焦?fàn)t自動(dòng)加熱技術(shù)及應(yīng)用

商　青（山東兗礦國(guó)際焦化有限公司,山東　濟(jì)寧　272100）

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焦?fàn)t自動(dòng)加熱技術(shù)及應(yīng)用

商青
（山東兗礦國(guó)際焦化有限公司,山東濟(jì)寧272100）

摘 要：針對(duì)兗礦國(guó)際焦化有限公司7.63米焦?fàn)t人工測(cè)量焦?fàn)t加熱溫度,受測(cè)溫點(diǎn)、測(cè)溫時(shí)間、測(cè)溫人員的熟練程度以及外部氣候等因素的影響，測(cè)溫精度低、誤差大等情況，引入自動(dòng)加熱控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源高效利用、穩(wěn)定爐溫、降低能耗、提高焦炭質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t；自動(dòng)加熱；優(yōu)化控制

1　焦?fàn)t加熱系統(tǒng)現(xiàn)狀

山東兗礦國(guó)際焦化有限公司的7.63米焦?fàn)t加熱工藝流程是根據(jù)焦?fàn)t生產(chǎn)負(fù)荷，人為確定標(biāo)準(zhǔn)溫度，測(cè)量焦餅中心溫度，根據(jù)焦餅溫度曲線判斷標(biāo)準(zhǔn)溫度確定是否合理，直至調(diào)整合理標(biāo)準(zhǔn)溫度。不同焦?fàn)t生產(chǎn)負(fù)荷，對(duì)應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)溫度。日常測(cè)量主要有焦?fàn)t直行溫度、橫排溫度和爐頭溫度。調(diào)火測(cè)溫工每四小時(shí)測(cè)量一次直行溫度，然后根據(jù)焦?fàn)t平均溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差，加減煤氣流量、調(diào)整分煙道吸力。每周測(cè)量一次爐頭溫度，半月測(cè)量一次橫排溫度。人工測(cè)量焦?fàn)t加熱溫度,受測(cè)溫點(diǎn)、測(cè)溫時(shí)間、測(cè)溫人員的熟練程度以及外部氣候等因素的影響，測(cè)溫精度低、誤差大等情況，因此需要改進(jìn)加熱控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源高效利用、穩(wěn)定爐溫、降低能耗、提高焦炭質(zhì)量、減少人工干預(yù)的目的。

2　焦?fàn)t加熱系統(tǒng)存在的問(wèn)題

（1）焦?fàn)t加熱溫度的測(cè)量采用傳統(tǒng)的人工測(cè)溫方法。調(diào)火測(cè)溫工采用紅外線測(cè)溫儀瞄準(zhǔn)立火道底部，人工測(cè)量受測(cè)溫點(diǎn)、測(cè)溫時(shí)間、測(cè)溫人員的熟練程度以及外部氣候條件等因素的影響，測(cè)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(cè)量點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果有很大的不同，測(cè)量點(diǎn)的偏移對(duì)測(cè)溫的影響非常大。

（2）焦?fàn)t的加熱過(guò)程是單個(gè)燃燒室間歇、全爐連續(xù)、受多種因素干擾的熱工過(guò)程。焦?fàn)t的熱慣性非常大，增減煤氣流量后，溫度要在4～6小時(shí)以后才能反映出來(lái)[1]，另外測(cè)溫時(shí)間間隔大，溫度調(diào)節(jié)不及時(shí)，爐溫波動(dòng)大。

（3）焦?fàn)t用加熱煤氣為回爐煤氣和一部分馳放氣，根據(jù)生產(chǎn)及焦?fàn)t溫度情況設(shè)定加熱煤氣流量進(jìn)行控制。馳放氣流量的波動(dòng)導(dǎo)致加熱煤氣熱值波動(dòng)，引起焦?fàn)t爐溫波動(dòng)，降低焦?fàn)t熱工效率。

（4）空氣過(guò)剩系數(shù)不合理。公司目前采用對(duì)單個(gè)燃燒室廢氣進(jìn)行取樣分析，得出的空氣過(guò)剩系數(shù)代表性不強(qiáng)，且人工取樣、化驗(yàn)過(guò)程費(fèi)時(shí)多，周期長(zhǎng)，不能實(shí)時(shí)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(cè)溫，但由于測(cè)溫技術(shù)本身的限制和焦?fàn)t惡劣的環(huán)境，熱電偶實(shí)時(shí)測(cè)溫時(shí)間滯后[2],因此實(shí)施焦?fàn)t自動(dòng)加熱和優(yōu)化控制系統(tǒng)的技改，對(duì)于穩(wěn)定爐溫、降低能耗、提高焦炭質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)資源高效利用非常有必要。

