论文部分内容阅读
摘要：本文简介了我厂为了节能降耗提高效益安装的煤气优化控制系统及优点。以及带来的实际改善。
关键词： 焦炉煤气优化控制
中图分类号：TH183.2 文献标识码： A 文章编号：
前言
我厂为4座55孔年产220吨焦炭JN-60型焦炉，焦炉是冶金工业中体积最大、能耗最大、结构最复杂的炉窑,炭化室和燃烧室交替配置,加热煤气和空气在燃烧室混合燃烧,产生的热量经过炉墙传递到炭化室,煤从炭化室顶部装入,在炭化室中进行高温干馏,形成焦炭,然后由焦炉机械将之推出。每个炭化室的装煤量一般在28 t左右。焦炉是一个典型的具有大时滞，温度受多种干扰因素的影响，结焦周期过程长达16～22小时，并且过程特性参数受装煤量、煤性质、加热煤气热值、含水量等影响较大。因此稳定的控制炉温对于保证焦饼正常成熟，提高焦炭质量，降低能耗具有重大的现实意义。
我厂为了提高焦炭质量，降低煤气能耗，提高煤气利用率，实现效益最大化。采用了焦炉煤气优化控制加热系统。
火道温度的原始控制状态
我厂JN-60型焦炉，液压换向设备，换向时间间隔为30分钟，操作工每4小时用红外测温仪巡测一次温度，然后根据温度高低调节煤气流量，并相应的调整分烟道吸力的大小。
這样控制温度有以下主要缺点：
立火道温度不是均匀分布的，不同的人测温的点有可能不同，测出的温度就可能有较大差别。
立火道温度会随时间变化，直行温度是换向后5分钟开始测量，然后以一定的速度匀速测量，用大约6分钟测完。但实际操作误差比较大，对温度影响比较大。另外测温会遇到加煤或出炉也会对测温有影响。
回炉煤气压力波动较大，导致进入炉内的煤气流量波动较大，造成空气煤气比难以始终保持合理，能耗增加。
工艺人员定标准温度时，为了防止出现生焦，一般标准温度定的偏高。能耗也会增加。
火道温度的优化控制
为了解决原始人工控制对炉温的不利影响，我厂引进了安徽工业大学的焦炉优化加热系统。
我厂生产采用5-2串序，在机焦侧各选择10个相邻的无串漏无下火等完好的蓄热室，边蓄热室除外，最好选择中间位置的蓄热室（如图1）。采用1米长测量范围在900~1300℃的热电偶，将其插入相应的蓄热室顶部。然后连接采集转换等最后反映电脑上。
图1
优化控制采用焦侧单侧温度控制。控制画面有采集的蓄热室顶部平均温度，目标温度（标准温度），拟合温度，吸力常数，水分修正，煤气热值等（如图2）。
图2（部分控制画面）
其蓄热室顶部温度每个换向后10分钟采集一次，然后根据“拟合温度=蓄顶温度×温度系数＋温度常数”即可得到的火道温度（拟合温度）。为了确保拟合温度能正确反映实际炉温，我们仍然4小时巡测一次炉温。出现误差大时及时做出调整。在正常生产情况下，优化串级控制能自动根据炉温的变化进行煤气主管流量，机焦侧分烟道吸力的增减，无需人工干涉，但发生异常情况可按下列方法进行温度和吸力的调节。其具体为：
温度调节
当三班失策的火道温度连续高于目标温度5度以上，可增加温度常数2~3；若三班实测的火道温度连续低于目标温度5度以上，可减少温度常数2~3。
若实测的火道温度总是高于（或低于）目标温度，可减少（或增加）偏置流量。
当目标温度升高或降低时，需调整偏置流量，具体方法见下表：
吸力调整：在优化串级控制时，吸力的设定值随“焦炉优化设定流量”而自动增减，一般不需要仍变动，但当测温困难时，可直接增减吸力常数进行调节。
参数计算公式：
拟合温度=蓄顶温度×温度系数+温度常数
焦炉优化设定流量=偏置流量+比例增益×（目标温度－拟合温度）
