焦化生产检测及自动控制系统-焦炉的检测及自动控制

焦炉除关键的加热控制系统以外，其检测和自动控制系统都大致相同，此外，焦炉加热用的燃料，在不同类型的焦化厂是不同的，钢铁企业的焦化厂大都使用高炉煤气和焦炉煤气组成的混合煤气加热，而煤气厂，独立的大型焦化厂大都使用发生炉煤气和焦炉煤气组成的混合煤气加热，还有一些焦炉则以单烧发生炉煤气或焦炉煤气，高炉煤气。

焦炉加热控制已由使用常规仪表控制发展成为计算机数学模型控制，目前主要有以下的五种类型：稳定加热型，燃烧室温度控制型，结焦终点控制型，热平衡控制型和总热量输入控制型。最常用和典型的仪表控制系统是稳定加热型式，即它只稳定加热用煤气压力或流量（测量流量时加入温度，压力补正，有的还加入热值补正）与烟道吸力等，用人工定期测量炉温，发现温度偏差规定值时，再由人去改变煤气量和烟道吸力的设定值，整个焦炉检测和自动控制系统见图1，它包括（1）混合煤气与助燃空气流量控制及空燃比控制，后者除由操作人员设定配比值外，还根据烟道中废气氧含量的测定值来修正，且为了避免焦炉交换时的干扰，在交换时将由自动切换到手动，保持空气煤气流量不变。混合煤气预热后温度控制。（3）焦炉煤气压力控制。大烟道吸力控制。（5）集气管压力控制。（6）集气管自动燃烧放散控制，其逻辑图见图3。现代焦炉的集气管自动燃烧放散控制都是如图2所示由PLC执行的，系统具有联锁-自动，不联锁-自动，手动三种状态供操作人员选择；当PLC故障时，系统只有手动状态供操作人员进行点火，放散；当PLC和继电器都故障时，系统只有手动状态供操作人员进行放散。这种随着硬件故障，系统逐级功能弱化的方法，提高了系统的可靠性的可操作性。系统软件可划分成五个功能块：主控，点火，给水阀控制，手动设定和报警。现以主控部分为例。来讨论它们的工作过程。当KMH发出上限或上上限报警信号后，程序自动逻辑“或”，产生一内部信号（PLC内部逻辑作用的信号!，不直接与外部设备打交道）；当上限和上上限信号同时发生后，程序就产生一逻辑“与”信号，这个信号必须在程序内延时15s，确认无误后才去执行预定的放散动作。当产生放散信号后，便产生一起动信号，它供点火部分起动高压点火器，在点火的同时打开放散阀。如果系统切至联锁-自动工作状态，这时联锁信号接通，此时放散阀正在放散。如果气管压力下降到规定的下限，则自动关闭放散阀。由于放散阀控制线圈是一个RS触发器结构，它具有自锁功能。

图1 焦炉的检测及自动控制系统图

图1 是宝钢一期的系统，但大多数系统没有助燃空气管道，此时，空燃比是靠调整烟道吸力来达到。

图2  集气管煤气自动燃烧放散PLC控制系统图

稳定加热型的焦炉加热系统，亦有只稳定加热用煤气压力的，因为压力稳定意味着流量稳定，但系统结构要简单些，且投资也少，因而得到广泛应用。焦炉加热系统根据焦炉所用燃料及方式（燃烧发生炉煤气和焦炉煤气的混合煤气方式，单烧发生炉煤气，高炉煤气或焦炉煤气方式）不同而不同。

图3  只稳定加热用煤气压力的焦炉加热系统图

图3 示出了单烧发生炉煤气或高炉煤气的加热系统，此时煤气分机，焦两侧经废气盘"，烟道"，热室预热后再进入燃烧室!所以机，焦两侧煤气支管分别设置煤气压力控制，保持翻板后煤气压力稳定，使进入焦炉的煤气量得到控制#煤气流量测量和累积也分机，焦两侧设置，为控制焦炉加热所需要的空气量，在焦炉两侧分设置了吸力控制系统。两侧分烟道还装有废气残氧量及温度检测仪表，以便进一步掌握焦炉燃烧状况。

图4 烧混合煤气的焦炉加热控制系统

图4  示出了混合煤气为燃料时的焦炉稳定加热控制系统。采用混合煤气加热时，废气系统的检测控制项目设置，与单种煤气加热系统相同。焦炉煤气管道系统除设有煤气主管压力控制系统外，还设有混入焦炉煤气流量的定值控制系统，以保持混入焦炉煤气流量稳定。由于各厂气源供应情况不同，两种煤气流量混合比例是不同的，一般焦炉煤气量只占总量的3%～5%。根据实际需要确定流量调节器的设定值。机，焦两侧混合煤气压力的控制是靠改变机，焦两侧发生炉（或高炉）煤气蝶阀开度来实现的。在本系统中焦炉煤气总管，混合前机，焦侧焦炉煤气支管及发生炉（或高炉）煤气支管流量的检测和累积总量，均经过温度，压力校正。

燃烧室温度控制型的加热系统是一个串级控制系统，副调节回路是流量的控制回路，即将焦炉燃烧用的煤气流量经温度，压力与热值的校正后保持稳定，再取一个炉组或全炉燃烧 室温度的平均值并做处理后，作为主调节回路以校正焦炉用的加热煤气量，使燃烧室平均温度保持在预定值上。有关燃烧室温度的测量见相关内容。有关燃烧室平均温度的设定值，传统的操作方式是根据光学高温计人工间断地观测值作依据，确定温度调节器的设定值，调节进入炉内高炉煤气压力以改变供热量。由于此观测值的人工误差与仪器误差太大，数据可靠性低，观测时间长!，统实时性差，简单的回路仪表控制无法综合其他诸多参数的变化给系统产生的影响，因此控制效果不好，计算机的应用，为更准确的方式提供条件，鞍钢18号焦炉是根据工艺人员长期操作经验，对各种影响加热因素及炉温变化趋势，综合归纳成近30条产生式规则，建立了一个简易的人工智能温控模型。根据炉温前后两个换向周期对标准设定温度值的变化量，经过温控模型的判别计算，并通过特设的输出控制处理模块，输出炉温控制信号，给混合煤气压力调节器作为定值。鞍钢系统投入后取得明显效果。焦炉炉温安定系数为±5℃，从系统运行前的48%，提高到85%，±7℃的安定系数达91%以上。降低耗热量2.4%。焦炭质量指标，M40提高1.6%，M10降低0.2%。

结焦终点控制型，热平衡控制型和总热量输入控制型的加热控制系统都是SPC(设定控制)方式，即由数学模型运算，其结果作为基础自动化控制系统的设定值来进行控制。