摘要：根據(jù)焦爐加熱自動控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容和主要特點，分析討論在國內(nèi)焦爐上實現(xiàn)加熱自動控制的基本條件、實施步驟、技術(shù)走向探討。

關(guān)鍵詞　焦爐加熱　計算機　自動控制

為適應(yīng)當今技術(shù)進步、環(huán)境保護和節(jié)約能源的要求，許多焦化廠實施了自動控制系統(tǒng)，以下就國內(nèi)焦爐加熱自動控制系統(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)焦爐供熱量，但無論采用何種供熱模型都不可能完全準確地計算調(diào)節(jié)量，且焦爐是一個熱滯后十分嚴重的操作單元，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，以克服焦爐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行自動調(diào)整。但操作表明僅靠反饋控制也難以達到理想的效果，因為調(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，因為燃燒狀態(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)或強制通風(fēng)兩種形式，國內(nèi)大多數(shù)焦爐屬自然通風(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，全爐一般以標準蓄熱室吸力為基準，使上升和下降氣流的蓄頂吸力保持一致，機、焦側(cè)的標準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)分煙道吸力控制實現(xiàn)，所以吸力控制系統(tǒng)實質(zhì)上是結(jié)合看火孔壓力進行廢氣氧含量控制，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)該包括焦爐各操作參數(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。當然各地亦可根據(jù)實際情況確定適合的控制系統(tǒng)，不必強求一致。

2、實現(xiàn)自動控制的技術(shù)條件

(1)進一步完善焦爐數(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;另一方面加強維護和管理，實現(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。我國大型焦爐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)由于大焦爐是雙集氣管，尤其在結(jié)焦后期，煤氣量較少的時候，機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，火落溫度點難以判斷準確;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。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、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焦爐總供熱模型。焦爐總供熱量的確定必須針對具體的焦爐和煉焦煤條件，建立與目標火道溫度、目標結(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)測焦爐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)定焦爐供熱量，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目標火道溫度與目標結(jié)焦時間計算及調(diào)整這里涉及到目標火道溫度與結(jié)焦時間、裝煤量、裝煤水分、焦餅溫度的相關(guān)方程;實測焦餅溫度偏差時的火道溫度校正方程與實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)和不同的焦爐爐型，可以考慮不同控制水平的加熱系統(tǒng)。

(1)計算機指導(dǎo)加熱系統(tǒng)。計算機根據(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人工輸入加減煤氣流量指令，實現(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，經(jīng)分析給出全爐或單個燃燒室的調(diào)火指導(dǎo)。

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

⑤實現(xiàn)人機對話，計算機打印焦爐熱工狀態(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)在完善焦爐生產(chǎn)參數(shù)在線測量的基礎(chǔ)上，實施爐溫反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng);利用目標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，以達到合理燃燒之目的。

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

(5)在實現(xiàn)全爐組控制的基礎(chǔ)上，進一步實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)火道溫度測點位置和數(shù)量的選擇，既要能夠及時、準確地反應(yīng)全爐溫度，又要保證測溫儀器不易損壞。

(3)要研究適合我國焦爐結(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)進一步加強新的加熱系統(tǒng)研究和新焦爐爐型的研制，使加熱控制與焦爐建設(shè)同步進行。

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

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