CN109385285A - 一种焦炉自动加热优化*** - Google Patents

一种焦炉自动加热优化*** Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种焦炉自动加热优化***，包括前馈控制***和后馈控制***；所述前馈控制***用于采集焦炉生产实时数据，通过能量预测模型，计算出控制参数的设定值，并将此设定值发送至焦炉控制***，实现前馈粗调；所述后馈***包括火落监控***、直行温度检测***和废气含氧量检测***，通过模糊控制模型，计算出控制参数的设定值，并将此设定值发送至焦炉控制***，实现后馈精调。该焦炉自动加热优化***通过采集、分析炼焦生产的各种条件因素变化量，计算焦炉加热煤气流量设定值，指导焦炉加热控制及其最优化，实现了焦炉的均匀加热的自动控制。

Description

一种焦炉自动加热优化***
技术领域
本发明属于焦炉自动化技术领域，特别涉及一种焦炉自动加热优化***。
背景技术
中国是炼焦行业世界第一大国，年焦炭产量超过4.4亿吨，但国内绝大部分焦炉的控制管理水平还停留在基础自动化级，即焦炉加热基本还是采用仪控***，只能依靠有经验的焦炉调火技术人员通过人工定时测温之后，凭经验设定加热***参数，由仪控***稳定加热参数。
焦炉炼焦生产过程中，生产环境和生产条件出现变化时，需要对加热制度和加热煤气流量要进行微调，传统的焦炉加热控制是由炼焦车间的工程师进行人工计算各焦炉加热煤气流量等加热制度参数，由各焦炉煤气组的操作人员直行。这种生产控制模式存在很多问题：人员流动频繁，造成其经验、水平高低不一；信息不完整，没有数据支撑，只能做到估算，实现粗调；依赖一班二次的立火道温度检测，往往使焦炉加热控制滞后，造成焦炉加热控制频繁；每个炭化室焦炭成熟情况在摘开炉门前不可预知，而是以固定的结焦时间安排出炉计划，往往造成部分成熟度不太好的炭化室在摘门推焦时大量冒黑烟，造成环境污染也降低了焦炭质量。
此外，是否能够精确控制火落时间对于焦炭质量影响较大。目前火落时间通常采用人工判定：
(1)根据荒煤气的颜色判定火落
在各炭化室荒煤气导出***的同一部位(如上升管的竖管，见右图)，预留一个带盖的火落判定孔。进行火落判定时，揭盖逸出少量的荒煤气，背光用肉眼观察荒煤气颜色的变化。火落前，荒煤气的颜色是由浓浓的黄色逐渐变淡的；火落后，荒煤气的颜色是兰白色的。我们将荒煤气的颜色由黄色转变成兰白色的一瞬间定为“火落时刻”。
⑵根据荒煤气燃烧的火焰判定火落
在夜间及无法看清荒煤气的颜色时，也可以将上升管内的荒煤气引燃，透过火落判定孔观察荒煤气燃烧时的火焰颜色，火焰转为透明的稻黄色的时刻，即是“火落时刻”。
这些人工方法不仅对技术工人要求高，准确性差，而且也可能影响技术工人的人身安全。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种焦炉自动加热优化***。
技术方案：本发明提供的一种焦炉自动加热优化***，包括前馈控制***和后馈控制***；所述前馈控制***用于采集焦炉生产实时数据，计算出控制参数的设定值，并将此设定值发送至焦炉控制***，实现前馈粗调；所述后馈***包括火落监控***、直行温度检测***和废气含氧量检测***，计算出控制参数的设定值，并将此设定值发送至焦炉控制***，实现后馈精调。
作为改进，所述焦炉生产实时数据包括煤气压力、流量、热值、温度、配合煤水分、加热煤气成份、推焦作业计划。
作为另一种改进，所述火落监控***用于判定火落时刻、算火落时间、置时间和结焦时间，包括荒煤气温度检测装置(1)、数据采集和控制装置(2)；
所述荒煤气温度检测装置(1)包括一组热电偶(11)、一组耐高温补偿导线(12)，所述热电偶(11)设于焦炉碳化室的上升管与桥管连接的三通处，所述耐高温补偿导线(12)设于热电偶(11)附近；
所述数据采集和控制装置(2)包括数据采集模块(21)、数据存储模块(22)；所述数据采集和处理模块(21)用于接收来自于荒煤气温度检测装置(1)的温度数据，判定火落时刻，采集装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息，计算火落时间、置时间和结焦时间，并将温度数据、装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息、火落时间、置时间和结焦时间发送至数据存储模块(22)；数据存储模块(22)用于存储来自于数据采集和处理模块(21)的温度数据、装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息、火落时间、置时间和结焦时间。
