CN102517043A

CN102517043A - 焦炉加热温控方法

Info

Publication number: CN102517043A
Application number: CN2011103571186A
Authority: CN
Inventors: 赵宝元; 白小明; 宁芳青; 宋旗跃; 韵金虎; 王兆文; 郭军; 梁太清; 李永林; 曾铁兵; 苏强; 陈勇; 郭志军; 郭宏杰; 张政宏
Original assignee: TAIYUAN COAL GASIFICATION CO Ltd; Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: TAIYUAN COAL GASIFICATION CO Ltd; Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2011-11-12
Filing date: 2011-11-12
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明为一种焦炉加热温控方法，步骤为：1）在第一个结焦周期检测各炭化室粗煤气温度并得出全炉平均炼焦指标参数 ₁，通过 ₁修正得到焦炉标准温度T_s1；2）在第二个结焦周期中将T_s1作为该结焦周期的标准温度设定值，并测立火道温度得到全炉平均立火道温度，再根据和T_s1的偏差，确定加热煤气流量，以调节焦炉温度；3）在第二个结焦周期也检测各炭化室粗煤气温度并得出平均炼焦指标参数 ₂，通过 ₂来修正T_s1从而再得到一个标准温度T_s2，并将T_s2作为第三个结焦周期的标准温度设定值，且以后各结焦周期都以此类推。本发明可提高炼焦炉稳定性和焦炭质量指标，且该***投资低，寿命长，对焦炉的节能减排意义重大，经济效益显著。

Description

焦炉加热温控方法

技术领域

本发明属于焦炉自动化工艺技术综合领域，尤其涉及焦炉加热技术领域，具体为一种焦炉加热温控方法。

背景技术

我国是焦化生产大国，全国大大小小的焦炉有上千座。焦炉是一种特殊的工业窑炉，既是高温化学反应器，又是十分庞大而结构复杂的热工设备，具有大时滞、大惯性、强非线性、变参数以及多扰动等特点。焦炉由多个炭化室和燃烧室相间组成，每个燃烧室又包括一定数量的立火道，其中每两个立火道作为一对，组成一个气体通路，其两端分别和下面的蓄热室相连接。煤气和空气在众多的立火道内混合燃烧，通过炉墙将热量传递给炭化室中的煤料，煤料在炭化室内隔绝空气加热（即高温干馏），经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段，最终成为焦炭。

焦炉加热测控是炼焦生产中的关键环节，对温度控制效果的好坏会直接影响到炼焦的效率和质量、炉体的寿命、生产操作的环境等。目前我国炼焦生产技术还比较落后，大多数企业的生产模式仍然是粗放式的，焦炉加热过程一直是以人工操作为主，很多重要的工艺参数没有完善的监测、控制手段，仅仅通过人工测温进行焦炉加热的调节，调节效果无法得到保证，容易造成炼焦效率和质量的下降、能源的浪费，甚至影响炼焦炉的使用寿命。具体存在的问题有：1）标准温度由工艺人员根据生产经验确定，为了避免出现生焦，一般标准温度定得偏高，能耗必然偏大；2）立火道底部温度不是均匀分布的，不同的人，选择不同的测量点，对测量结果有很大的影响；3）立火道底部温度随时间变化的，虽然直行温度的测定时间是规定在换向后五分钟进行，但严格执行尚有一定的困难，一种是无法克服的，如测温时装煤、推焦操作影响无法准时测温，提前或推迟1分钟，往往要影响±4~6oC，另外人为随意性，如钟表时间未对好等因素；4）由于回炉煤气压力波动较大，导致了进入焦炉机侧、焦侧的加热煤气流量波动大，难以保证焦炉加热维持一个合理的空/燃比，能耗必然大，需要进一步完善分烟道吸力。

从上可以看出，实施焦炉加热优化自动控制，对焦炉的节能减排，提高焦炭质量、延长炉体寿命是非常必要和非常迫切的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有焦炉加热控制过程中存在的问题，而提供了一种焦炉加热温控方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种焦炉加热温控方法，包括如下步骤：

