優(yōu)化自動(dòng)化控制過程提高干熄焦發(fā)電量

李金鳳,孔德恩（萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部,山東萊蕪271104）

優(yōu)化自動(dòng)化控制過程提高干熄焦發(fā)電量

李金鳳,孔德恩
（萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部,山東萊蕪271104）

【摘要】自動(dòng)化控制系統(tǒng)是確保焦?fàn)t、干熄焦、發(fā)電各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，而優(yōu)化和改進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)提高干熄焦發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益有重要作用?？偨Y(jié)了干熄焦自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其重要的優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化措施。

【關(guān)鍵詞】?jī)?yōu)化;發(fā)電量;干熄焦發(fā)電；控制系統(tǒng)

Optimization of the Automatic Control Process to Improve CDQ Power Generation

Li Jinfeng, Kong Deen
（Automation Department of Laiwu Iron and Steel Group, Laiwu, Shandong 271104, China）

【Abstract】The automatic control system is an important guarantee for stable operation of the production process flow from coke oven and dry quenching to waste heat power generation; and optimization and improvement of the automatic control system plays an important role in improving the economic benefits of CDQpower generation. The characteristics of CDQ automatic control system and optimization measures for important control nodes are summarized.

【Keywords】optimization; CDQ power generation; control system

1　引言

干熄焦過程是煉焦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。煉焦生產(chǎn)出來的紅焦，通過提升機(jī)提升至干熄爐頂部的裝入裝置裝入，循環(huán)風(fēng)機(jī)將低溫惰性氣體鼓入干熄爐的冷卻段紅焦層內(nèi)，與紅焦進(jìn)行熱交換。冷卻后的焦炭從干熄爐底部排出，換熱后的高溫惰性氣體從干熄爐環(huán)形煙道出來，再與鍋爐進(jìn)行熱交換，鍋爐產(chǎn)生高溫蒸汽用于汽輪機(jī)發(fā)電，而冷卻后的惰性氣體再由循環(huán)風(fēng)機(jī)重新鼓入干熄爐循環(huán)使用。干熄焦工藝具有能源回收利用、保護(hù)環(huán)境以及改善焦炭質(zhì)量等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，成為煉焦行業(yè)發(fā)展主流[1,2]。節(jié)能與環(huán)保效果如何，關(guān)鍵在于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的技術(shù)的優(yōu)良與否。

干熄焦生產(chǎn)過程有大型設(shè)備多、相互關(guān)聯(lián)制約的條件多、現(xiàn)場(chǎng)操作點(diǎn)多、測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)分布廣等特點(diǎn)，為此要求有一套能夠確保全流程整體都能穩(wěn)定、安全運(yùn)行的控制系統(tǒng)，干熄爐溫度的穩(wěn)定是一個(gè)影響整體流程穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，如果太高，直接會(huì)導(dǎo)致排出焦炭溫度太高，同時(shí)表明熄焦效果不好，還直接危害排出裝置的使用壽命。溫度太低，則表明循環(huán)氣體的溫度已受到了影響。而如果波動(dòng)太大，不僅會(huì)對(duì)干熄爐爐體有損裂的危害，而且會(huì)導(dǎo)致鍋爐部分的負(fù)荷變化頻頻，威脅安全。所以這一溫度從工藝上來講是一個(gè)關(guān)鍵且重要的參數(shù)，要全面進(jìn)行控制，盡可能達(dá)到穩(wěn)定[3]。做好干熄焦整個(gè)工藝的各控制點(diǎn)的穩(wěn)定控制，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本目標(biāo)。

2　干熄焦自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化的意義

自動(dòng)控制技術(shù)全面推動(dòng)了干熄焦工藝的發(fā)展，但在實(shí)現(xiàn)軟硬件全面國產(chǎn)化方面仍然任重道遠(yuǎn)。積極開展干熄焦生產(chǎn)控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)，滿足干熄焦生產(chǎn)的需求，使控制系統(tǒng)能更好地服務(wù)于生產(chǎn)和管理，提升國內(nèi)各企業(yè)對(duì)干熄焦工藝的管理水平，均有重要意義[4]。第一，可以確保焦?fàn)t、干熄焦、發(fā)電各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)行，整個(gè)大流程系統(tǒng)可以在緊密的配合下進(jìn)行。第二，通過控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)干熄爐爐溫、爐壓的平穩(wěn)，減少人工操作，有效避免爐況發(fā)生重大失常。第三，可以較好地改善焦炭質(zhì)量，提高焦炭的冷強(qiáng)度和熱強(qiáng)度，后續(xù)高爐生產(chǎn)會(huì)有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