优化设定吸力=焦炉优化设定流量×吸力系数+吸力常数
水分修正：设定流量的变化值=（实测水分－设定水分）×水分修正系数
修正后的焦炉优化设定流量=原焦炉优化设定流量+设定流量的变化值
焦饼中心温度修正：目标温度变化值=（设定焦饼温度－实测焦饼温度）/焦饼温度修正
修正后的焦炉优化设定流量=原焦炉优化设定流量+目标温度变化值×比例增益
由于其半个小时采集一次炉温，炉温反映频率大大增加，随之流量和吸力能够及时根据炉温情况进行自动调节。确保焦炭正常成熟，提高焦炭质量。提高了煤气的利用率，增加效益。
优化控制的效果
由于我厂上升管采用直径500mm的上升管直管，管径偏小，不利荒煤气导出，造成炉顶空间温度过高，结石墨严重，影响生产。在加满煤的基础上利用调节高向加热难以达到，还易造成顶部出现生焦。优化煤气控制后，煤气利用率提高，单孔耗热量减少，炉顶空间温度大幅降低，基本能够控制在800±30℃范围内，炉顶石墨情况的改善。同时炉顶空间温度的改善，二次裂解减少，提高了化产品的质量和产量。
我厂正常生产按18.5小时结焦，热值为179000kJ/，24小时煤气用量从原来280645立方米降至221409立方米，节省煤气21％左右。2011年前8个月多创造了500万元效益。
煤气流量的及时调节，保证了焦炭的成熟。夹生焦，蜂窝焦大幅基本消除，大小比较均匀，粒度基本在28 ~47mm，挥发分维持在1.2﹪左右。焦炭质量得到提高。
参考文献：
张大伟.焦炉加热优化串级控制系统的研究与应用［D］.马鞍山：安徽工业大学,2003.
姚绍章.炼焦学（第2版）［M］.北京：冶金工业出版社，1994.
历玉鸣.化工仪表与自动化（第3版）［M］.北京：化学工业出版社，1999
谭天恩，麦本熙.丁惠华.化工原理（第2版）［M］. 北京：化学工业出版社，1990.
关键词： 焦炉煤气优化控制
中图分类号：TH183.2 文献标识码： A 文章编号：
前言
我厂为4座55孔年产220吨焦炭JN-60型焦炉，焦炉是冶金工业中体积最大、能耗最大、结构最复杂的炉窑,炭化室和燃烧室交替配置,加热煤气和空气在燃烧室混合燃烧,产生的热量经过炉墙传递到炭化室,煤从炭化室顶部装入,在炭化室中进行高温干馏,形成焦炭,然后由焦炉机械将之推出。每个炭化室的装煤量一般在28 t左右。焦炉是一个典型的具有大时滞，温度受多种干扰因素的影响，结焦周期过程长达16～22小时，并且过程特性参数受装煤量、煤性质、加热煤气热值、含水量等影响较大。因此稳定的控制炉温对于保证焦饼正常成熟，提高焦炭质量，降低能耗具有重大的现实意义。
我厂为了提高焦炭质量，降低煤气能耗，提高煤气利用率，实现效益最大化。采用了焦炉煤气优化控制加热系统。
火道温度的原始控制状态
我厂JN-60型焦炉，液压换向设备，换向时间间隔为30分钟，操作工每4小时用红外测温仪巡测一次温度，然后根据温度高低调节煤气流量，并相应的调整分烟道吸力的大小。
這样控制温度有以下主要缺点：
立火道温度不是均匀分布的，不同的人测温的点有可能不同，测出的温度就可能有较大差别。
立火道温度会随时间变化，直行温度是换向后5分钟开始测量，然后以一定的速度匀速测量，用大约6分钟测完。但实际操作误差比较大，对温度影响比较大。另外测温会遇到加煤或出炉也会对测温有影响。
回炉煤气压力波动较大，导致进入炉内的煤气流量波动较大，造成空气煤气比难以始终保持合理，能耗增加。
工艺人员定标准温度时，为了防止出现生焦，一般标准温度定的偏高。能耗也会增加。
火道温度的优化控制
