CN102020996A - 炼焦炉自动加热控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种炼焦炉自动加热控制方法，第一步，炼焦炉目标温度控制步骤，将炼焦炉的进焦侧和出焦侧各选多个蓄热室，多次采集蓄热室和火道的平均温度，建立火道温度与蓄热室温度之间的函数关系，控制器根据其函数关系，计算出火道温度；第二步，前馈供热量控制步骤，控制器将第一步得到的火道温度与标准火道温度进行对比，根据对比结果对烟道的温度、压力进行补偿校正，当烟道工作状态下的煤气流量达到预设值时，由控制器控制进入第三步；第三步，烟道吸力控制步骤，控制器根据目标炼焦炉炉顶压力和实测炼焦炉炉顶压力的偏差对烟道吸力的反馈控制，由煤气流量得到烟道吸力值。本发明提高了炼焦炉的稳定性，焦炭质量指标也有明显提高。

Description

炼焦炉自动加热控制方法
技术领域
本发明涉及工业窑炉领域，具体涉及一种炼焦炉自动加热控制方法。
背景技术
炼焦炉是一种特殊的工业窑炉，具有大时滞、大惯性、强非线性、多因素耦合、变参数的特点，炼焦炉燃烧室立火道温度的稳定性直接关系到焦炭质量和炉体寿命，当前我国焦炉燃烧过程大部分采用人工调节的方法，每隔4小时做一次人工测温，通过此法获取立火道温度，进行调节，其控制效果完全依赖于操作人员的实际经验和个人预测能力。不同班次的测温工和调火工进行调节的时间和力度均不相同，可能造成燃烧室温度较大波动而超出允许范围，造成焦炭质量下降和能源浪费，也影响炼焦炉的使用寿命。目前的炼焦炉虽然有一些自动加热技术，但存在着控制不够精确，成本过高，或控制精度低等缺陷。
发明内容
由鉴于此，本发明提供了一种炼焦炉自动加热控制方法，根据立火道和蓄热室的对应关系，实现了立火道的连续测温，进而实现了炼焦炉自动加热的精确控制。 
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种炼焦炉自动加热控制方法，包括如下步骤：
第一步，炼焦炉目标温度控制步骤，将炼焦炉的进焦侧和出焦侧各选多个蓄热室，多次采集蓄热室和火道的平均温度，建立火道温度与蓄热室温度之间的函数关系，控制器根据火道温度与蓄热室温度之间的函数关系，计算出火道温度；
第二步，前馈供热量控制步骤，控制器将第一步得到的火道温度与标准火道温度进行对比，根据对比结果对焦炉所需煤气量的温度、压力进行补偿校正，当焦炉工作状态下的煤气流量达到预设值时，由控制器控制进入第三步；
    第三步，烟道吸力控制步骤，控制器根据目标炼焦炉炉顶压力和实测炼焦炉炉顶压力的偏差对烟道吸力的反馈控制，由煤气流量得到烟道吸力值。
进一步，所述第一步中，火道温度与蓄热室温度之间的函数关系的数学表达式为：
T=-ATX 2+BTX+C           ①      
T=DTX 2+FTX+G　          ②
①、②为炼焦炉一个换向周期内上升段和下降段火道与蓄热室关系模型，①为温度上升段数学模型，②为温度下降段数学模型，T为火道温度；TX为蓄热室顶部温度；A、B、D、F分别为相关系数；C、G为常数。
 进一步，所述第二步中，烟道煤气流量与烟道温度、压力的数学关系模型为： 
Q= Q0／KT·KP 
Q为烟道工作状态下的煤气流量，Q0为标准状态下的煤气流量，KT为温度校正系数，KP为压力校正系数。
进一步，所述第三步中，烟道吸力与煤气流量的数学模型为： PN=KY，N*QN n         
PN为第N步的烟道吸力；KY，N为第N步的吸力控制系数，QN为第N步的瞬时煤气流量，n为指数，烟道吸力与煤气流量对应的废气流量的比例系数。 
一种炼焦炉自动加热控制***，其中，炼焦炉自动加热控制***包括炼焦炉目标温度控制模块、烟道吸力控制模块、前馈供热量控制模块和控制器，控制器分别连接炼焦炉目标温度控制模块、烟道吸力控制模块和前馈供热量控制模块。 
本发明的有益效果为：
本发明提高了炼焦炉的稳定性，对于焦炉煤气加热，±5℃的安定系数，从运行前的0.78，提高到0.90以上，对于煤气加热，±7℃的安定系数，提高到0.93以上；耗热量降低2.5%，焦炭质量指标也有明显提高，焦炭抗碎强度M40提高了0.81%，耐磨强度M10降低了0.84%，高炉焦比降低4.8%。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