1）、在第一个结焦周期，先以经验标准温度T_f作为本结焦周期的炼焦温度进行炼焦，检测从每个炭化室溢出的粗煤气温度，并根据其粗煤气温度变化规律曲线，自动生成每个炭化室对应的炼焦指标参数K₁：K₁=τ_c1 /τ_m1，式中：τ_m1 为从装煤开始到粗煤气温度到达最大值的时间；τ_c1 为结焦周期；同时通过每个炭化室对应的炼焦指数K₁得到全炉的平均炼焦指数 ₁,再对经验标准温度T_f进行自动修正：T_s1=T_f+10.24×τ_c1×（1/

₁-1/ K₀）,式中，T_s1为焦炉标准温度；K₀为经验炼焦指标参数，取1.2~1.7；最后得到焦炉的第一标准温度T_s1；

2）、在第二个结焦周期，将第一个结焦周期中得到的第一标准温度T_s1设定为本次结焦周期的焦炉标准温度进行炼焦，并将第一标准温度T_s1信号输送到计算机温度控制单元，然后自动检测焦炉立火道温度T_h，检测点布置在机侧每个燃烧室的第8火道和焦侧每个燃烧室的第20火道，每5个燃烧室为一个监测组，即各侧所检测的燃烧室数量为5的倍数且每个监测组中的燃烧室为隔室检测，或者是全部燃烧室都进行检测；之后将检测到的立火道温度T_h信号也输送到计算机温度控制单元并自动生成焦炉的平均立火道温度

，计算机温度控制单元将输入得到的平均立火道温度

与第一标准温度T_s1的偏差进行自动多模式模糊运算（自动多模式模糊运算是自动化控制中的一种控制方法，属于现有的公知技术），以得到煤气流量控制单元的标准值，煤气流量控制单元根据流量标准值与检测到的实际煤气流量的偏差进行自动控制运算，从而控制煤气流量调节阀的开度大小，完成对焦炉温度的控制；

3）、在第二个结焦周期中，同时也对从每个炭化室溢出的粗煤气温度进行检测，自动生成每个炭化室对应的炼焦指标参数K₂，通过每个炭化室对应的炼焦指数K₂得到全炉的平均炼焦指数

₂，再对第二个结焦周期的第一标准温度T_s1进行自动修正，最后再得到焦炉的第二标准温度T_s2：T_s2=T_s1+10.24×τ_c2×（1/

₂-1/ K₀）,式中，K₀为经验炼焦指标参数，取1.2~1.7；在第三个结焦周期中，将第二个结焦周期得到的第二标准温度T_s2设定为第三个结焦周期的焦炉标准温度设定值进行炼焦，之后重复步骤2）中的方法对焦炉温度进行控制；

4）、以后的各个结焦周期都按上述方法以此类推，以达到控制焦炉温度的目的。

需要说明的是，在炼焦时，第一个结焦周期先以一个经验炼焦温度作为焦炉的炼焦温度进行炼焦（经验炼焦温度与炼焦工艺参数、配煤参数等因素有关，一般在1200℃~1300℃之间），并得到该结焦周期的全炉的平均炼焦指标参数

₁，通过

₁和经验炼焦指标参数K₀对经验温度进行修正后得到第一标准温度T_s1，并将该第一标准温T_s1度作为第二个结焦周期的标准温度设定值；在第二个炼焦周期，也通过上述方法得到第二结焦周期的第二标准温度T_s2，并将T_s2作为第三结焦周期的标准温度设定值，即第一个结焦周期得到的标准温度值将会成为第二个结焦周期的标准温度设定值，第二个结焦周期得到的标准温度值将会成为第三个结焦周期的标准温度设定值，以后各结焦周期以此类推。

进一步地，步骤1）中每个炭化室粗煤气温度的测量点设在炭化室上升管的根部或设在桥管位置。

所述步骤2）中焦炉立火道温度的测量是采用红外光纤温度计，红外光纤温度计包括安装在看火孔小炉盖上的光学镜头、光纤以及通过光纤与光学镜头相连的仪表；测温方法是：将光学镜头安装在每个燃烧室内检测立火道的看火孔小炉盖上，并将光学镜头瞄准鼻梁砖表面以收集光信号，接着将光信号汇集到光纤上，然后光信号经过光纤传送到仪表上并转换成温度信号，最后仪表再将温度信号输送到计算机控制单元中。

