焦化配煤過程控制的優(yōu)化分析

郭雪松 鄭紅軍

摘 要：近年來，隨著我國民經(jīng)濟的不斷提升，社會發(fā)展對資源的需求不斷提高?，F(xiàn)如今，作為世界焦炭生產(chǎn)和出口大國，我國焦炭產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的35%，出口量也超過了50%。焦炭生產(chǎn)作為冶金工業(yè)的基礎，廣泛應用于氣化、金屬冶煉、鑄造以及電石等領域，發(fā)展前景非常廣闊。高爐用焦要求具有較低的灰分、硫分和較高的強度，我國雖然具有豐富的煤炭資源，但焦化技術相對落后。為了提高焦炭質量，節(jié)約優(yōu)質煉焦煤，焦化廠需要進一步優(yōu)化焦化配煤工藝，提升自動化生產(chǎn)水平，降低冶金焦生產(chǎn)成本。

關鍵詞：焦化配煤；控制；優(yōu)化

中圖分類號：TQ520.62 文獻標識碼：A 文章編號：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)過程中，配煤過程作為其中一個重要環(huán)節(jié)，其工藝好壞直接影響著焦炭的質量?，F(xiàn)如今，大部分焦化廠的配煤過程都是以揮發(fā)分和黏結性指標作為依據(jù)，技術人員根據(jù)單種煤的特性計算出合適配比，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，因此需要對焦化配煤過程進行不斷優(yōu)化。

1 焦化配煤工藝概述

1.1 焦化配煤工藝

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

1.2 焦炭質量影響因素

通常情況下，以下因素會影響煉焦質量。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算得出，配合煤的含水量直接影響焦爐的生產(chǎn)和焦炭質量。一旦配煤水分過高，會導致煉焦消耗較大的熱量和較長的結焦時間，從而大幅降低焦爐的生產(chǎn)能力和焦炭質量。所以，要確保配合煤水分穩(wěn)定的前提下才能允許煤進入配煤槽。二是灰分。配合煤的灰分取決于單種煤的灰分及其配比，當配煤比確定后，該配煤比的灰分可按相加性原則計算。在煉焦過程中，配合煤的灰分全部轉入焦炭?；曳肿鳛槎栊晕镔|，具有較大硬度，如果配合煤具有較高灰分，則會出現(xiàn)較差的黏結性，焦炭煉出以后會出現(xiàn)較長的深度和較寬的裂紋。另外，焦炭在高溫下會降低其結構強度，削弱骨架的作用。所以，焦炭灰分會隨著配合煤灰分的降低而下降。一般情況下，焦炭的灰分應控制在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)后會使生鐵含硫量變高，從而降低質量。另外，還會對爐渣的堿度造成一定影響。確定配煤比時，需要兼顧焦炭灰分、硫分及強度，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)過程中，焦炭質量控制是最重要的控制內容，因為高爐用焦具有較低的灰分、較少的含硫量及較高的強度要求。通過長期實踐能夠看出，焦化生產(chǎn)過程受目標溫度、配合煤質量等因素的干擾，配煤過程具有較大的控制難度。

2.1 在線過程參數(shù)的檢測

焦化配煤過程比較復雜，涉及各類生產(chǎn)工藝、配合煤質量以及焦炭質量等諸多參數(shù)。一般是連續(xù)自動檢測生產(chǎn)過程中各項過程控制參數(shù)、焦炭質量、煤場煤倉情況及配合煤質量等，將PLC系統(tǒng)應用于下位機，將IFIX集散控制系統(tǒng)應用于上位機，進行在線檢測，控制過程參數(shù)[1]。

2.2 實現(xiàn)實時監(jiān)視

為了提供便利的工作條件，系統(tǒng)應配備運行狀態(tài)顯示裝置，實時監(jiān)視焦炭質量、配合煤質量及配煤流量等，將不同時期的參數(shù)通過不同的色彩曲線顯示出來，為工藝過程的狀態(tài)研究和分析提供便利條件。

2.3 優(yōu)化和控制配煤比

在焦化配煤過程中，配煤比是一個重要指標，但由于焦炭的生產(chǎn)流程較為復雜，很難建立一個精確的數(shù)學模型來顯示配煤比與焦炭質量和產(chǎn)量之間的關系，且通過常規(guī)的控制方式很難實現(xiàn)焦炭質量的精確控制。所以，在實際生產(chǎn)中，需要進一步優(yōu)化配煤工藝，準確控制配煤比，從而穩(wěn)定焦炭質量。

3 焦化配煤過程控制優(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量要求的焦炭，如M40、M10、CSR、Ad等，以做好質量標準控制工作；三是對區(qū)域配煤工作及時更新，根據(jù)產(chǎn)品的需求改進產(chǎn)品參數(shù)，優(yōu)化配煤工藝，加強質量控制；四是要制訂出綜合控制方案來權衡不同煤種的配料和用煤方法。

3.2 配煤過程控制優(yōu)化

由于配煤工藝的特殊性，一般需要經(jīng)常對皮帶進行開停作業(yè)，但頻繁地開停操作會使自動調節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，導致煤流不穩(wěn)的情況出現(xiàn)。這里的煤流不穩(wěn)被稱為“飛車”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是圓盤給料機在系統(tǒng)自動調節(jié)時打開，小皮帶稱上物料的測量值與給定值之間存在較大偏差，這個時段內出現(xiàn)較大煤流且無法有效保證焦炭質量。針對該情況，焦化廠應適當修改配煤程序，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，配煤開車過程相對平穩(wěn)，“飛車”現(xiàn)象基本消除，有效保障了焦炭質量。在開車時，無需人為地對單種煤配比進行調節(jié)，使崗位職工的勞動強度大幅降低。但是，在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)仍需進一步優(yōu)化程序，這主要是因為設備剛啟動的一段時間，盡管圓盤轉速與上次開車時數(shù)值相同，但因為剛開車時小皮帶上沒有煤，如果按照外給定值自動調節(jié)輸出值，肯定會出現(xiàn)向上沖的趨勢，盡管這個過程很短，僅有幾秒的時間和較小的幅度，但仍然需要對其進行優(yōu)化，以保證程序的完美。為了防止調節(jié)波動出現(xiàn)在開車階段，可將5s左右的延遲時間設定在調節(jié)模塊中，等同于輸出值5s內保持不變，一旦有煤落入小皮帶，再進行自動調節(jié)。另外，通過對程序的全面了解可以看出，切換內外給定值沒有任何意義，將該部分刪除能使程序得到精簡。

4 結語

通過對配煤控制系統(tǒng)的優(yōu)化，有效杜絕了開車時煤流不穩(wěn)造成的“飛車”現(xiàn)象，完成了從手動到自動的優(yōu)化調節(jié)，大幅降低了配煤成本，保證了焦炭質量，有效精簡了配煤程序。與此同時，通過不斷優(yōu)化控制程序，實現(xiàn)了軟件代替硬件、減少硬件投入的目標，對同行業(yè)降低成本和日常維護成本具有推廣應用價值。

參考文獻：

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