優化自動化控制過程提高干熄焦發電量

李金鳳,孔德恩（萊蕪鋼鐵集團自動化部,山東萊蕪271104）

優化自動化控制過程提高干熄焦發電量

李金鳳,孔德恩
（萊蕪鋼鐵集團自動化部,山東萊蕪271104）

【摘要】自動化控制系統是確保焦爐、干熄焦、發電各生產環節的穩定運行的重要保障，而優化和改進自動控制系統對提高干熄焦發電的經濟效益有重要作用?？偨Y了干熄焦自動控制系統的特點及其重要的優化節點的優化措施。

【關鍵詞】優化;發電量;干熄焦發電；控制系統

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的重要環節。煉焦生產出來的紅焦，通過提升機提升至干熄爐頂部的裝入裝置裝入，循環風機將低溫惰性氣體鼓入干熄爐的冷卻段紅焦層內，與紅焦進行熱交換。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形煙道出來，再與鍋爐進行熱交換，鍋爐產生高溫蒸汽用于汽輪機發電，而冷卻后的惰性氣體再由循環風機重新鼓入干熄爐循環使用。干熄焦工藝具有能源回收利用、保護環境以及改善焦炭質量等多項優點，成為煉焦行業發展主流[1,2]。節能與環保效果如何，關鍵在于自動化控制系統的技術的優良與否。

干熄焦生產過程有大型設備多、相互關聯制約的條件多、現場操作點多、測點現場分布廣等特點，為此要求有一套能夠確保全流程整體都能穩定、安全運行的控制系統，干熄爐溫度的穩定是一個影響整體流程穩定運行的重要指標，如果太高，直接會導致排出焦炭溫度太高，同時表明熄焦效果不好，還直接危害排出裝置的使用壽命。溫度太低，則表明循環氣體的溫度已受到了影響。而如果波動太大，不僅會對干熄爐爐體有損裂的危害，而且會導致鍋爐部分的負荷變化頻頻，威脅安全。所以這一溫度從工藝上來講是一個關鍵且重要的參數，要全面進行控制，盡可能達到穩定[3]。做好干熄焦整個工藝的各控制點的穩定控制，是系統實現的基本目標。

2　干熄焦自動控制系統優化的意義

自動控制技術全面推動了干熄焦工藝的發展，但在實現軟硬件全面國產化方面仍然任重道遠。積極開展干熄焦生產控制系統的研究和開發，滿足干熄焦生產的需求，使控制系統能更好地服務于生產和管理，提升國內各企業對干熄焦工藝的管理水平，均有重要意義[4]。第一，可以確保焦爐、干熄焦、發電各生產環節的穩定運行，整個大流程系統可以在緊密的配合下進行。第二，通過控制系統可以實現干熄爐爐溫、爐壓的平穩，減少人工操作，有效避免爐況發生重大失常。第三，可以較好地改善焦炭質量，提高焦炭的冷強度和熱強度，后續高爐生產會有明顯的經濟效益。

由于國內干熄焦技術應用相對較晚，其控制水平仍處于起步階段。干熄焦控制系統中對干熄爐爐溫、料位和風溫控制還不成熟，為了保證生產的安全和穩定，需要對自動控制技術和系統予以不斷的優化?？刂葡到y主要針對干熄焦生產工藝的實際需要和管理的要求而設置，重點考慮了方便操作和安全生產的功能[5]。干熄焦生產工藝對自動控制系統的要求主要體現在以下三個方面：

（1）干熄焦生產過程的特點有：大型設備多，相互關聯制約條件多，任何一個環節出現問題均會導致整個生產停工，循環風機停運會打亂焦爐生產節奏，鍋爐停產，蒸汽不能正常供給。協調好相互間的制約關系是控制系統的基本要求。

（2）干焦爐是一個大封閉的、散發腐蝕性氣體的體系，干熄爐溫度具有多變量、非線性等特點的龐大而復雜的控制對象，而傳統的控制方法不能進行復雜運算，不具備復雜控制功能，從而不能針對控制對象特點解決優化控制問題。因此，如何控制好干熄爐溫度是一個控制的難點。

（3）針對現場操作點多、測點分布廣等特點，在對整個生產過程控制的基礎上，從提高效益的角度出發，盡可能降低成本。

3　重要的控制節點及其優化

干熄焦工藝中的控制重點和核心是干熄爐系統，其控制點相對較多。有干熄爐料位檢測和控制、干熄爐溫度、干熄爐料位計算和校正、排焦量、排焦溫度、預存室壓力、導入空氣量、干熄爐各部溫度檢測和壓力檢測、循環氣體各部壓力、循環氣體流量、循環氣體成分分析等[5]。干熄焦工藝中的另一個重要組成部分是鍋爐控制系統，控制點有鍋爐汽包液位、主蒸汽溫度和壓力除氧器壓力和液位等。同時對主蒸汽放散壓力，給水預熱器出口溫度要監測并控制，各控制點的控制形成了多個獨立而聯系的子系統，運行時形成有關聯的系統。

