焦爐集氣管壓力控制系統改進

一、引言

焦爐集氣管通過橋管和上升管與碳化室相連通，其壓力大小直接反映了碳化室壓力的變化，是煉焦生產過程中一個非常重要的指標，其穩定性不僅僅關系到焦爐的壽命，更直接影響著煤化工產品的質量和產量。因此，對焦爐集氣管壓力的穩定調節一直以來都是焦化廠普遍關心的問題。

在煉焦生產過程中，需保證各焦爐煤氣壓力在80～120Pa之間的穩定是焦爐正常生產的重要保證。若壓力過高會導致爐子跑煙冒火、污染環境并且嚴重影響操作安全，造成能源的浪費；若壓力過低，會使大量空氣從爐門等不嚴密處進入炭化室，與焦炭及煤氣燃燒造成損失，降低煤氣和焦碳質量，同時也影響爐子壽命。

二、集氣管壓力控制影響因素分析

1、集氣管壓力調節回路之間的強耦合效應。焦爐集氣管到初冷器前管道互通，任何一座焦爐集氣管的壓力波動都將影響其它各座焦爐集氣管壓力。在常規調節方式下，各個集氣管壓力獨立調節，沒有溝通和協調，任何一座焦爐集氣管壓力的調節過程必然影響到其它焦爐集氣管壓力的穩定，進而觸發其調節機構的動作。不同焦爐集氣管壓力的調節過程相互影響，從而形成典型的集氣管并聯耦合振蕩現象。這種振蕩在推焦、裝煤和噴灑高壓氨水的過程中更加嚴重。

2、 初冷器前吸力不穩定。鼓風機后的煤氣壓力波動劇烈導致鼓風機前吸力的持續變化，并通過初冷器前吸力的波動直接影響焦爐集氣管壓力及調節過程，如果初冷器前吸力不穩定，將直接誘發集氣管壓力波動并觸發振蕩。目前，初冷器前吸力僅僅通過鼓風機進口翻板的開度進行粗略控制，吸力實際仍然處于連續的大幅度的波動狀態，這無疑嚴重破壞了集氣管壓力的穩定。初冷器前吸力的擾動因素很多，例如焦爐加熱換向、使用或停用高壓氨水、鼓風機后壓力的變化、焦爐產氣量變化、初冷器阻力變化以及煤氣用戶用量的變化等等。

3、以前集氣管壓力控制采用DCS系統單回路控制處于孤立狀態，缺乏相互顧及和協調。后來對集氣管壓力的控制采用程序控制，針對不同的狀況采用不同的控制方式，但收效甚微。鼓風機后壓力調節、鼓風機前吸力的變化、初冷器前吸力監控都是集氣管壓力控制的重要的因素，但這三個參數本身就變化大并且又相互影響，所以集氣管壓力的穩定控制就無法保證。

4、鼓風機前的吸力完全依靠機前翻板的開度進行調節 。為了保障鼓風機的穩定運轉，防止氣流變化太快導致風機出現異常，因此鼓風機前的翻板不可能快速調整，當鼓風機后的壓力出現大幅度變化時，鼓風機前的吸力依靠機前翻板的調整來平穩機前吸力就顯得比較困難，從而導致初冷器前的吸力劇烈波動，因此無法快速克服瞬間的集氣管系統氣量波動。氣量的波動將惡化各個焦爐集氣管的壓力調節，并有可能使集氣管調節翻板快速進入不靈敏區，失去調節作用。

三、集氣管壓力調節系統改造實例

中煤旭陽焦化有限公司二系兩座焦爐原采用DCS系統單回路閉環控制系統。

原系統集氣管壓力控制原理：變送器分別檢測出4、5號焦爐集氣管壓力信號轉換為4-20mA DC信號，再經安全柵隔離轉換為1-5V DC的信號，送入調節器與設定值比較并進行PID運算處理后給出控制信號去執行機構（氣動）調節翻板開度，從而實現兩爐壓力的控制。機前吸力通過手動調節大循環翻板開度實現控制。

原系統缺陷：1、從結構上看，以前集氣管壓力控制采用DCS系統單回路閉環控制系統處于孤立狀態，缺乏相互顧及和協調，且不穩定。2、執行機構采用氣動方式，反應遲滯、靈敏度和準確度差，氣路或信號異常易出現誤動作。3、風機房大循環調節閥只能人工手動調節，機前吸力調節反映遲滯且工作量大。

新系統概述

焦爐集氣管壓力計算機模糊控制系統根據生產系統設備狀況和工藝需要，采用SIEMENS PLC、 SIEMENS組態軟件WinCC 6.2和Visual Basic 6.0，結合先進的經典的模糊控制理論，對系統重要工藝控制參數實現模糊隨動閉環控制；對系統重要的工藝參數，實現計算機集中管理和顯示，并實現實時監控，控制時間可根據生產工藝需要進行調節。同時，對參數進行監控，并進行上下限顏色報警，保證參數出現異常時及時發現，及時處理。

新系統原理

系統實現焦爐集氣管荒煤氣壓力的智能分析和控制；裝煤時間集氣管荒煤氣壓力20秒內將壓力調節至正常；焦爐壓力控制設定值可在線修改；結合大循環自動控制，平衡吸力在管道內的分配，動態調整初冷器前吸力，“以動制動”，及時適應焦爐加煤、換向和機后阻力的變化，克服傳統的分階段定值控制“以靜制動”適應性較差的弊端。在正常工藝情況下，焦爐集氣管壓力控制在設定值±20 Pa 。該系統將人的控制思維和經驗總結為若干規則賦予計算機系統，使其具備人的智能，及時跟蹤各焦爐生產環節和風機后阻力的復雜變化，根據焦爐壓力變化的綜合分析計算對風機入口阻力智能控制，同時對焦爐翻板的模糊調節，使之與不斷變化的生產情況動態分配，確保各焦爐集氣管壓力的平衡和穩定。

新系統主要優勢：

一、完整的焦爐煤氣流體控制理論

該系統與傳統的PID控制有本質不同，根據焦化生產工藝特性，進行了多項理論創新，主要體現以下幾方面：1、焦化一體化控制理論；2、吸力無級動態控制調配理論；3、工藝提前控制理論；4、獨特的焦爐間解耦控制理論。5、智能模糊控制理論

二、通過更換電動執行器（DZHJ-160E）主動快速克服推焦、裝煤、噴灑高壓氨水、焦爐換向對集氣管壓力的強擾動。

三、從控制上較好地解決了焦爐之間的耦合效應，利用大循環自動快速調整初冷器前的吸力，從而穩定集氣管的壓力，總體的控制效果還是不錯的。

四、主動智能適應各種變化，控制效果穩定如一，不需要儀表維護人員經常整定參數。

五、計算機雙機熱備控制系統：兩臺計算機同時開機，一臺執行控制任務，另一臺執行熱備用任務并監視控制機，當控制機發生故障，備用機立即自動執行控制任務。切換過程無擾動實現，不需要人工進行任何干預。雙機熱備提高了系統運行的可靠性。

六、 PLC雙機熱備控制系統：上位計算機雙機熱備，下位采用高可靠性的西門子S7-300控制系統，在兩臺計算機同時故障情況下，PLC可最大限度確保生產安全。

中煤旭陽焦化有限公司采用了西安中程自動化工程公司的多焦爐集氣管壓力無級模糊控制系統以后，集氣管壓力調節取得了明顯的經濟效益和環保成績。