3　優(yōu)化措施

（1）實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t立火道溫度的全自動(dòng)直接測(cè)量，可將三班測(cè)溫改成白班巡檢；（2）建立火道溫度變化趨勢(shì)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)全爐立火道溫度的變化趨勢(shì)；（3）實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱過(guò)程的全自動(dòng)控制，根據(jù)火道溫度的變化自動(dòng)調(diào)整加熱煤氣流量（壓力）和煙道吸力；（4）火落時(shí)間自動(dòng)判斷并記錄；（5）優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)火道溫度模型，模型能根據(jù)配煤水分的變化和焦炭成熟預(yù)測(cè)模型，指導(dǎo)或自動(dòng)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)溫度；在保證焦炭成熟度前提下，降低標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃以上；（6）在充分利用甲醇馳放氣的情況下，穩(wěn)定焦?fàn)t加熱；（7）節(jié)約回爐煤氣流量2%以上；（8）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全爐各炭化室的工作狀態(tài)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)全爐各炭化室的加熱狀態(tài)、自動(dòng)判斷高溫/低溫號(hào)，生成操作指導(dǎo)界面，指導(dǎo)工藝人員對(duì)個(gè)別爐號(hào)的供熱量進(jìn)行調(diào)整；（9）自動(dòng)連續(xù)測(cè)量焦餅表面溫度，并自動(dòng)生成趨勢(shì)曲線和報(bào)表。

4　自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

（1）光學(xué)鏡頭：光學(xué)系統(tǒng)直接安裝在爐頂?shù)目椿鹂招t蓋上，通過(guò)目測(cè)瞄準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)立火道底部三角區(qū)中心位置，光學(xué)系統(tǒng)的總高度低于80mm；（2）光纖：把光學(xué)鏡頭收集的光信號(hào)傳送給儀表系統(tǒng)；（3）儀表系統(tǒng)：把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成溫度信號(hào)，并輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mADC信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制依托原有DCS控制系統(tǒng)；利用原有煙道吸力和煤氣流量自調(diào)閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；（4）防塵、防火系統(tǒng)：通過(guò)隔熱材料和吹風(fēng)，減低設(shè)備溫度，確保鏡頭清潔。

5　焦?fàn)t自動(dòng)加熱優(yōu)化控制方案

焦?fàn)t自動(dòng)加熱優(yōu)化控制系統(tǒng)可根據(jù)火道溫度自動(dòng)調(diào)整加熱煤氣流量；根據(jù)加熱煤氣流量自動(dòng)調(diào)整分煙道吸力；根據(jù)焦炭成熟度修正標(biāo)準(zhǔn)溫度、調(diào)整個(gè)別異?；鸬?；以二前饋、一反饋、一監(jiān)控、三修正、兩串級(jí)相結(jié)合的優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)。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(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)空氣系數(shù)α值。三修正：熱值修正、水分修正、實(shí)測(cè)爐溫偏差修正。兩串級(jí)：爐溫控制、吸力控制采用串級(jí)控制方案。焦?fàn)t立火道溫度控制系統(tǒng)是典型的大慣性、非線性、特性參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)，并且在生產(chǎn)過(guò)程中還經(jīng)常受到諸如延時(shí)推焦、變更結(jié)焦時(shí)間、裝爐煤水分波動(dòng)等因素的干擾，因此采用解析式表述的模糊控制規(guī)則。

（1）優(yōu)化燃燒控制。在進(jìn)行吸力控制之前，用便攜式燃燒效率儀監(jiān)測(cè)各個(gè)燃燒室的燃燒情況，然后對(duì)個(gè)別進(jìn)氣風(fēng)門進(jìn)行粗調(diào)，保證各個(gè)火道的空氣過(guò)剩系數(shù)合理，并且各個(gè)火道的空氣過(guò)剩系數(shù)基本一致。吸力控制采用前反饋控制模式，根據(jù)前饋吸力模型和加熱煤氣流量的變化前饋調(diào)整分煙道吸力大?。桓鶕?jù)分煙道殘氧量的大小反饋調(diào)整、修正吸力目標(biāo)值，考慮到交換過(guò)程對(duì)分煙道殘氧量影響非常大，氧化鋯測(cè)出的煙氣殘氧量不能直接作為控制參數(shù)，需要反饋模型計(jì)算的數(shù)據(jù)作為控制參數(shù)。

（2）穩(wěn)定加熱煤氣的熱流量。最大限度的利用甲醇馳放氣，同時(shí)確保加熱煤氣熱流量的基本穩(wěn)定。甲醇馳放氣流量增大時(shí)，自動(dòng)降低焦?fàn)t煤氣流量；甲醇馳放氣流量減小時(shí)，自動(dòng)增加焦?fàn)t煤氣流量；

6　效果分析

在實(shí)施焦?fàn)t優(yōu)化加熱控制后，焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)溫度控制更加合理，焦?fàn)t直行溫度均勻系數(shù)顯著提高，安定系數(shù)持續(xù)控制在1，空氣過(guò)剩系數(shù)穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)，提高焦?fàn)t熱工效率，可節(jié)約回爐煤氣流量2%。

7　結(jié)語(yǔ)

實(shí)施焦?fàn)t優(yōu)化加熱控制后，溫度的波動(dòng)減小了，空燃比更合理，并且根據(jù)火落時(shí)間模型優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)溫度，節(jié)約回爐煤氣約2%；溫度下降后，結(jié)石墨減少，粗苯回收率提高；焦?fàn)t操作管理自動(dòng)化水平有了很大的提高；對(duì)焦?fàn)t的調(diào)火提供了操作指導(dǎo)；爐溫的穩(wěn)定，有利于延長(zhǎng)爐體壽命；焦炭質(zhì)量的提高；焦油/苯的產(chǎn)量提高；通過(guò)對(duì)煉焦指數(shù)的觀察，可實(shí)時(shí)檢測(cè)高溫、低溫爐號(hào)，避免生焦、過(guò)火焦；降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善操作環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011:764-766.

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