摘要：根據(jù)焦?fàn)t加熱自動控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容和主要特點(diǎn)，分析討論在國內(nèi)焦?fàn)t上實(shí)現(xiàn)加熱自動控制的基本條件、實(shí)施步驟、技術(shù)走向探討。

關(guān)鍵詞　焦?fàn)t加熱　計算機(jī)　自動控制

為適應(yīng)當(dāng)今技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的要求，許多焦化廠實(shí)施了自動控制系統(tǒng)，以下就國內(nèi)焦?fàn)t加熱自動控制系統(tǒng)技術(shù)走向做一探討。

1、控制系統(tǒng)的確定

前饋控制能及時根據(jù)煤料性質(zhì)、裝爐煤水分、結(jié)焦時間和火道溫度等量的變化調(diào)節(jié)焦?fàn)t供熱量，但無論采用何種供熱模型都不可能完全準(zhǔn)確地計算調(diào)節(jié)量，且焦?fàn)t是一個熱滯后十分嚴(yán)重的操作單元，所以完全靠前饋控制是有局限性的。爐溫反饋調(diào)節(jié)可根據(jù)檢測量和被控量之間的偏差大小決定調(diào)節(jié)量，以克服焦?fàn)t操作不可測因素對爐溫的影響，同時對前饋輸入量偏小或偏大而引起的溫度波動也能進(jìn)行自動調(diào)整。但操作表明僅靠反饋控制也難以達(dá)到理想的效果，因?yàn)檎{(diào)節(jié)偏差量只對過程變化結(jié)果作用，不能很好地預(yù)測這些因素變化規(guī)律，而結(jié)果變化的主要原因正是主要操作參數(shù)變化所致。所以只有把上述兩種方式結(jié)合起來，才能使控制對象處于最佳工作狀態(tài)。

吸力控制可保證加熱煤氣的合理燃燒，因?yàn)槿紵隣顟B(tài)的好壞取決于空氣和煤氣比例，煤氣量由前饋或反饋調(diào)節(jié)后設(shè)定，空氣量的供給主要采用自然通風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)兩種形式，國內(nèi)大多數(shù)焦?fàn)t屬自然通風(fēng)，也沒有蓄熱室下調(diào)空氣結(jié)構(gòu)，空氣量由蓄頂吸力和風(fēng)門開度決定，在風(fēng)門不變的情況上，可由吸力控制空氣量，全爐一般以標(biāo)準(zhǔn)蓄熱室吸力為基準(zhǔn)，使上升和下降氣流的蓄頂吸力保持一致，機(jī)、焦側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)吸力控制取決于空氣系數(shù)(或氧含量)和看火孔壓力，分別由相應(yīng)分煙道吸力控制實(shí)現(xiàn)，所以吸力控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是結(jié)合看火孔壓力進(jìn)行廢氣氧含量控制，以保證煤氣量或操作條件改變時及時調(diào)整空氣量，使燃燒始終處于穩(wěn)定和最佳燃燒狀態(tài)。

生產(chǎn)計劃管理是指生產(chǎn)推焦計劃、生產(chǎn)監(jiān)控和報表輸出等日常管理工作，編排推焦和裝煤計劃、結(jié)焦時間變化和炭化室處理后的亂簽攆爐計劃，以及顯示或打印出新的出爐計劃和新的大循環(huán)計劃，在生產(chǎn)條件變化較大時，退出自動編排系統(tǒng)，計算機(jī)給出操作指導(dǎo)。生產(chǎn)監(jiān)控主要是監(jiān)視和指導(dǎo)推焦和裝煤生產(chǎn)情況，通常將信息傳到計算中心，以便于全爐控制;在上述監(jiān)控過程中計算機(jī)自動記錄和算出操作時間、推焦電流、計劃系數(shù)、執(zhí)行系數(shù)、總系數(shù)和其它參數(shù)，并可以打印出推焦日報表。

綜上所述，較理想的控制系統(tǒng)應(yīng)該包括焦?fàn)t各操作參數(shù)的在線檢測、前饋供熱、爐溫和吸力反饋調(diào)節(jié)，生產(chǎn)計劃管理和單個炭化室的操作指導(dǎo)等系統(tǒng)構(gòu)成。當(dāng)然各地亦可根據(jù)實(shí)際情況確定適合的控制系統(tǒng)，不必強(qiáng)求一致。

2、實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)條件

(1)進(jìn)一步完善焦?fàn)t數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完善測量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件和軟件，一方面要加強(qiáng)連續(xù)在線測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性研究，降低原材料價格;另一方面加強(qiáng)維護(hù)和管理，實(shí)現(xiàn)控制和管理并重。

(2)建立正確的數(shù)學(xué)模型

①火道溫度控制模型。一般需建立被測溫度與控制溫度模型關(guān)系;

②結(jié)焦終了判斷模型。保證焦餅按時成熟是保證焦炭質(zhì)量、穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)約能源的重要措施。我國大型焦?fàn)t的上升管上都安裝有可測量粗煤氣溫度的火落孔，理論上可要據(jù)粗煤氣溫度的變化趨勢精確地判斷焦餅的成熟時間，但我們經(jīng)過多次測量發(fā)現(xiàn)由于大焦?fàn)t是雙集氣管，尤其在結(jié)焦后期，煤氣量較少的時候，機(jī)方與焦方的煤氣波動較大，甚至出現(xiàn)倒流，使粗煤氣溫度變化反復(fù)無常，火落溫度點(diǎn)難以判斷準(zhǔn)確;即使在結(jié)焦末期關(guān)掉一側(cè)上升管，測到的規(guī)律性也不強(qiáng)。較好的模型是以測量焦餅溫度判斷結(jié)焦終了時間，但必須建立被測焦餅溫度與焦餅中心溫度的關(guān)系，同時要能夠反應(yīng)焦餅上下高向和機(jī)、焦側(cè)長向的溫度分布，為操作指導(dǎo)系統(tǒng)提供必要的信息。

