焦化配煤過(guò)程控制的優(yōu)化分析

郭雪松 鄭紅軍

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷提升，社會(huì)發(fā)展對(duì)資源的需求不斷提高。現(xiàn)如今，作為世界焦炭生產(chǎn)和出口大國(guó)，我國(guó)焦炭產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的35%，出口量也超過(guò)了50%。焦炭生產(chǎn)作為冶金工業(yè)的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于氣化、金屬冶煉、鑄造以及電石等領(lǐng)域，發(fā)展前景非常廣闊。高爐用焦要求具有較低的灰分、硫分和較高的強(qiáng)度，我國(guó)雖然具有豐富的煤炭資源，但焦化技術(shù)相對(duì)落后。為了提高焦炭質(zhì)量，節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤，焦化廠需要進(jìn)一步優(yōu)化焦化配煤工藝，提升自動(dòng)化生產(chǎn)水平，降低冶金焦生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：焦化配煤；控制；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TQ520.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）08-0143-02

Optimization and Analysis of Coking Coal Blending Process Control

GUO Xuesong ZHENG Hongjun

（Anyang Iron and Steel Limited by Share Ltd Coking Branch， Anyang Henan 455000）

Abstract： In recent years， with the continuous improvement of our national economy， the social development has a greater and greater demand for resources. Now， as a big country in the world of coke production and export， China's coke production accounts for 35% of the world's total output and more than 50% of its exports. As the basis of metallurgical industry， coke production is widely used in the fields of gasification， metal smelting， casting， and calcium carbide and so on. The development prospect is very wide. It has low ash， sulfur and high strength coke blast furnace， although China is rich in coal resources， but coking technology is relatively backward. In order to improve coke quality and save high quality coking coal， coking plant needs further optimization of coking coal blending process， improving automatic production level and reducing metallurgical coke production cost.

Keywords： coking coal blending；control；optimization

在焦炭生產(chǎn)過(guò)程中，配煤過(guò)程作為其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其工藝好壞直接影響著焦炭的質(zhì)量。現(xiàn)如今，大部分焦化廠的配煤過(guò)程都是以揮發(fā)分和黏結(jié)性指標(biāo)作為依據(jù)，技術(shù)人員根據(jù)單種煤的特性計(jì)算出合適配比，隨后確定配煤流量。傳統(tǒng)的配煤控制系統(tǒng)不但效率低，而且缺乏精確的控制方法，因此需要對(duì)焦化配煤過(guò)程進(jìn)行不斷優(yōu)化。

1 焦化配煤工藝概述

1.1 焦化配煤工藝

配煤過(guò)程中涉及多種性質(zhì)不同的單種煤，按適當(dāng)比例均勻配合后制出質(zhì)量合格的配合煤。通過(guò)配煤煉焦，不但能確保焦炭質(zhì)量符合要求，而且能合理利用煤炭資源，從而使煉焦化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)量大幅提升。通常情況下，單種煤的質(zhì)量和配煤比例直接決定焦炭的質(zhì)量。在經(jīng)過(guò)煉焦以后，配合煤會(huì)成為高爐煉鐵用的焦炭。目前，我國(guó)大部分焦化廠使用先配后粉的配煤工藝：先經(jīng)過(guò)配煤槽，按照配煤比向運(yùn)輸皮帶上傳送各煤槽中的單種煤，均勻混合以后進(jìn)行除鐵和粉碎，最后運(yùn)至焦?fàn)t實(shí)施煉焦。

1.2 焦炭質(zhì)量影響因素

通常情況下，以下因素會(huì)影響煉焦質(zhì)量。一是水分。配合煤水分一般由各單種煤水分按相加性原則計(jì)算得出，配合煤的含水量直接影響焦?fàn)t的生產(chǎn)和焦炭質(zhì)量。一旦配煤水分過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致煉焦消耗較大的熱量和較長(zhǎng)的結(jié)焦時(shí)間，從而大幅降低焦?fàn)t的生產(chǎn)能力和焦炭質(zhì)量。所以，要確保配合煤水分穩(wěn)定的前提下才能允許煤進(jìn)入配煤槽。二是灰分。配合煤的灰分取決于單種煤的灰分及其配比，當(dāng)配煤比確定后，該配煤比的灰分可按相加性原則計(jì)算。在煉焦過(guò)程中，配合煤的灰分全部轉(zhuǎn)入焦炭。灰分作為惰性物質(zhì)，具有較大硬度，如果配合煤具有較高灰分，則會(huì)出現(xiàn)較差的黏結(jié)性，焦炭煉出以后會(huì)出現(xiàn)較長(zhǎng)的深度和較寬的裂紋。另外，焦炭在高溫下會(huì)降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，削弱骨架的作用。所以，焦炭灰分會(huì)隨著配合煤灰分的降低而下降。一般情況下，焦炭的灰分應(yīng)控制在13%以下，配合煤的灰分控制在11%以下。三是硫分。焦炭含有較高的硫分，焦化生產(chǎn)后會(huì)使生鐵含硫量變高，從而降低質(zhì)量。另外，還會(huì)對(duì)爐渣的堿度造成一定影響。確定配煤比時(shí)，需要兼顧焦炭灰分、硫分及強(qiáng)度，一般將焦炭含硫量控制在1.0%以下，配合煤含硫量控制在1.2%以下。

2 焦化配煤控制系統(tǒng)分析

焦化配煤生產(chǎn)過(guò)程中，焦炭質(zhì)量控制是最重要的控制內(nèi)容，因?yàn)楦郀t用焦具有較低的灰分、較少的含硫量及較高的強(qiáng)度要求。通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐能夠看出，焦化生產(chǎn)過(guò)程受目標(biāo)溫度、配合煤質(zhì)量等因素的干擾，配煤過(guò)程具有較大的控制難度。

