国内焦炉加热自动控制系统技术走向探讨

摘要：根据焦炉加热自动控制系统的基本内容和主要特点，分析讨论在国内焦炉上实现加热自动控制的基本条件、实施步骤、技术走向探讨。

关键词　焦炉加热　计算机　自动控制

为适应当今技术进步、环境保护和节约能源的要求，许多焦化厂实施了自动控制系统，以下就国内焦炉加热自动控制系统技术走向做一探讨。

1、控制系统的确定

前馈控制能及时根据煤料性质、装炉煤水分、结焦时间和火道温度等量的变化调节焦炉供热量，但无论采用何种供热模型都不可能完全准确地计算调节量，且焦炉是一个热滞后十分严重的操作单元，所以完全靠前馈控制是有局限性的。炉温反馈调节可根据检测量和被控量之间的偏差大小决定调节量，以克服焦炉操作不可测因素对炉温的影响，同时对前馈输入量偏小或偏大而引起的温度波动也能进行自动调整。但操作表明仅靠反馈控制也难以达到理想的效果，因为调节偏差量只对过程变化结果作用，不能很好地预测这些因素变化规律，而结果变化的主要原因正是主要操作参数变化所致。所以只有把上述两种方式结合起来，才能使控制对象处于最佳工作状态。

吸力控制可保证加热煤气的合理燃烧，因为燃烧状态的好坏取决于空气和煤气比例，煤气量由前馈或反馈调节后设定，空气量的供给主要采用自然通风或强制通风两种形式，国内大多数焦炉属自然通风，也没有蓄热室下调空气结构，空气量由蓄顶吸力和风门开度决定，在风门不变的情况上，可由吸力控制空气量，全炉一般以标准蓄热室吸力为基准，使上升和下降气流的蓄顶吸力保持一致，机、焦侧的标准吸力控制取决于空气系数(或氧含量)和看火孔压力，分别由相应分烟道吸力控制实现，所以吸力控制系统实质上是结合看火孔压力进行废气氧含量控制，以保证煤气量或操作条件改变时及时调整空气量，使燃烧始终处于稳定和最佳燃烧状态。

生产计划管理是指生产推焦计划、生产监控和报表输出等日常管理工作，编排推焦和装煤计划、结焦时间变化和炭化室处理后的乱签撵炉计划，以及显示或打印出新的出炉计划和新的大循环计划，在生产条件变化较大时，退出自动编排系统，计算机给出操作指导。生产监控主要是监视和指导推焦和装煤生产情况，通常将信息传到计算中心，以便于全炉控制;在上述监控过程中计算机自动记录和算出操作时间、推焦电流、计划系数、执行系数、总系数和其它参数，并可以打印出推焦日报表。

综上所述，较理想的控制系统应该包括焦炉各操作参数的在线检测、前馈供热、炉温和吸力反馈调节，生产计划管理和单个炭化室的操作指导等系统构成。当然各地亦可根据实际情况确定适合的控制系统，不必强求一致。

2、实现自动控制的技术条件

(1)进一步完善焦炉数据采集系统完善测量和数据采集系统的硬件和软件，一方面要加强连续在线测量系统的稳定性和可靠性研究，降低原材料价格;另一方面加强维护和管理，实现控制和管理并重。

(2)建立正确的数学模型

①火道温度控制模型。一般需建立被测温度与控制温度模型关系;

②结焦终了判断模型。保证焦饼按时成熟是保证焦炭质量、稳定生产和节约能源的重要措施。我国大型焦炉的上升管上都安装有可测量粗煤气温度的火落孔，理论上可要据粗煤气温度的变化趋势精确地判断焦饼的成熟时间，但我们经过多次测量发现由于大焦炉是双集气管，尤其在结焦后期，煤气量较少的时候，机方与焦方的煤气波动较大，甚至出现倒流，使粗煤气温度变化反复无常，火落温度点难以判断准确;即使在结焦末期关掉一侧上升管，测到的规律性也不强。较好的模型是以测量焦饼温度判断结焦终了时间，但必须建立被测焦饼温度与焦饼中心温度的关系，同时要能够反应焦饼上下高向和机、焦侧长向的温度分布，为操作指导系统提供必要的信息。

③焦炉总供热模型。焦炉总供热量的确定必须针对具体的焦炉和炼焦煤条件，建立与目标火道温度、目标结焦时间、炼焦煤和操作参数等的关系，利用此数学模型可以有效地预测焦炉的干扰量变化时引起供热量变化。对于一些不可测因素的干扰可以通过火道温度反馈控制来校正。

④煤气流量及校正。为了稳定焦炉供热量，必须随时根据加热煤气的性质参数校正煤气流量。

⑤目标火道温度与目标结焦时间计算及调整这里涉及到目标火道温度与结焦时间、装煤量、装煤水分、焦饼温度的相关方程;实测焦饼温度偏差时的火道温度校正方程与实测火道温度偏差时的校正方程。

⑥吸力控制模型。建立加热煤气量、空气系数、火道温度等与蓄顶吸力相关方程。

3、控制方式的选择

对于不同的焦化企业和不同的焦炉炉型，可以考虑不同控制水平的加热系统。

(1)计算机指导加热系统。计算机根据人工测量结果自动分析，提供加热指导信息，也可允许操作者利用计算机人工输入加减煤气流量指令，实现简单的控制。此系统投资少，也能取得一定的节能效果，基本具备以下功能：

①自动监测加热煤气性质参数，并可根据上述参数的变化保持供热量恒定。

②自动监测分烟道温度、吸力、含氧量，由计算机分析给出烟道吸力的控制指令，保证煤气和空气合理燃烧。

③自动测试焦饼温度和温度分布，人工输入计算机，经分析给出全炉或单个燃烧室的调火指导。

④当生产条件变化较大时，计算机给出供热量和吸力调整值。

⑤实现人机对话，计算机打印焦炉热工状态。

(2)前馈供热控制系统。即考虑装炉煤性质和操作参数，结合炼焦耗热的经验数据，设定前馈供热量，再经过一段时间的数据积累，可使系统逐步达到优化。在功能设置上除具备在线测量与显示功能、全炉供热量及偏差量调整、空气煤气比例控制和吸力调整外，还可以自动编制正常和非正常时的推焦计划和生产管理计划。

(3)在完善焦炉生产参数在线测量的基础上，实施炉温反馈调节系统;利用目标火道温度模型计算和控制火道温度;利用废气氧含量自动测量系统反馈控制煤气和空气比例，以达到合理燃烧之目的。

(4)实施前馈与反馈控制相结合的计算机管理和自动控制。其主要功能达到国际同等水平，但此系统由于具备较高的自动化水平，对焦炉操作人员素质和管理水平都有较严格的要求。

(5)在实现全炉组控制的基础上，进一步实施各炭化室的燃烧控制系统，以大幅度降低炼焦耗热量和稳定焦炭质量。

4、硬件与软件建设

(1)在线检测仪表的性能稳定、维修方便是硬件建设的首要问题。

(2)火道温度测点位置和数量的选择，既要能够及时、准确地反应全炉温度，又要保证测温仪器不易损坏。

(3)要研究适合我国焦炉结构的结焦终了时间的判断方法。

(4)炉墙温度测量可以采用推焦杆安装红外测温仪的方法，也可以采用在拦焦车测红焦温度后反推炉墙温度的方法，且后者更方便些。

(5)进一步加强新的加热系统研究和新焦炉炉型的研制，使加热控制与焦炉建设同步进行。

(6)要在不断总结生产经验的基础上，全面提高操作者文化素质，加强技术管理。

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