判断焦炭是否成熟的方法有很多，最直接的方法是测量焦饼中心温度，一般认为焦炭中心温度在1000±50℃时，焦炭已成熟。但是这种方法存在操作复杂、环境恶劣和干扰因素多等问题，很难长期在线稳定运行。

在炼焦过程中，煤中的挥发份就从炭化室中逸出，形成粗煤气，粗煤气经过上升管、桥管最后汇集到集气管中，进入下一道生产工序。在装煤初期，挥发份量大，炭化室温度低，粗煤气的温度也相对较低，随着炭化室温度的升高，从炭化室内部逸出粗煤气温度也随之升高，大约十几小时后上升至最高点，这一时期，煤基本上变成了焦炭，挥发份很少，从炭化里带走的热量也很少，所以粗煤气的温度也缓慢下降，直到推焦结束。

粗煤气的温度的变化在一定程度上反映了炭化室中煤变焦过程变化，因此通过对粗煤气温度变化的研究，可以间接地判断焦炭的成熟情况以及标准温度的高低。

粗煤气随结焦时间的变化规律可见图1，由图1我们可以看出，粗煤气温度随结焦时间开始平稳而缓慢地上升，大约十几小时后上升至最高点，这一点称火落点（亦有称拐点），然后又快速下降至推焦结束。

最高点温度为T_m，从开始装煤（a点）到火落点的时间（c点）称为火落时间（又可称气体析完时间，即从装煤开始到粗煤气温度到达最大值的时间），从火落点到出焦点（b点）的时间，称焖焦时间（或称置时间），则结焦周期=火落时间+焖焦时间，即：τ_c=τ_m+τ_me。

通常认为到火落点时，焦炭基本上成熟，粗煤气也已析完，粗煤气的颜色由黄色转变为淡蓝色到无色，然后过一段置时间焖焦后即可推焦。

在炼焦过程中，粗煤气在不同时间段内按一定规律在变化的，通过粗煤气温度的变化可得出炼焦指数模型：

K= τ_c /τ_m

式中：K-炼焦指数；

τ_c-结焦周期，h；

τ_m-火落时间或从装煤开始到粗煤气温度到达最大值的时间，h。

在结焦周期一定的情况下，若K大，表明火落点的时间早，焦炭很早就成熟了，闷焦时间过长，焦炭成熟过度，说明立火道温度过高；反之，若K小，表明火落点的时间晚，焦炭成熟的晚，闷焦很短就推焦了，焦炭成熟度不够，说明立火道温度偏低。

具体测量粗煤气温度时，将热电偶设于炭化室上升管的根部或设在桥管位置，检测从每个炭化室溢出的粗煤气温度，并根据计算机***自动生成的粗煤气温度变化规律曲线，得到每个炭化室对应的炼焦指标参数K，并通过每个炭化室对应的炼焦指数K得到全炉的平均炼焦指数

,最后对该结焦周期的炼焦温度T_f进行修正，自动生成得到焦炉的标准温度T_s，标准温度T_s的模型为：

T_s=T_f+10.24×τ_c×（1/

-1/ K₀）

式中：K₀-经验炼焦指标参数（K₀是根据对焦饼表面温度的测量和各个炭化室炼焦指标参数K的综合分析得出的一个理想经验值，一般取1.2~1.7，在该范围内烧出的焦炭成熟度好，焦炭的质量高）。

一切具有一定温度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

本方法中测量立火道温度使用的就是红外光纤温度计（如图2所示），该红外光纤温度计包括如下部分：

1）、光学镜头：光学***直接安装在炉顶的看火空小炉盖上，通过目测瞄准对准鼻梁砖表面，光学镜头的总高度低于80mm；光学镜头主要的影响是烟尘和高温，本发明中的光学镜头一直维持微正压，且其前有烟尘防护罩，烟尘进不去；光学镜头工作温度在吹风的情况下，温度不超过80℃，在停风情况下，温度不超过150℃，而光学镜头的耐温上限可达250℃以上；

2）、光纤（光导纤维）：把光学镜头的光信号传送出处，光纤为高纯度石英，石英材料的化学成分为SiO₂，物理化学性质非常好，它耐腐蚀，熔点非常高，可达250～350℃以上。光纤布置在4分的镀锌管里，固定在铁轨的外侧；