由于國內(nèi)干熄焦技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較晚，其控制水平仍處于起步階段。干熄焦控制系統(tǒng)中對(duì)干熄爐爐溫、料位和風(fēng)溫控制還不成熟，為了保證生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定，需要對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)和系統(tǒng)予以不斷的優(yōu)化?？刂葡到y(tǒng)主要針對(duì)干熄焦生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要和管理的要求而設(shè)置，重點(diǎn)考慮了方便操作和安全生產(chǎn)的功能[5]。干熄焦生產(chǎn)工藝對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）干熄焦生產(chǎn)過程的特點(diǎn)有：大型設(shè)備多，相互關(guān)聯(lián)制約條件多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)停工，循環(huán)風(fēng)機(jī)停運(yùn)會(huì)打亂焦?fàn)t生產(chǎn)節(jié)奏，鍋爐停產(chǎn)，蒸汽不能正常供給。協(xié)調(diào)好相互間的制約關(guān)系是控制系統(tǒng)的基本要求。

（2）干焦?fàn)t是一個(gè)大封閉的、散發(fā)腐蝕性氣體的體系，干熄爐溫度具有多變量、非線性等特點(diǎn)的龐大而復(fù)雜的控制對(duì)象，而傳統(tǒng)的控制方法不能進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，不具備復(fù)雜控制功能，從而不能針對(duì)控制對(duì)象特點(diǎn)解決優(yōu)化控制問題。因此，如何控制好干熄爐溫度是一個(gè)控制的難點(diǎn)。

（3）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作點(diǎn)多、測(cè)點(diǎn)分布廣等特點(diǎn)，在對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程控制的基礎(chǔ)上，從提高效益的角度出發(fā)，盡可能降低成本。

3　重要的控制節(jié)點(diǎn)及其優(yōu)化

干熄焦工藝中的控制重點(diǎn)和核心是干熄爐系統(tǒng)，其控制點(diǎn)相對(duì)較多。有干熄爐料位檢測(cè)和控制、干熄爐溫度、干熄爐料位計(jì)算和校正、排焦量、排焦溫度、預(yù)存室壓力、導(dǎo)入空氣量、干熄爐各部溫度檢測(cè)和壓力檢測(cè)、循環(huán)氣體各部壓力、循環(huán)氣體流量、循環(huán)氣體成分分析等[5]。干熄焦工藝中的另一個(gè)重要組成部分是鍋爐控制系統(tǒng)，控制點(diǎn)有鍋爐汽包液位、主蒸汽溫度和壓力除氧器壓力和液位等。同時(shí)對(duì)主蒸汽放散壓力，給水預(yù)熱器出口溫度要監(jiān)測(cè)并控制，各控制點(diǎn)的控制形成了多個(gè)獨(dú)立而聯(lián)系的子系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)形成有關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。

3.1料位檢測(cè)控制

主要目的是對(duì)干熄爐內(nèi)焦炭料位進(jìn)行測(cè)量，確保生產(chǎn)的有序，為裝入紅焦量和排出冷焦量、保證爐內(nèi)溫度穩(wěn)定提供充分的依據(jù)和條件。一般在干熄爐中部有一個(gè)Y射線料位儀，對(duì)焦炭料位進(jìn)行檢測(cè)盒修正，操作員應(yīng)掌握校正前焦炭的重量值、過去操作員設(shè)定的校正值、料位計(jì)校正的誤差、自上次校正后焦炭裝入的次數(shù)和經(jīng)過的時(shí)間等數(shù)據(jù)才能得到較準(zhǔn)確的補(bǔ)償值。

3.2預(yù)存室壓力控制

干熄爐頂部壓力控制是為了保證熄焦過程中的干熄爐內(nèi)的壓力達(dá)到平穩(wěn)。另外，焦炭裝入時(shí)裝焦口壓力保持微負(fù)壓進(jìn)行的壓力控制。由于在裝焦過程中干熄爐頂部的裝入裝置被打開，干熄爐頂部的壓力會(huì)產(chǎn)生劇烈波動(dòng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可以設(shè)置預(yù)存室壓力與裝入裝置連鎖功能，根據(jù)裝入裝置的閉合狀態(tài)調(diào)節(jié)干熄爐壓力調(diào)節(jié)器的控制狀態(tài)。

