干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算與監(jiān)控系統(tǒng)

吳春暉　陳博通

摘 要：干熄焦技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保和提高焦炭質(zhì)量三大優(yōu)點(diǎn)備受企業(yè)、行業(yè)和國(guó)家的高度重視。介紹了一種實(shí)時(shí)計(jì)算和監(jiān)控干熄焦碳燒損率的方法和系統(tǒng)，以解決目前國(guó)內(nèi)大部分焦化廠通過統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算碳燒損率精度不高、周期較長(zhǎng)的問題，從而更加有效地指導(dǎo)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：干熄焦；燒損率；計(jì)算模型；實(shí)時(shí)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TQ522.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.120

1 背景

焦炭是高爐的重要原燃料，其生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)程度、產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到高爐的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和生產(chǎn)操作。干熄焦（CDQ）是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法，是煉焦工藝中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，它在改善焦炭質(zhì)量、回收利用能源以及保護(hù)環(huán)境等方面有著傳統(tǒng)濕熄焦無法比擬的優(yōu)勢(shì)。近年來，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的要求下，國(guó)內(nèi)干熄焦技術(shù)得到了空前的發(fā)展。碳燒損率是評(píng)價(jià)干熄焦裝置運(yùn)行的重要指標(biāo)，它與焦炭產(chǎn)量有直接的關(guān)系。干熄焦碳燒損率控制的好壞直接影響到焦化廠的收益。

目前，國(guó)內(nèi)大部分焦化廠對(duì)干熄焦碳燒損率的計(jì)算都是采用統(tǒng)計(jì)的方法得到，通過盤點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)（比如1個(gè)月）干熄爐焦炭裝入量、排焦量和焦粉產(chǎn)量，并結(jié)合式（1）計(jì)算得出：

由于此方法數(shù)據(jù)精度不高、統(tǒng)計(jì)周期較長(zhǎng)，最終導(dǎo)致計(jì)算得出的碳燒損率對(duì)干熄焦的生產(chǎn)操作不具備指導(dǎo)意義。

干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算與監(jiān)控系統(tǒng)基于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分別建立碳燒損率周期模型、碳燒損率計(jì)算模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出干熄焦碳燒損率，既不影響干熄焦正常生產(chǎn)，又能如期進(jìn)行碳燒損率檢測(cè)，從而更加有效地指導(dǎo)生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算與監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖1所示。配置一臺(tái)工控機(jī)7作為干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器，它通過通信網(wǎng)絡(luò)4，5，6與系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)3相連；系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)通過控制電纜2實(shí)時(shí)采集干熄焦裝置運(yùn)行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)1；在數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器中，通過干熄焦碳燒損率計(jì)算模型實(shí)時(shí)計(jì)算出干熄焦碳燒損率，并通過外部設(shè)備實(shí)時(shí)顯示給用戶，以指導(dǎo)生產(chǎn)。

2.1 數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器

數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器的作用是存儲(chǔ)和運(yùn)行干熄焦碳燒損率計(jì)算的模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出干熄焦碳燒損率。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)的作用是實(shí)時(shí)采集并統(tǒng)一管理干熄焦裝置運(yùn)行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，它可以是DCS或PLC，也可以是氣體成分檢測(cè)儀、流量檢測(cè)二次儀表等數(shù)據(jù)采集裝置。

2.3 外部設(shè)備

外部設(shè)備可以是顯示器或記錄儀等設(shè)備，用于向用戶實(shí)時(shí)顯示干熄焦碳燒損率的計(jì)算結(jié)果，其可以與數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，也可以單獨(dú)配置。

2.4 通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)4，5，6可以是工業(yè)以太網(wǎng)或PROFIBUS等，其作用是將干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器與系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)連接起來。

2.5 控制電纜

控制電纜可以是KVVP電纜，用于將干熄焦系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表連接到系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2.6 干熄焦裝置運(yùn)行過程

干熄焦裝置運(yùn)行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括干熄焦裝置運(yùn)行的工藝參數(shù)（比如溫度、壓力、流量）和干熄焦設(shè)備狀態(tài)等。

3 計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與模型

3.1 干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算與監(jiān)控系統(tǒng)主要由系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器和外部設(shè)備3部分組成。通過搭建系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)采集干熄焦裝置運(yùn)行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器中，基于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分別建立碳燒損率周期模型、碳燒損率計(jì)算模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出干熄焦碳燒損率，最終通過外部設(shè)備實(shí)時(shí)顯示給用戶，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 干熄焦碳燒損率計(jì)算的模型

干熄焦碳燒損率計(jì)算的模型包括碳燒損率周期模型和碳燒損率計(jì)算模型。

碳燒損率周期模型是整個(gè)干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)的邏輯控制中心，它通過判斷γ射線信號(hào)（安裝在干熄爐上的γ射線）或電容式料位計(jì)或雷達(dá)料位計(jì)等其他干熄爐內(nèi)料位檢測(cè)裝置信號(hào)到來的時(shí)間間隔，從而得到碳燒損率計(jì)算的周期T，并通過消息傳遞的方式，向碳燒損率計(jì)算模型發(fā)送消息，觸發(fā)其執(zhí)行。圖3為碳燒損率周期模型結(jié)構(gòu)。

碳燒損率計(jì)算模型的作用是實(shí)時(shí)計(jì)算干熄焦碳燒損率。干熄焦碳燒損率η的計(jì)算式如下：

焦炭燒損量Q焦炭燒損量由2部分組成，即Q焦炭燒損量1和Q焦炭燒損量2，計(jì)算公式如下：

式（3）（4）（5）中：Q焦炭燒損量1為干熄焦系統(tǒng)導(dǎo)入空氣造成的焦炭燒損量排煙部分；Q焦炭燒損量2為干熄焦系統(tǒng)導(dǎo)入空氣造成的焦炭燒損量循環(huán)氣體變化部分；Q空氣為干熄爐導(dǎo)入空氣流量；Q循環(huán)氣體為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體用量；ΦCO為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中CO的濃度；ΦCO2為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中CO2的濃度；ΦO2為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中O2的濃度；ΔΦCO為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中CO濃度的變化量；ΔΦCO2為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中CO2濃度的變化量。

公式中所需參數(shù)數(shù)據(jù)由系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)中獲取。

4 結(jié)束語

目前，國(guó)內(nèi)大部分焦化廠對(duì)干熄焦碳燒損率的計(jì)算都是采用間接統(tǒng)計(jì)的方法得到，數(shù)據(jù)精度不高、統(tǒng)計(jì)周期較長(zhǎng)，對(duì)干熄焦的生產(chǎn)操作不具備指導(dǎo)意義。干熄焦碳燒損率實(shí)時(shí)計(jì)算模型與監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)踐，采用軟測(cè)量技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算出干熄焦碳燒損率，最終通過外部設(shè)備實(shí)時(shí)顯示給用戶，從而更加有效地指導(dǎo)生產(chǎn)，具有一定的推廣意義與應(yīng)用價(jià)值。

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〔編輯：劉曉芳〕