为了解决原始人工控制对炉温的不利影响，我厂引进了安徽工业大学的焦炉优化加热系统。
我厂生产采用5-2串序，在机焦侧各选择10个相邻的无串漏无下火等完好的蓄热室，边蓄热室除外，最好选择中间位置的蓄热室（如图1）。采用1米长测量范围在900~1300℃的热电偶，将其插入相应的蓄热室顶部。然后连接采集转换等最后反映电脑上。
图1
优化控制采用焦侧单侧温度控制。控制画面有采集的蓄热室顶部平均温度，目标温度（标准温度），拟合温度，吸力常数，水分修正，煤气热值等（如图2）。
图2（部分控制画面）
其蓄热室顶部温度每个换向后10分钟采集一次，然后根据“拟合温度=蓄顶温度×温度系数＋温度常数”即可得到的火道温度（拟合温度）。为了确保拟合温度能正确反映实际炉温，我们仍然4小时巡测一次炉温。出现误差大时及时做出调整。在正常生产情况下，优化串级控制能自动根据炉温的变化进行煤气主管流量，机焦侧分烟道吸力的增减，无需人工干涉，但发生异常情况可按下列方法进行温度和吸力的调节。其具体为：
温度调节
当三班失策的火道温度连续高于目标温度5度以上，可增加温度常数2~3；若三班实测的火道温度连续低于目标温度5度以上，可减少温度常数2~3。
若实测的火道温度总是高于（或低于）目标温度，可减少（或增加）偏置流量。
当目标温度升高或降低时，需调整偏置流量，具体方法见下表：
吸力调整：在优化串级控制时，吸力的设定值随“焦炉优化设定流量”而自动增减，一般不需要仍变动，但当测温困难时，可直接增减吸力常数进行调节。
参数计算公式：
拟合温度=蓄顶温度×温度系数+温度常数
焦炉优化设定流量=偏置流量+比例增益×（目标温度－拟合温度）
优化设定吸力=焦炉优化设定流量×吸力系数+吸力常数
水分修正：设定流量的变化值=（实测水分－设定水分）×水分修正系数
修正后的焦炉优化设定流量=原焦炉优化设定流量+设定流量的变化值
焦饼中心温度修正：目标温度变化值=（设定焦饼温度－实测焦饼温度）/焦饼温度修正
修正后的焦炉优化设定流量=原焦炉优化设定流量+目标温度变化值×比例增益
由于其半个小时采集一次炉温，炉温反映频率大大增加，随之流量和吸力能够及时根据炉温情况进行自动调节。确保焦炭正常成熟，提高焦炭质量。提高了煤气的利用率，增加效益。
优化控制的效果
由于我厂上升管采用直径500mm的上升管直管，管径偏小，不利荒煤气导出，造成炉顶空间温度过高，结石墨严重，影响生产。在加满煤的基础上利用调节高向加热难以达到，还易造成顶部出现生焦。优化煤气控制后，煤气利用率提高，单孔耗热量减少，炉顶空间温度大幅降低，基本能够控制在800±30℃范围内，炉顶石墨情况的改善。同时炉顶空间温度的改善，二次裂解减少，提高了化产品的质量和产量。
我厂正常生产按18.5小时结焦，热值为179000kJ/，24小时煤气用量从原来280645立方米降至221409立方米，节省煤气21％左右。2011年前8个月多创造了500万元效益。
煤气流量的及时调节，保证了焦炭的成熟。夹生焦，蜂窝焦大幅基本消除，大小比较均匀，粒度基本在28 ~47mm，挥发分维持在1.2﹪左右。焦炭质量得到提高。
参考文献：
张大伟.焦炉加热优化串级控制系统的研究与应用［D］.马鞍山：安徽工业大学,2003.
姚绍章.炼焦学（第2版）［M］.北京：冶金工业出版社，1994.
历玉鸣.化工仪表与自动化（第3版）［M］.北京：化学工业出版社，1999
谭天恩，麦本熙.丁惠华.化工原理（第2版）［M］. 北京：化学工业出版社，1990.