3）、仪表***：把光信号转化成温度信号，其安装在炉间台，它的工作温度为<60℃；

4）、计算机控制***、防尘、防火、防水***等。

测量立火道温度测量点与安装位置的选择，测温点一般选择靠近装煤车/消烟车轨道布置，即机侧的每个燃烧室的第8火道和焦侧的每个燃烧室的第20火道，每5个燃烧室为一个监测组，即各侧所检测的燃烧室数量为5的倍数，且每个监测组中的燃烧室为隔室检测，除此之外也可以对全炉所有的燃烧室进行安装检测。

综上所述，本发明焦炉加热温控方法的具体流程如图3所示：

首先检测焦炉中个炭化室的粗煤气温度，并根据炼焦指标参数模型自动生成各炭化室的炼焦指标参数K及全炉的平均炼焦指标参数 ₁，再根据标准温度模型对炼焦温度进行修正，最后得出焦炉的标准温度，并将标准温度输送到计算机温度控制单元；其次在炼焦炉上安装红外光纤温度计，可以实现立火道温度的自动检测，并把检测到的焦炉平均立火道温度的信号送到计算机温度控制单元，计算机温度控制单元对输入的焦炉平均立火道温度与焦炉标准温度自动检测偏差并进行自动多模式模糊运算（自动多模式模糊运算是自动化控制中的一种控制方法，属于现有的公知技术），计算出煤气流量控制单元的设定值，煤气流量控制单元根据流量设定值与煤气检测流量的偏差，控制煤气流量调节阀，最后确定加热煤气的流量。

本发明方法的节能降耗明显，经济效益显著；提高了焦炉生产的操作管理自动化水平，改善了工人劳动强度；为企业的安全生产提高了技术保障；该方法***投资低，寿命长，对焦炉的节能减排意义重大。

附图说明

图1为本发明方法中粗煤气在不同时间段的变化规律。

图2为本发明方法中红外光纤温度计的结构示意图。

图3为本发明方法的***流程图。

图中：1-光学镜头、2-光纤、3-仪表、4-看火孔小炉盖、5-鼻梁砖。

具体实施方式

实施例1

以JN60型焦炉为例，50孔炭化室，51孔燃烧室，并设定焦炉的经验炼焦指标参数为K₀=1.4。

1）在第一个结焦周期，先设定一个经验标准温度T_f=1200℃为炼焦温度进行炼焦，分别检测焦炉50个炭化室的炼焦指标参数K₁~ K₅₀，并得出50个炭化室的平均炼焦指标参数

₁（检测结果见表1，其中为τ_c1=24h），然后对经验标准温度进行修正，最后得到焦炉的第一标准温度T_s1：T_s1=T_f+10.24×τ_c1×（1/

₁-1/ K₀）= 1200+10.24×24×（1/1.53-1/ 1.4）= 1200-14.7=1185.3℃，即将经验标准温度T_f下调14.7℃即为焦炉的标准温度1185.3℃。

表1各个炭化室的炼焦指标参数及其全炉平均炼焦指标参数

炉号	01	02	03	04	05	…	46	47	48	49	50	₁
													K	1.40	1.44	1.39	1.50	1.58	…	1.65	1.41	1.44	1.35	1.29	1.53

2）在第二个结焦周期中，将第一个结焦周期得到的标准温度T_s1=1185.3℃作为本次结焦周期的标准温度设定值，并输入到计算机温度控制单元中。然后检测焦炉的立火道温度，在机侧每个燃烧室的第8火道和焦侧每个燃烧室的第20火道的看火孔安装红外光纤温度计，机、焦侧各检测3组燃烧室，即机、焦侧各检测15个燃烧室且没组燃烧室为隔室检测，检测的燃烧室的序号分别为：