3.3排焦量和排焦溫度控制

根據(jù)焦?fàn)t實(shí)際生產(chǎn)量或熄焦處理量來調(diào)節(jié)、控制排焦量，以維持干熄爐內(nèi)的貯焦量相對(duì)穩(wěn)定和循環(huán)氣體溫度的平穩(wěn)，并確保鍋爐生產(chǎn)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定。系統(tǒng)中控制對(duì)象往往存在純滯后現(xiàn)象，為了克服控制對(duì)象純滯后問題，耿培君等采用了史密斯預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償[6]。就理論而言，史密斯預(yù)估器方法較簡(jiǎn)單，但其對(duì)控制對(duì)象的模型要求高，必須非常準(zhǔn)確地掌握對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。

3.4汽包液位控制

鍋爐汽包液位的變化特性主要是在擾動(dòng)的作用下，初期過程不是按照真正的液位變化趨勢(shì)進(jìn)行變化，而是向著相反的方向進(jìn)行變化，這種現(xiàn)象被稱之為虛假水位[7]。原因是當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)汽包的壓力在變小，鍋爐汽包及水冷壁內(nèi)的飽和水的密度變小，即產(chǎn)生了“膨脹”現(xiàn)象。這時(shí)實(shí)際汽包的水位應(yīng)下降，而由于出現(xiàn)“膨脹”現(xiàn)象，水位反而上升。給水流量增加時(shí)鍋爐汽包水位也應(yīng)增加，但實(shí)際上由于給水流量的增加導(dǎo)致鍋爐內(nèi)的水溫降低，鍋爐內(nèi)水的密度變大使水位反而下降。鍋爐的熱負(fù)荷的變化也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)虛假水位。一般的中小型工業(yè)鍋爐的汽包水位控制采用汽包水位的單回路系統(tǒng)，通常稱之的汽包水位單沖量控制系統(tǒng)，在鍋爐負(fù)荷較穩(wěn)定時(shí)可以滿足控制要求。對(duì)于干熄焦余熱鍋爐，其負(fù)荷變化較頻繁，僅靠單沖量就很難滿足要求?？梢圆捎枚鄾_量和單沖量之間切換的控制方式。

3.5主蒸汽壓力控制

生產(chǎn)蒸汽的特點(diǎn)是蒸汽量和蒸汽壓力隨焦炭處理量的變化而變化，焦炭處理量大時(shí)主蒸汽壓力就會(huì)升高，此時(shí)通過壓力調(diào)節(jié)閥開大來降低壓力。反之當(dāng)焦炭處理量減少時(shí)主蒸汽壓力就會(huì)降低，此時(shí)系統(tǒng)要將壓力調(diào)節(jié)閥要關(guān)小，保證鍋爐本身的主蒸汽壓力維持一個(gè)恒定的壓力。這種控制會(huì)產(chǎn)生新的問題，當(dāng)焦炭處理量較大時(shí)蒸汽壓力升高，同時(shí)外部管網(wǎng)的壓力也較高時(shí)，鍋爐本身的壓力無法調(diào)節(jié)?？梢栽谙到y(tǒng)中增設(shè)放散壓力控制系統(tǒng)，也可在管網(wǎng)上增設(shè)電動(dòng)閥參與控制。當(dāng)主蒸汽放散壓力高而未達(dá)到超高時(shí)，主蒸汽放散調(diào)節(jié)閥為規(guī)定開度，此時(shí)電動(dòng)放散閥為打開，進(jìn)行放散。

當(dāng)管網(wǎng)壓力高于放散壓力時(shí)，放散壓力調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制放散，此時(shí)放散量隨放散壓力的增高而增大，直至恢復(fù)到放散壓力的正常狀態(tài)。

4　結(jié)束語

總之，干熄焦的社會(huì)效益極為明顯，對(duì)改善地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量起到了很好的作用，而且為更廣泛地開展環(huán)境治理工作做出了突出的貢獻(xiàn)。但仍然存在不少實(shí)際問題需要通過往后的生產(chǎn)實(shí)踐和進(jìn)一步的研究去完善，隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，越來越多的信號(hào)將可以引入干熄焦控制系統(tǒng)，這需要在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，全面提高操作人員和維護(hù)人員文化素質(zhì)，加強(qiáng)技術(shù)管理。本文通過分析干熄焦生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其優(yōu)化，對(duì)今后其他干熄焦控制系統(tǒng)的應(yīng)用和改進(jìn)都有重要的借鑒意義。

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綜合

作者簡(jiǎn)介:李金鳳(1981-),女，漢族，工程師，2005年畢業(yè)于天津大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事冶金自動(dòng)化工作。

收稿日期:2014- 11- 25

【中圖分類號(hào)】TP27

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）04-0059-03