③焦?fàn)t總供熱模型。焦?fàn)t總供熱量的確定必須針對具體的焦?fàn)t和煉焦煤條件，建立與目標(biāo)火道溫度、目標(biāo)結(jié)焦時間、煉焦煤和操作參數(shù)等的關(guān)系，利用此數(shù)學(xué)模型可以有效地預(yù)測焦?fàn)t的干擾量變化時引起供熱量變化。對于一些不可測因素的干擾可以通過火道溫度反饋控制來校正。

④煤氣流量及校正。為了穩(wěn)定焦?fàn)t供熱量，必須隨時根據(jù)加熱煤氣的性質(zhì)參數(shù)校正煤氣流量。

⑤目標(biāo)火道溫度與目標(biāo)結(jié)焦時間計算及調(diào)整這里涉及到目標(biāo)火道溫度與結(jié)焦時間、裝煤量、裝煤水分、焦餅溫度的相關(guān)方程;實(shí)測焦餅溫度偏差時的火道溫度校正方程與實(shí)測火道溫度偏差時的校正方程。

⑥吸力控制模型。建立加熱煤氣量、空氣系數(shù)、火道溫度等與蓄頂吸力相關(guān)方程。

3、控制方式的選擇

對于不同的焦化企業(yè)和不同的焦?fàn)t爐型，可以考慮不同控制水平的加熱系統(tǒng)。

(1)計算機(jī)指導(dǎo)加熱系統(tǒng)。計算機(jī)根據(jù)人工測量結(jié)果自動分析，提供加熱指導(dǎo)信息，也可允許操作者利用計算機(jī)人工輸入加減煤氣流量指令，實(shí)現(xiàn)簡單的控制。此系統(tǒng)投資少，也能取得一定的節(jié)能效果，基本具備以下功能：

①自動監(jiān)測加熱煤氣性質(zhì)參數(shù)，并可根據(jù)上述參數(shù)的變化保持供熱量恒定。

②自動監(jiān)測分煙道溫度、吸力、含氧量，由計算機(jī)分析給出煙道吸力的控制指令，保證煤氣和空氣合理燃燒。

③自動測試焦餅溫度和溫度分布，人工輸入計算機(jī)，經(jīng)分析給出全爐或單個燃燒室的調(diào)火指導(dǎo)。

④當(dāng)生產(chǎn)條件變化較大時，計算機(jī)給出供熱量和吸力調(diào)整值。

⑤實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，計算機(jī)打印焦?fàn)t熱工狀態(tài)。

(2)前饋供熱控制系統(tǒng)。即考慮裝爐煤性質(zhì)和操作參數(shù)，結(jié)合煉焦耗熱的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定前饋供熱量，再經(jīng)過一段時間的數(shù)據(jù)積累，可使系統(tǒng)逐步達(dá)到優(yōu)化。在功能設(shè)置上除具備在線測量與顯示功能、全爐供熱量及偏差量調(diào)整、空氣煤氣比例控制和吸力調(diào)整外，還可以自動編制正常和非正常時的推焦計劃和生產(chǎn)管理計劃。

(3)在完善焦?fàn)t生產(chǎn)參數(shù)在線測量的基礎(chǔ)上，實(shí)施爐溫反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng);利用目標(biāo)火道溫度模型計算和控制火道溫度;利用廢氣氧含量自動測量系統(tǒng)反饋控制煤氣和空氣比例，以達(dá)到合理燃燒之目的。

(4)實(shí)施前饋與反饋控制相結(jié)合的計算機(jī)管理和自動控制。其主要功能達(dá)到國際同等水平，但此系統(tǒng)由于具備較高的自動化水平，對焦?fàn)t操作人員素質(zhì)和管理水平都有較嚴(yán)格的要求。

(5)在實(shí)現(xiàn)全爐組控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)施各炭化室的燃燒控制系統(tǒng)，以大幅度降低煉焦耗熱量和穩(wěn)定焦炭質(zhì)量。

4、硬件與軟件建設(shè)

(1)在線檢測儀表的性能穩(wěn)定、維修方便是硬件建設(shè)的首要問題。

(2)火道溫度測點(diǎn)位置和數(shù)量的選擇，既要能夠及時、準(zhǔn)確地反應(yīng)全爐溫度，又要保證測溫儀器不易損壞。

(3)要研究適合我國焦?fàn)t結(jié)構(gòu)的結(jié)焦終了時間的判斷方法。

(4)爐墻溫度測量可以采用推焦桿安裝紅外測溫儀的方法，也可以采用在攔焦車測紅焦溫度后反推爐墻溫度的方法，且后者更方便些。

(5)進(jìn)一步加強(qiáng)新的加熱系統(tǒng)研究和新焦?fàn)t爐型的研制，使加熱控制與焦?fàn)t建設(shè)同步進(jìn)行。

(6)要在不斷總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，全面提高操作者文化素質(zhì)，加強(qiáng)技術(shù)管理。

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