2.1 在線過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)

焦化配煤過(guò)程比較復(fù)雜，涉及各類生產(chǎn)工藝、配合煤質(zhì)量以及焦炭質(zhì)量等諸多參數(shù)。一般是連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)過(guò)程控制參數(shù)、焦炭質(zhì)量、煤場(chǎng)煤倉(cāng)情況及配合煤質(zhì)量等，將PLC系統(tǒng)應(yīng)用于下位機(jī)，將IFIX集散控制系統(tǒng)應(yīng)用于上位機(jī)，進(jìn)行在線檢測(cè)，控制過(guò)程參數(shù)[1]。

2.2 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視

為了提供便利的工作條件，系統(tǒng)應(yīng)配備運(yùn)行狀態(tài)顯示裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)視焦炭質(zhì)量、配合煤質(zhì)量及配煤流量等，將不同時(shí)期的參數(shù)通過(guò)不同的色彩曲線顯示出來(lái)，為工藝過(guò)程的狀態(tài)研究和分析提供便利條件。

2.3 優(yōu)化和控制配煤比

在焦化配煤過(guò)程中，配煤比是一個(gè)重要指標(biāo)，但由于焦炭的生產(chǎn)流程較為復(fù)雜，很難建立一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)顯示配煤比與焦炭質(zhì)量和產(chǎn)量之間的關(guān)系，且通過(guò)常規(guī)的控制方式很難實(shí)現(xiàn)焦炭質(zhì)量的精確控制。所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，需要進(jìn)一步優(yōu)化配煤工藝，準(zhǔn)確控制配煤比，從而穩(wěn)定焦炭質(zhì)量。

3 焦化配煤過(guò)程控制優(yōu)化研究

3.1 配煤前期工作優(yōu)化

一是做好配煤的控硫和降灰工作，控制焦炭自身的穩(wěn)定性；二是在不同爐型的高爐中，根據(jù)不同冶煉條件確定不同質(zhì)量要求的焦炭，如M40、M10、CSR、Ad等，以做好質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制工作；三是對(duì)區(qū)域配煤工作及時(shí)更新，根據(jù)產(chǎn)品的需求改進(jìn)產(chǎn)品參數(shù)，優(yōu)化配煤工藝，加強(qiáng)質(zhì)量控制；四是要制訂出綜合控制方案來(lái)權(quán)衡不同煤種的配料和用煤方法。

3.2 配煤過(guò)程控制優(yōu)化

由于配煤工藝的特殊性，一般需要經(jīng)常對(duì)皮帶進(jìn)行開(kāi)停作業(yè)，但頻繁地開(kāi)停操作會(huì)使自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致煤流不穩(wěn)的情況出現(xiàn)。這里的煤流不穩(wěn)被稱為“飛車(chē)”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是圓盤(pán)給料機(jī)在系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)打開(kāi)，小皮帶稱上物料的測(cè)量值與給定值之間存在較大偏差，這個(gè)時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)較大煤流且無(wú)法有效保證焦炭質(zhì)量。針對(duì)該情況，焦化廠應(yīng)適當(dāng)修改配煤程序，優(yōu)化配煤工序使用的控制系統(tǒng)。

3.3 配煤程序優(yōu)化

在程序優(yōu)化后，配煤開(kāi)車(chē)過(guò)程相對(duì)平穩(wěn)，“飛車(chē)”現(xiàn)象基本消除，有效保障了焦炭質(zhì)量。在開(kāi)車(chē)時(shí)，無(wú)需人為地對(duì)單種煤配比進(jìn)行調(diào)節(jié)，使崗位職工的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低。但是，在生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)仍需進(jìn)一步優(yōu)化程序，這主要是因?yàn)樵O(shè)備剛啟動(dòng)的一段時(shí)間，盡管圓盤(pán)轉(zhuǎn)速與上次開(kāi)車(chē)時(shí)數(shù)值相同，但因?yàn)閯傞_(kāi)車(chē)時(shí)小皮帶上沒(méi)有煤，如果按照外給定值自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出值，肯定會(huì)出現(xiàn)向上沖的趨勢(shì)，盡管這個(gè)過(guò)程很短，僅有幾秒的時(shí)間和較小的幅度，但仍然需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以保證程序的完美。為了防止調(diào)節(jié)波動(dòng)出現(xiàn)在開(kāi)車(chē)階段，可將5s左右的延遲時(shí)間設(shè)定在調(diào)節(jié)模塊中，等同于輸出值5s內(nèi)保持不變，一旦有煤落入小皮帶，再進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，通過(guò)對(duì)程序的全面了解可以看出，切換內(nèi)外給定值沒(méi)有任何意義，將該部分刪除能使程序得到精簡(jiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)配煤控制系統(tǒng)的優(yōu)化，有效杜絕了開(kāi)車(chē)時(shí)煤流不穩(wěn)造成的“飛車(chē)”現(xiàn)象，完成了從手動(dòng)到自動(dòng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)，大幅降低了配煤成本，保證了焦炭質(zhì)量，有效精簡(jiǎn)了配煤程序。與此同時(shí)，通過(guò)不斷優(yōu)化控制程序，實(shí)現(xiàn)了軟件代替硬件、減少硬件投入的目標(biāo)，對(duì)同行業(yè)降低成本和日常維護(hù)成本具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋鵬.洗煤廠裝車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)配煤過(guò)程控制及其算法的研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011.