本发明包括如下步骤：
第一步，炼焦炉目标温度控制步骤，将炼焦炉的进焦侧和出焦侧各选多个蓄热室，多次采集蓄热室和火道的平均温度，建立火道温度与蓄热室温度之间的函数关系，控制器根据火道温度与蓄热室温度之间的函数关系，计算出火道温度。
虽然可以采用一些直接测量火道温度的方法，例如采用光学高温计、红外线测温仪、热电偶火道直接***等，但这些方法或干扰大，或不能在线连续测量，或代价高。实际的炼焦炉生产表明，火道温度与蓄热室温度之间存在一定关系，可通过多种数学工具建立两者之间的数学模型（火道温度模型），因此通过便于测量的蓄热室温度间接测量火道温度，即所谓火道温度的软测量。
为了建立火道温度模型，实现火道温度的软测量，在炼焦炉的进焦侧和出焦侧各选取21个蓄热室，在其顶部安装热电偶，将电偶信号引入DCS。在开始测定模型参数前要确定模型结构。常见的是一元线性方程，由于该法存在较大误差，实际炼焦炉***是非线性***，通过实验和计算，本***更接近二次抛物线模型结构。将多次采集蓄热室温度和火道的平均温度，得到的构造模型计算数据集合和模型校验数据集合，分别用于模型计算和模型验证。同步采集蓄热室温度和火道温度数据，通过最优回归分析算法建立火道与蓄热室温度之间的函数关系即火道数学模型，考虑到煤气燃烧时，蓄热室在换向前后温度变化较大，将其温度分为两段分别建立数学模型，其模型的数学表达式为：
T=-ATX 2+BTX+C           ①      
T=DTX 2+FTX+G　          ②
①、②为焦炉一个换向周期内上升段和下降段立火道与蓄热室关系模型；①为温度上升段数学模型；②为温度下降段数学模型 T为立火道温度；TX为蓄热室顶部温度；A、B、D、F分别为相关系数；C、G为常数。
根据上述公式，分几次测出几组立火道温度T，蓄热室温度TX, 用数学回归法求出A、B、D、F、C、G。
     炼焦炉是一个复杂的***，许多因素会导致炼焦炉的温度特性不断发生改变。另外，为了尽可能地得到准确的火道温度，有必要用人工实测的火道温度与对蓄热室间接测得的火道温度进行定期或随时校验，为此本发明利用火道模型自校算正法，采用远程数据访问技术，将炉温管理软件中人工测量的火道温度与上述模型得到火道温度进行比较，并校正火道模型。（校正过程是将实测的火道温度与蓄热室温度进行对比，将蓄热室的温度偏差纠正过来）。火道模型和模型校正算法构成了自校正模型，从而跟踪焦炉特性改变，校正间接温度数据，提高火道温度的拟合精度。 
第二步，前馈供热量控制步骤，控制器将第一步得到的火道温度与标准火道温度进行对比，根据对比结果对烟道的温度、压力进行补偿校正，当烟道工作状态下的煤气流量达到预设值时，由控制器控制进入第三步。
前馈供热控制步骤的关键是炼焦耗热量的确定，根据炼焦炉滞后特点以及生产周期和燃料煤气受温度和压力影响较大等加热特点，采取了前馈控制方式，同时对温度、压力进行补偿校正，其数学关系模型为：
Q= Q0／KT·KP， 式中Q为工作状态下的煤气流量，其流量单位为m3/h，即代表每小时的立方米；Q0为标准状态下的煤气流量，KT温度校正系数，KP压力校正系数。
由于焦炉的燃料是煤气，煤气在管道中受温度和压力的变化与设计值有所不同，所以要根据理想状态气体方程对温度和压力引起的流量变化进行补偿。得出正确的流量值。
K温压校正系数=1/KT*KP= =sqrt（(p实+当地大气压）*(t设计+273.15）/(p设计+当地大气压）*(t实际+273.15））  其中sqrt开平方， p实—实测煤气压力，t设计-设计温度，p设计-设计压力，t实际-实测煤气温度，273.15为0摄氏度时的绝对温度。
由于焦炉的燃料是煤气，煤气在管道中受温度和压力的变化与实验状态标准状态的有所不同，所以要根据理想状态气体方程对温度和压力引起的流量变化进行补偿。得出正确的流量值。
第三步，烟道吸力控制步骤，控制器根据目标炼焦炉炉顶压力和实测炼焦炉炉顶压力的偏差对烟道吸力的反馈控制，由煤气流量得到烟道吸力值。