3.1料位檢測控制

主要目的是對干熄爐內焦炭料位進行測量，確保生產的有序，為裝入紅焦量和排出冷焦量、保證爐內溫度穩定提供充分的依據和條件。一般在干熄爐中部有一個Y射線料位儀，對焦炭料位進行檢測盒修正，操作員應掌握校正前焦炭的重量值、過去操作員設定的校正值、料位計校正的誤差、自上次校正后焦炭裝入的次數和經過的時間等數據才能得到較準確的補償值。

3.2預存室壓力控制

干熄爐頂部壓力控制是為了保證熄焦過程中的干熄爐內的壓力達到平穩。另外，焦炭裝入時裝焦口壓力保持微負壓進行的壓力控制。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產生劇烈波動。在自動控制系統中可以設置預存室壓力與裝入裝置連鎖功能，根據裝入裝置的閉合狀態調節干熄爐壓力調節器的控制狀態。

3.3排焦量和排焦溫度控制

根據焦爐實際生產量或熄焦處理量來調節、控制排焦量，以維持干熄爐內的貯焦量相對穩定和循環氣體溫度的平穩，并確保鍋爐生產系統的相對穩定。系統中控制對象往往存在純滯后現象，為了克服控制對象純滯后問題，耿培君等采用了史密斯預估器進行補償[6]。就理論而言，史密斯預估器方法較簡單，但其對控制對象的模型要求高，必須非常準確地掌握對象的數學模型。

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的作用下，初期過程不是按照真正的液位變化趨勢進行變化，而是向著相反的方向進行變化，這種現象被稱之為虛假水位[7]。原因是當蒸汽流量增加時汽包的壓力在變小，鍋爐汽包及水冷壁內的飽和水的密度變小，即產生了“膨脹”現象。這時實際汽包的水位應下降，而由于出現“膨脹”現象，水位反而上升。給水流量增加時鍋爐汽包水位也應增加，但實際上由于給水流量的增加導致鍋爐內的水溫降低，鍋爐內水的密度變大使水位反而下降。鍋爐的熱負荷的變化也會導致出現虛假水位。一般的中小型工業鍋爐的汽包水位控制采用汽包水位的單回路系統，通常稱之的汽包水位單沖量控制系統，在鍋爐負荷較穩定時可以滿足控制要求。對于干熄焦余熱鍋爐，其負荷變化較頻繁，僅靠單沖量就很難滿足要求。可以采用多沖量和單沖量之間切換的控制方式。

3.5主蒸汽壓力控制

生產蒸汽的特點是蒸汽量和蒸汽壓力隨焦炭處理量的變化而變化，焦炭處理量大時主蒸汽壓力就會升高，此時通過壓力調節閥開大來降低壓力。反之當焦炭處理量減少時主蒸汽壓力就會降低，此時系統要將壓力調節閥要關小，保證鍋爐本身的主蒸汽壓力維持一個恒定的壓力。這種控制會產生新的問題，當焦炭處理量較大時蒸汽壓力升高，同時外部管網的壓力也較高時，鍋爐本身的壓力無法調節。可以在系統中增設放散壓力控制系統，也可在管網上增設電動閥參與控制。當主蒸汽放散壓力高而未達到超高時，主蒸汽放散調節閥為規定開度，此時電動放散閥為打開，進行放散。

當管網壓力高于放散壓力時，放散壓力調節器自動控制放散，此時放散量隨放散壓力的增高而增大，直至恢復到放散壓力的正常狀態。

4　結束語

總之，干熄焦的社會效益極為明顯，對改善地區的環境質量起到了很好的作用，而且為更廣泛地開展環境治理工作做出了突出的貢獻。但仍然存在不少實際問題需要通過往后的生產實踐和進一步的研究去完善，隨著自動化技術的發展，越來越多的信號將可以引入干熄焦控制系統，這需要在今后的生產實踐中不斷總結經驗，全面提高操作人員和維護人員文化素質，加強技術管理。本文通過分析干熄焦生產過程控制系統的特點及其優化，對今后其他干熄焦控制系統的應用和改進都有重要的借鑒意義。

[參考文獻]

[1]潘立慧,魏松波.干熄焦技術.北京:冶金工業出版社.2005.

[2]呂勁，何亞斌，湯長庚.干熄焦工藝對焦炭質量的影響[J].鋼鐵.2002

[3]王明伽.武鋼干熄焦生產中的控制問題分析[J],燃料與化工, 2006,134(4):11~13

[4]魏松波,潘立慧.干熄焦新技術[M].北京:冶金工業出版社, 2005.9,22-23.

[5]李明義.寶鋼干熄焦鍋爐控制系統的改進IJ],燃料與化工,2005,122(5):22-25.

[6]胡仁安.鋼鐵工業自動化的新技術(下)[J].冶金自動化,2002,14(2).

綜合

作者簡介:李金鳳(1981-),女，漢族，工程師，2005年畢業于天津大學電子科學與技術專業，現從事冶金自動化工作。

收稿日期:2014- 11- 25

【中圖分類號】TP27

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764（2015）04-0059-03