焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)技術在6.0m焦爐上的應用

徐廷萬

(攀枝花攀鋼釩煉鐵廠，四川攀枝花，617022)

焦爐加熱管理是焦化企業(yè)的一項重要工作，其任務是在規(guī)定的結焦時間內(nèi)，測量溫度、壓力等參數(shù)，及時調(diào)節(jié)加熱煤氣流量，保證焦炭均勻成熟。焦爐溫度的測量及煤氣調(diào)節(jié)頻次高、工作量大，國內(nèi)焦化企業(yè)及科研院所一直致力于焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)技術進步，以提高效率、減少煤氣消耗。攀鋼釩有2×55孔6.0m頂裝焦爐，擬采用焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)技術，結合國內(nèi)相關技術的應用，選用了以在爐頂用紅外光學儀器測量立火道溫度的調(diào)節(jié)技術，目前運行穩(wěn)定，效果較好。

1 國內(nèi)常用焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)工藝[1]

國內(nèi)焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)均采用前饋、反饋相結合的控制系統(tǒng)，基于裝煤量、煤水分、結焦時間和標準溫度等計算煤氣流量，作為煤氣流量前饋調(diào)節(jié)。通過全爐平均溫度、焦餅中心溫度等反饋，調(diào)節(jié)煤氣流量設定值，并通過煙道廢氣含氧量反饋，調(diào)節(jié)煙道吸力值。

圖1 焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖

該系統(tǒng)采用工業(yè)網(wǎng)絡與焦爐DCS系統(tǒng)、人工測溫系統(tǒng)、四車聯(lián)鎖系統(tǒng)等相關外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換獲得已有數(shù)據(jù)，通過人機交互接口獲得煤氣熱值、煤水分；并通過現(xiàn)場在線采集設備采集新增數(shù)據(jù)，主要包括爐頂上升管火落溫度、直行溫度、分煙道廢氣氧含量、焦餅中心溫度、看火孔壓力等。該系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通信，并發(fā)送控制命令到現(xiàn)場執(zhí)行機構，以及接受現(xiàn)場執(zhí)行機構的反饋信號，執(zhí)行機構主要包括分煙道調(diào)節(jié)閥、煤氣主管調(diào)節(jié)閥、煤氣支管調(diào)節(jié)閥。

該系統(tǒng)在原有焦爐自動化配置基礎上實現(xiàn)煤氣總管優(yōu)化控制或單燃燒室控制，穩(wěn)定焦爐加熱溫度系數(shù)，減少煤氣消耗。主要測量有：

1.1 焦餅中心溫度自動測量

在防塵罩上安裝紅外溫度采集系統(tǒng)，在導焦柵相應位置開孔測量焦餅左右兩側上、中、下三個點，換算為焦餅中心溫度，監(jiān)控焦炭的成熟情況，反饋優(yōu)化標準溫度。同時通過焦餅溫度曲線，指導橫向均勻性和高向均勻性調(diào)節(jié)，優(yōu)化過剩空氣系數(shù)。

1.2 看火孔壓力自動測量

分別測量機焦側看火孔壓力，代表全爐的最低看火孔壓力，反饋調(diào)節(jié)分煙道吸力，在滿足燃燒合理情況下，保持看火孔壓力穩(wěn)定。

1.3 火落溫度自動測量

通過上升管溫度變化趨勢，基于溫度最高點，算出焦餅成熟時間，即火落時間。指在火落后進行單孔煤氣量自動調(diào)節(jié)，減少燜爐時間內(nèi)的不必要煤氣消耗，同時防止推焦末期高溫。并且通過全爐火落整體水平優(yōu)化標準溫度，在滿足焦炭質量前提下適當降低標準溫度。

1.4 廢氣氧含量自動測量

通過檢測廢氣氧含量，判斷煤氣燃燒合理性，依據(jù)煤氣流量變化自動調(diào)節(jié)分煙道吸力，優(yōu)化和穩(wěn)定空氣過剩系數(shù)，保證煤氣燃燒合理性。

1.5 立火道溫度測量

立火道溫度測溫方式有以下兩種：

一種是采用熱電偶測量立火道底部溫度、頂部跨越孔溫度或蓄熱室頂部，其中測量的頂部跨越孔溫度和蓄熱室頂部溫度，是通過模型換算為標準立火道溫度。熱電偶測量立火道底部溫度，因燃燒溫度高，熱電偶壽命短；熱電偶測量跨越孔溫度或蓄熱室頂部溫度，因測量的是氣流溫度，需要建立溫度模型，誤差大。另一種在標準立火道看火孔處安裝紅外溫度采集系統(tǒng)，與現(xiàn)有人工手持式紅外測溫原理相同或相近，準確度好，同時因實時在線測量，減少了人工強度，避免人為測量誤差，及時、準確性均得到保證。