能否合理地设定炼焦炉的压力参数，从而把空气过剩系数控制在合理范围内，直接影响到炼炼焦的耗热量和炼焦炉的热效率。本发明的控制方法的烟道吸力控制是根据目标炉炉顶压力和实测炉炉顶压力的偏差实现对烟道吸力的反馈控制，烟道吸力即空气与燃料的比例。
数学模型为： PN=KY，N*QN ，其中，PN为第N步的烟道吸力，KY，N为烟道吸力与煤气流量对应的比例系数，QN为第N步的瞬时煤气流量。该公式为经验公式，体现每增加一定数量的流量值对一定的吸力值，KY，N =P/Q （一般焦炉为增加100个流量对应增加5个吸力 即KY，N =0.05）。
     炼焦炉液压交换机在本发明中采用DCS的梯形图逻辑控制功能进行组态，通过逻辑编程，对交换的三个基本过程进行控制：关煤气、交换废气与空气、开煤气。在程序中做了自动定时控制，每各30分钟控制液压交换机进行一次自动交换，并记录动作时间，完成交换后，开始计时进行下一次交换。为了保证交换动作的可靠性，程序可实现漏交换报警，并在操纵面板上设计了强制交换按钮，以备外部检修时使用。
炼焦炉自动加热控制***包括炼焦炉目标温度控制模块、烟道吸力控制模块、前馈供热量控制模块和控制器，控制器分别连接炼焦炉目标温度控制模块、烟道吸力控制模块和前馈供热量控制模块。控制器控制炼焦炉目标温度控制模块、烟道吸力控制模块、前馈供热量控制模块及液压交换机工作。
本发明由上述模型及方法对燃烧温度进行控制，将软测量所得进焦侧和出焦侧温度加权平均，作为控制***的测量值，由于采集的温度点比较合适，依据统计学原理，平均温度有较好的代表性。此外，计算机程序还可自动剔除偶然发生故障的热电偶的信号，确保了计算的平均温度准确、可靠。根据炉温前后两个换向周期对标准设定温度值的变化量，经温控数模和控制器的判别计算，输出炉温控制信号，控制煤气调节阀，达到了稳定地控制炉温又不造成大幅度频繁的煤气变化操作的目的。

Claims (5)

1.一种炼焦炉自动加热控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，炼焦炉目标温度控制步骤，将炼焦炉的进焦侧和出焦侧各选多个蓄热室，多次采集蓄热室和火道的平均温度，建立火道温度与蓄热室温度之间的函数关系，控制器根据火道温度与蓄热室温度之间的函数关系，计算出火道温度；
第二步，前馈供热量控制步骤，控制器将第一步得到的火道温度与标准火道温度进行对比，根据对比结果对烟道的温度、压力进行补偿校正，当烟道工作状态下的煤气流量达到预设值时，由控制器控制进入第三步；
第三步，烟道吸力控制步骤，控制器根据目标炼焦炉炉顶压力和实测炼焦炉炉顶压力的偏差对烟道吸力的反馈控制，由煤气流量得到烟道吸力值。
2.根据权利要求1所述的炼焦炉自动加热控制方法，其特征在于：所述第一步中，火道温度与蓄热室温度之间的函数关系的数学表达式为：
T=-ATX 2+BTX+C           ①      
T=DTX 2+FTX+G　          ②
①、②为炼焦炉一个换向周期内上升段和下降段火道与蓄热室关系模型，①为温度上升段数学模型，②为温度下降段数学模型，T为火道温度；TX为蓄热室顶部温度；A、B、D、F分别为相关系数；C、G为常数。
3.根据权利要求2所述的炼焦炉自动加热控制方法，其特征在于：所述第二步中，烟道煤气流量与烟道温度、压力的数学关系模型为： 
Q= Q0／KT·KP 
Q为烟道工作状态下的煤气流量，Q0为标准状态下的煤气流量，KT为温度校正系数，KP为压力校正系数。
4.根据权利要求3所述的炼焦炉自动加热控制方法，其特征在于：所述第三步中，烟道吸力与煤气流量的数学模型为： PN=KY，N*QN n         
PN为第N步的烟道吸力；KY，N为第N步的吸力控制系数，QN为第N步的瞬时煤气流量，n为指数，烟道吸力与煤气流量对应的废气流量的比例系数。
5.一种炼焦炉自动加热控制***，其特征在于：炼焦炉自动加热控制***包括炼焦炉目标温度控制模块、烟道吸力控制模块、前馈供热量控制模块和控制器，控制器分别连接炼焦炉目标温度控制模块、烟道吸力控制模块和前馈供热量控制模块。
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