焦?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)技術(shù)在6.0m焦?fàn)t上的應(yīng)用

徐廷萬

(攀枝花攀鋼釩煉鐵廠，四川攀枝花，617022)

焦?fàn)t加熱管理是焦化企業(yè)的一項(xiàng)重要工作，其任務(wù)是在規(guī)定的結(jié)焦時(shí)間內(nèi)，測量溫度、壓力等參數(shù)，及時(shí)調(diào)節(jié)加熱煤氣流量，保證焦炭均勻成熟。焦?fàn)t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?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)步，以提高效率、減少煤氣消耗。攀鋼釩有2×55孔6.0m頂裝焦?fàn)t，擬采用焦?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，選用了以在爐頂用紅外光學(xué)儀器測量立火道溫度的調(diào)節(jié)技術(shù)，目前運(yùn)行穩(wěn)定，效果較好。

1 國內(nèi)常用焦?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)工藝[1]

國內(nèi)焦?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)均采用前饋、反饋相結(jié)合的控制系統(tǒng)，基于裝煤量、煤水分、結(jié)焦時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)溫度等計(jì)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(shè)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?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖

該系統(tǒng)采用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與焦?fàn)tDCS系統(tǒng)、人工測溫系統(tǒng)、四車聯(lián)鎖系統(tǒng)等相關(guān)外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換獲得已有數(shù)據(jù)，通過人機(jī)交互接口獲得煤氣熱值、煤水分；并通過現(xiàn)場在線采集設(shè)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(jī)構(gòu)，以及接受現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)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?fàn)t自動(dòng)化配置基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)煤氣總管優(yōu)化控制或單燃燒室控制，穩(wěn)定焦?fàn)t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(dòng)測量

在防塵罩上安裝紅外溫度采集系統(tǒng)，在導(dǎo)焦柵相應(yīng)位置開孔測量焦餅左右兩側(cè)上、中、下三個(gè)點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)溫度。同時(shí)通過焦餅溫度曲線，指導(dǎo)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(dòng)測量

分別測量機(jī)焦側(cè)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(dòng)測量

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

1.4 廢氣氧含量自動(dòng)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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?jí)勖蹋粺犭娕紲y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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確度好，同時(shí)因?qū)崟r(shí)在線測量，減少了人工強(qiáng)度，避免人為測量誤差，及時(shí)、準(zhǔn)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(xué)測溫方式[2]

2 我廠焦?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)技術(shù)特點(diǎn)

從焦?fàn)t自動(dòng)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(jié)合投資和需求，簡化焦?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)工藝，只實(shí)現(xiàn)了以下功能：

(1)爐頂紅外標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)調(diào)節(jié)。

(5)異常報(bào)警。具備全爐各標(biāo)準(zhǔn)火道溫度均勻性異常報(bào)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(duì)異常溫度、含量數(shù)據(jù)監(jiān)測，超過警戒值采取標(biāo)紅顏色突出提示報(bào)警功能。

(6)自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)切換：當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)，需要人工干預(yù)時(shí)，可以將系統(tǒng)切換到手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，人工手動(dòng)下發(fā)煤氣量/分煙道吸力設(shè)定值或者切換到DCS系統(tǒng)，保障系統(tǒng)安全并正常運(yùn)行。

(7)交換安全聯(lián)鎖：在交換機(jī)進(jìn)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(yù)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(dòng)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(shí)解決；系統(tǒng)還可設(shè)定診斷操作，查詢系統(tǒng)各部分的運(yùn)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(jìn)行查詢。

爐頂紅外光學(xué)鏡頭與紅外測溫儀采用分體式結(jié)構(gòu)。工作溫度為30—450℃、測量范圍為950—1450℃、光學(xué)分辨率為250:1、測量精度為±0.5%。光學(xué)鏡頭帶安裝法蘭的304不銹鋼光學(xué)探頭，探頭的瞄準(zhǔn)，采用透鏡式調(diào)焦設(shè)計(jì)，同時(shí)附帶光學(xué)目測瞄準(zhǔn)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(hù)光纜不受爐頂溫度的影響。壓縮空氣冷卻系統(tǒng)和氮?dú)饫鋮s系統(tǒng)。壓縮空氣冷卻與氮?dú)饫鋮s互為備用，緊急時(shí)自動(dòng)切換。此外因我廠6.0m焦?fàn)t未有爐號(hào)識(shí)別定位系統(tǒng)，在爐間臺(tái)和爐端臺(tái)設(shè)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(yīng)爐頂火焰特殊情況下對(duì)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?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)(見圖5)實(shí)施后，晝夜溫度均勻性得到提高，K安達(dá)到0.9以上，焦?fàn)t加熱用煤氣減少100m3/h以上，溫度調(diào)節(jié)及時(shí)性得到加強(qiáng)，總體上效果較好。

圖5 焦?fàn)t自動(dòng)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(zhǔn)確性還有待提高，只能起到參考作用。當(dāng)焦?fàn)t生產(chǎn)異常的情況下，需及時(shí)人工干預(yù)，手動(dòng)調(diào)節(jié)，生產(chǎn)正常后才能投入自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3 結(jié)語

選擇在爐頂采用紅外光學(xué)測溫方式的焦?fàn)t自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本能夠?qū)崿F(xiàn)直行溫度自動(dòng)加熱及調(diào)節(jié)的目的，各焦化企業(yè)可結(jié)合自身特點(diǎn)，是否選擇焦餅中心溫度、火落溫度檢測功能，光學(xué)鏡頭的材質(zhì)、精度和分辨率是關(guān)鍵，同時(shí)做好防高溫措施，也是一項(xiàng)十分重要的工作。