃烧炉进行燃烧，烧掉附着在砂子上的残炭，然后将其中的一部分热砂粒送回反应炉为干馏过程提供热量，剩下的砂子则被废弃。本课题采用的油砂热解系统工艺与以上三种有相似之处，具体的工艺流程如下：
进料前，先将热解炉升到指定温度，然后向炉内喷水，液态水变成水蒸气，将炉内的空气从热解气出口处赶出，喷水时间持续到炉内含氧量低于某一较小值。喷水过程中，文持炉内温度在某一范围。
经破碎筛分后的油砂原料进入料仓，堆积到一定高度后经两个叠加的关风器均匀进入油砂热解炉，在热解炉内吸收热量热解产生水蒸气、不凝结气体和油蒸汽等气体。油砂热解后的残渣通过两个叠加的关风器排出，而热解气被后面的燃气泵抽入冷却塔进行冷却。其中，水蒸气和油蒸汽液化，经冷却塔底部由油泵泵入储油罐净置分离，而不凝结气体降温后从侧面被燃气泵抽入洗气罐，然后储存在缓冲罐。
对不凝结气体的成分进行分析后得知，其主要成分为CH4、CO、C2H6等可燃气。油砂热解炉所需热量由不凝结气体或天然气在燃烧炉中燃烧产生的高温烟气供给，具体采用何种气体燃烧供热取决于实际产生的不凝结气体流量，理论计算表明不凝结气体能够提供文持油砂热解所需的热量。高温烟气从燃烧炉左下方的热风通道入口进入热解炉，在热解炉内换热后从炉子左上方的热风通道出口排出，此时烟气温度有所降低，并且分成两个部分，一部分经引风机重新送回燃烧炉循环使用，另一部分从排气管道排出，用于进、出料口处的锁气，或者直接排入大气。
油砂在热解炉内的移动通过链条的运动实现，控制带动链条的电机转速即可调节油砂在炉内的停留时间。进料速度和出渣速度分别由带动进料关风器和出料关风器的电机控制。热解炉内烟气与油砂之间的换热方式实质上是间壁式换热器换热[30,31]，烟气在热风通道内流动，而随链条运动的油砂可以近似认为在炉内流动。在热风通道内，烟气流速较大，换热方式以强迫对流为主；在热解炉内，由于油砂原料与热解炉的温差较大，主要换热方式为热辐射。采用间壁式换热器可以有效避免热解气与烟气的掺混，这对于提高系统运行的安全性、烟气的循环利用以及后续不凝结气体的后续燃烧都是十分必要的。该间壁式换热器的传热系数与油砂的理化性质、链轮转速、热风通道的尺寸、材质和烟气流速有关，其中烟气流速可以通过改变热风通道中引风机的转速来调节。冷却塔中采用直接接触式换热[32]，即将室温下的水直接喷入到热解气中，这种方法换热效率很高，并且水和沥青很容易分离，不会对后续沥青的加工造成影响