焦爐自動加熱技術及應用

商　青（山東兗礦國際焦化有限公司,山東　濟寧　272100）

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焦爐自動加熱技術及應用

商青
（山東兗礦國際焦化有限公司,山東濟寧272100）

摘 要：針對兗礦國際焦化有限公司7.63米焦爐人工測量焦爐加熱溫度,受測溫點、測溫時間、測溫人員的熟練程度以及外部氣候等因素的影響，測溫精度低、誤差大等情況，引入自動加熱控制系統，實現資源高效利用、穩定爐溫、降低能耗、提高焦炭質量的目的。

關鍵詞：焦爐；自動加熱；優化控制

1　焦爐加熱系統現狀

山東兗礦國際焦化有限公司的7.63米焦爐加熱工藝流程是根據焦爐生產負荷，人為確定標準溫度，測量焦餅中心溫度，根據焦餅溫度曲線判斷標準溫度確定是否合理，直至調整合理標準溫度。不同焦爐生產負荷，對應不同的標準溫度。日常測量主要有焦爐直行溫度、橫排溫度和爐頭溫度。調火測溫工每四小時測量一次直行溫度，然后根據焦爐平均溫度與標準溫度的偏差，加減煤氣流量、調整分煙道吸力。每周測量一次爐頭溫度，半月測量一次橫排溫度。人工測量焦爐加熱溫度,受測溫點、測溫時間、測溫人員的熟練程度以及外部氣候等因素的影響，測溫精度低、誤差大等情況，因此需要改進加熱控制系統，實現資源高效利用、穩定爐溫、降低能耗、提高焦炭質量、減少人工干預的目的。

2　焦爐加熱系統存在的問題

（1）焦爐加熱溫度的測量采用傳統的人工測溫方法。調火測溫工采用紅外線測溫儀瞄準立火道底部，人工測量受測溫點、測溫時間、測溫人員的熟練程度以及外部氣候條件等因素的影響，測溫精度低，誤差大；立火道底部溫度不是均勻分布的，不同的人，選擇不同的測量點，測量結果有很大的不同，測量點的偏移對測溫的影響非常大。

（2）焦爐的加熱過程是單個燃燒室間歇、全爐連續、受多種因素干擾的熱工過程。焦爐的熱慣性非常大，增減煤氣流量后，溫度要在4～6小時以后才能反映出來[1]，另外測溫時間間隔大，溫度調節不及時，爐溫波動大。

（3）焦爐用加熱煤氣為回爐煤氣和一部分馳放氣，根據生產及焦爐溫度情況設定加熱煤氣流量進行控制。馳放氣流量的波動導致加熱煤氣熱值波動，引起焦爐爐溫波動，降低焦爐熱工效率。

（4）空氣過剩系數不合理。公司目前采用對單個燃燒室廢氣進行取樣分析，得出的空氣過剩系數代表性不強，且人工取樣、化驗過程費時多，周期長，不能實時地反映燃燒情況的變化。

盡管在近幾十年一直在嘗試用熱電偶的方法去代替人工測溫，但由于測溫技術本身的限制和焦爐惡劣的環境，熱電偶實時測溫時間滯后[2],因此實施焦爐自動加熱和優化控制系統的技改，對于穩定爐溫、降低能耗、提高焦炭質量、實現資源高效利用非常有必要。

3　優化措施

（1）實現焦爐立火道溫度的全自動直接測量，可將三班測溫改成白班巡檢；（2）建立火道溫度變化趨勢數學模型，通過數學模型準確預測全爐立火道溫度的變化趨勢；（3）實現焦爐加熱過程的全自動控制，根據火道溫度的變化自動調整加熱煤氣流量（壓力）和煙道吸力；（4）火落時間自動判斷并記錄；（5）優化標準火道溫度模型，模型能根據配煤水分的變化和焦炭成熟預測模型，指導或自動調整標準溫度；在保證焦炭成熟度前提下，降低標準溫度20℃以上；（6）在充分利用甲醇馳放氣的情況下，穩定焦爐加熱；（7）節約回爐煤氣流量2%以上；（8）實時監測全爐各炭化室的工作狀態，自動監測全爐各炭化室的加熱狀態、自動判斷高溫/低溫號，生成操作指導界面，指導工藝人員對個別爐號的供熱量進行調整；（9）自動連續測量焦餅表面溫度，并自動生成趨勢曲線和報表。