圖2 以熱電偶測溫方式

圖3 爐頂紅外光學測溫方式[2]

2 我廠焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)技術特點

從焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)看，需要檢測的變量較多如裝煤水分、煤氣熱值等，一般焦化企業(yè)在這方面檢測是有缺失的，我廠結合投資和需求，簡化焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)工藝，只實現(xiàn)了以下功能：

(1)爐頂紅外標準火道溫度的在線測量。

(2)焦餅中心溫度的在線測溫。

(3)廢氣氧含量的在線監(jiān)測。

(4)全爐加熱煤氣、分煙道吸力的自動調(diào)節(jié)。

(5)異常報警。具備全爐各標準火道溫度均勻性異常報警提示、焦餅溫度異常提示功能、廢氣含含量異常提示等，軟件通過對異常溫度、含量數(shù)據(jù)監(jiān)測，超過警戒值采取標紅顏色突出提示報警功能。

(6)自動/手動調(diào)節(jié)切換：當發(fā)生意外情況時，需要人工干預時，可以將系統(tǒng)切換到手動調(diào)節(jié)狀態(tài)，人工手動下發(fā)煤氣量/分煙道吸力設定值或者切換到DCS系統(tǒng)，保障系統(tǒng)安全并正常運行。

(7)交換安全聯(lián)鎖：在交換機進行交換過程中，系統(tǒng)將鎖定煤氣流量執(zhí)行器和分煙道吸力執(zhí)行器，避免調(diào)節(jié)混亂。

(8)信息共享：預留modbus通信接口。

(9)系統(tǒng)故障診斷、告警、系統(tǒng)日志管理：系統(tǒng)發(fā)生重要事件和故障，系統(tǒng)將自動產(chǎn)生告警消息，告警消息將保存至數(shù)據(jù)庫，并可提供查詢功能，方便故障的定位和及時解決；系統(tǒng)還可設定診斷操作，查詢系統(tǒng)各部分的運行情況；系統(tǒng)所有重要操作和異常操作，還將保存至日志文件，也可進行查詢。

爐頂紅外光學鏡頭與紅外測溫儀采用分體式結構。工作溫度為30—450℃、測量范圍為950—1450℃、光學分辨率為250:1、測量精度為±0.5%。光學鏡頭帶安裝法蘭的304不銹鋼光學探頭，探頭的瞄準，采用透鏡式調(diào)焦設計，同時附帶光學目測瞄準系統(tǒng)、光纖接口和吹掃氣接口。光纜橋架安裝在爐頂，有隔熱功能，保護光纜不受爐頂溫度的影響。壓縮空氣冷卻系統(tǒng)和氮氣冷卻系統(tǒng)。壓縮空氣冷卻與氮氣冷卻互為備用，緊急時自動切換。此外因我廠6.0m焦爐未有爐號識別定位系統(tǒng)，在爐間臺和爐端臺設置無線接收裝置，確保焦餅中心溫度數(shù)據(jù)不失真。為適應爐頂火焰特殊情況下對光纖的影響，增加擋火裝置，保證爐頂測溫長期使用。

圖4 增加擋火裝置

我廠焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)(見圖5)實施后，晝夜溫度均勻性得到提高，K安達到0.9以上，焦爐加熱用煤氣減少100m3/h以上，溫度調(diào)節(jié)及時性得到加強，總體上效果較好。

圖5 焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)溫度監(jiān)控

系統(tǒng)存在的問題：焦餅中心溫度測量準確性還有待提高，只能起到參考作用。當焦爐生產(chǎn)異常的情況下，需及時人工干預，手動調(diào)節(jié)，生產(chǎn)正常后才能投入自動調(diào)節(jié)。

3 結語

選擇在爐頂采用紅外光學測溫方式的焦爐自動加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本能夠實現(xiàn)直行溫度自動加熱及調(diào)節(jié)的目的，各焦化企業(yè)可結合自身特點，是否選擇焦餅中心溫度、火落溫度檢測功能，光學鏡頭的材質、精度和分辨率是關鍵，同時做好防高溫措施，也是一項十分重要的工作。