机侧（7、9、11、13、15）、（20、22、24、26、28）、（36、38、40、42、44）；

焦侧（8、10、12、14、16）、（21、23、25、27、29）、（35、37、39、41、43）。

光纤沿铁轨铺设到炉间台，仪表放置在炉间台位置，仪表的温度信号通过电线输送到计算机温度控制单元并得出焦炉的平均立火道温度 ₂，并将第二结焦周期的平均立火道温度

₂也输入到计算机温度控制单元中。计算机温度控制单元将输入的平均立火道温度 ₂与标准温度T_s1=1185.3℃的偏差进行自动多模式模糊运算，以得到煤气流量控制单元的标准值，煤气流量控制单元根据流量标准值与检测煤气流量的偏差进行自动控制运算，从而控制煤气流量调节阀的开度大小，完成对焦炉温度的控制。

3）在第二结焦周期中，同时也要分别检测焦炉50个炭化室的炼焦指标参数K₁~ K₅₀及平均炼焦指标参数 ₂，并对第二结焦周期的标准温度设定值T_s1= 1185.3℃再进行修正，得到焦炉的第二标准温度T_s2，方法同上述步骤1），然后将第二标准温度T_s2作为第三结焦周期的标准温度设定值，并通过第二标准温度T_s2和第三结焦周期的焦炉平均立火道温度

₃对第三结焦周期的焦炉温度进行调控。

4）以后的各个结焦周期都按上述步骤以此类推，以达到控制焦炉温度的目的。

实施例2

实施例2与实施例1相似，不同之处在于，实施例2中第一结焦周期设定的经验标准温度T_f=1300℃，设定焦炉的经验炼焦指标参数为K₀=1.2。在检测立火道温度时，机、焦侧各检测2组燃烧室，即机、焦侧各检测10个燃烧室且每组燃烧室为隔室检测，检测的燃烧室的序号分别为：

机侧（10、12、14、16、18）、（43、45、47、49、51）；

焦侧（11、13、15、17、19）、（40、42、44、46、48）。

其余步骤和方法都与实施例1相同。

实施例3

实施例3与实施例1相似，不同之处在于，实施例3中第一结焦周期设定的经验标准温度T_f=1250℃，设定焦炉的经验炼焦指标参数为K₀=1.7。在检测立火道温度时，全炉所有的燃烧室都进行检测，即检测51个燃烧室。其余步骤和方法都与实施例1相同。

Claims

1.一种焦炉加热温控方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、在第一个结焦周期，先以经验标准温度T_f作为本结焦周期的炼焦温度进行炼焦，检测从每个炭化室溢出的粗煤气温度，并根据其粗煤气温度变化规律曲线，自动生成每个炭化室对应的炼焦指标参数K₁：K₁=τ_c1 /τ_m1，式中：τ_m1 为从装煤开始到粗煤气温度到达最大值的时间；τ_c1 为结焦周期；同时通过每个炭化室对应的炼焦指数K₁得到全炉的平均炼焦指数

Figure 2011103571186100001DEST_PATH_IMAGE001

₁,再对经验标准温度T_f进行自动修正：T_s1=T_f+10.24×τ_c1×（1/ ₁-1/ K₀）,式中，T_s1为焦炉标准温度；K₀为经验炼焦指标参数，取1.2~1.7；最后得到焦炉的第一标准温度T_s1；

，计算机温度控制单元将输入得到的平均立火道温度

与第一标准温度T_s1的偏差进行自动多模式模糊运算，以得到煤气流量控制单元的标准值，煤气流量控制单元根据流量标准值与检测到的实际煤气流量的偏差进行自动控制运算，从而控制煤气流量调节阀的开度大小，完成对焦炉温度的控制；

2.根据权利要求1所述的焦炉加热温控方法，其特征在于：步骤1）中每个炭化室粗煤气温度的测量点设在炭化室上升管的根部或设在桥管位置。

3.根据权利要求1或2所述的焦炉加热温控方法，其特征在于：所述步骤2）中焦炉立火道温度的测量是采用红外光纤温度计，红外光纤温度计包括安装在看火孔小炉盖（4）上的光学镜头（1）、光纤（2）以及通过光纤（2）与光学镜头（1）相连的仪表（3）；测温方法是：将光学镜头（1）安装在每个燃烧室内检测立火道的看火孔小炉盖（5）上，并将光学镜头（1）瞄准鼻梁砖（5）表面以收集光信号，接着将光信号汇集到光纤（2）上，然后光信号经过光纤（2）传送到仪表（3）上并转换成温度信号，最后仪表（3）再将温度信号输送到计算机控制单元中。