4　自動測溫系統的硬件構成

（1）光學鏡頭：光學系統直接安裝在爐頂的看火空小爐蓋上，通過目測瞄準對準立火道底部三角區中心位置，光學系統的總高度低于80mm；（2）光纖：把光學鏡頭收集的光信號傳送給儀表系統；（3）儀表系統：把光信號轉化成溫度信號，并輸出標準4～20mADC信號，實現自動控制依托原有DCS控制系統；利用原有煙道吸力和煤氣流量自調閥實現自動控制；（4）防塵、防火系統：通過隔熱材料和吹風，減低設備溫度，確保鏡頭清潔。

5　焦爐自動加熱優化控制方案

焦爐自動加熱優化控制系統可根據火道溫度自動調整加熱煤氣流量；根據加熱煤氣流量自動調整分煙道吸力；根據焦炭成熟度修正標準溫度、調整個別異常火道；以二前饋、一反饋、一監控、三修正、兩串級相結合的優化調控系統。二前饋：供熱煤氣量前饋、分煙道吸力前饋。一反饋：爐溫反饋。一監測：監測空氣系數α值。三修正：熱值修正、水分修正、實測爐溫偏差修正。兩串級：爐溫控制、吸力控制采用串級控制方案。焦爐立火道溫度控制系統是典型的大慣性、非線性、特性參數時變的系統，并且在生產過程中還經常受到諸如延時推焦、變更結焦時間、裝爐煤水分波動等因素的干擾，因此采用解析式表述的模糊控制規則。

（1）優化燃燒控制。在進行吸力控制之前，用便攜式燃燒效率儀監測各個燃燒室的燃燒情況，然后對個別進氣風門進行粗調，保證各個火道的空氣過剩系數合理，并且各個火道的空氣過剩系數基本一致。吸力控制采用前反饋控制模式，根據前饋吸力模型和加熱煤氣流量的變化前饋調整分煙道吸力大小；根據分煙道殘氧量的大小反饋調整、修正吸力目標值，考慮到交換過程對分煙道殘氧量影響非常大，氧化鋯測出的煙氣殘氧量不能直接作為控制參數，需要反饋模型計算的數據作為控制參數。

（2）穩定加熱煤氣的熱流量。最大限度的利用甲醇馳放氣，同時確保加熱煤氣熱流量的基本穩定。甲醇馳放氣流量增大時，自動降低焦爐煤氣流量；甲醇馳放氣流量減小時，自動增加焦爐煤氣流量；

6　效果分析

在實施焦爐優化加熱控制后，焦爐標準溫度控制更加合理，焦爐直行溫度均勻系數顯著提高，安定系數持續控制在1，空氣過剩系數穩定在合理范圍內，提高焦爐熱工效率，可節約回爐煤氣流量2%。

7　結語

實施焦爐優化加熱控制后，溫度的波動減小了，空燃比更合理，并且根據火落時間模型優化標準溫度，節約回爐煤氣約2%；溫度下降后，結石墨減少，粗苯回收率提高；焦爐操作管理自動化水平有了很大的提高；對焦爐的調火提供了操作指導；爐溫的穩定，有利于延長爐體壽命；焦炭質量的提高；焦油/苯的產量提高；通過對煉焦指數的觀察，可實時檢測高溫、低溫爐號，避免生焦、過火焦；降低工人勞動強度，改善操作環境。

參考文獻：

[1]李忠,謝克昌.煤基醇醚燃料[M].北京:化學工業出版社,2011:29-31.

[2]賀永德.現代煤化工技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2011:764-766.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.036