作为进一步改进，所述热电偶(11)为耐荒煤气腐蚀的铠装K型热电偶。
作为进一步改进，所述耐高温补偿导线(12)外设有陶瓷纤维隔热层。
作为进一步改进，所述热电偶(11)和耐高温补偿导线(12)成对设置。
作为进一步改进，所述数据采集和处理模块(21)工作时：
判定火落时刻的方法为：根据各碳化室中热电偶(11)的温度数据判定，温度下降点即为火落时刻；
火落时间的计算方法为：火落时间＝火落时刻-装煤时刻；
置时间的计算方法为：置时间＝推焦时刻-火落时刻；
结焦时间的计算方法为：推焦时刻-装煤时刻。
作为另一种改进，通过能量预测模型，计算出控制参数的设定值；所述能量预测模型为：
Q需＝f1(G,W,V)；
Q供＝f2(q,Q,t)；
T1＝f3(Q需，Q供)；
其中，Q为热量，G为装煤量，W为水份，V为挥发份，q为煤气热值，Q为煤气流量，t火落为火落时刻，T1为前馈粗调温度。
作为另一种改进，通过模糊控制模型，计算出控制参数的设定值；所述模糊控制模型为：T2＝f4(t火落，t直行，OO2)；
其中，t火落为火落时刻，t直行为标准直行温度时的火落时刻，OO2为烟气含氧量，T2为后馈精调温度。
作为另一种改进，所述直行温度检测***用于检测焦炉直行温度；所述废气含氧量检测***用于检测焦炉燃烧废气含氧量。
有益效果：本发明提供的焦炉自动加热优化***通过采集、分析炼焦生产的各种条件因素变化量，计算焦炉加热煤气流量设定值，指导焦炉加热控制及其最优化，实现了焦炉的均匀加热的自动控制。
具体而言，本申请相对于现有技术，具有以下突出的优势：
(1)***自动采集参数变化情况，并自动依据***的计算和控制模型进行自动控制，使焦炉热工状态稳定，消除依赖个人技术水平、能力、责任心的情况。
(2)稳定和改善焦炭质量：采用焦炉自动加热优化***后，焦炉炉温稳定、均匀，炼出的焦炭可避免发生生焦和过熟的情况。使焦炭质量得以提高。
(3)节能：采用焦炉自动加热优化***后，使炉组的加热处于平衡状态，使炉组的需热量和能源的供给基本平衡，尽可能消除焦炭过火现象，从而达到节能的目的。
(4)保护环境：采用焦炉自动加热优化***后，焦炉加热控制稳定，可以实时预判焦炭成熟度，消除由于生焦带来的推焦冒黑烟情况，还可以消除局部高温带来的焦炉烟气NOX上升现象。
(5)延长焦炉寿命：采用焦炉自动加热优化***后，焦炉组的炉温均匀、稳定，焦饼成熟状态好，推焦时，焦饼顺利推出，不出现困难推焦，炉壁的温度不会出现过高和过低的现象，从而使焦炉炉体寿命延长。
(6)焦炉管理数据化：采用焦炉自动加热优化***后，有利于操作人员、车间和厂部管理人员实时了解焦炉组的加热***及焦炭成熟情况可从计算机的画面直接了解，有利于焦炉生产过程各个因素的判断，及时作出处理意见，提高了焦炉生产的管理水平。
附图说明
图1为焦炉自动加热优化***的原理图。
图2为火落监控***的结构示意图。
图3为火落时间与置时间的关系图。
具体实施方式
下面对本发明焦炉自动加热优化***作出进一步说明。
焦炉自动加热优化***，包括前馈控制***和后馈控制***。
所述前馈控制***用于采集焦炉生产实时数据，通过能量预测模型，计算出控制参数的设定值，并将此设定值发送至焦炉控制***，实现前馈粗调；所述焦炉生产实时数据包括煤气压力、流量、热值、温度、配合煤水分、加热煤气成份、推焦作业计划。
所述能量预测模型为：
Q需＝f1(G,W,V)；
Q供＝f2(q,Q,t)；
T1＝f3(Q需，Q供)；
其中，Q为热量，G为装煤量，W为水份，V为挥发份，q为煤气热值，Q为煤气流量，t为火落时刻，T1为前馈粗调温度。
即，Q需为热量、装煤量、水份的函数，而函数关系可以根据经验并多次修改获得，不同***函数有一定差别；
Q供为煤气热值、煤气流量、火落时刻的函数，而函数关系可以根据经验并多次修改获得，不同***函数有一定差别；
T1为Q需、Q供的函数，而函数关系可以根据经验并多次修改获得，不同***函数有一定差别。
所述后馈***包括火落监控***、直行温度检测***和废气含氧量检测***，通过模糊控制模型，计算出控制参数的设定值，并将此设定值发送至焦炉控制***，实现后馈精调。
所述火落监控***用于判定火落时刻、算火落时间、置时间和结焦时间，包括荒煤气温度检测装置(1)、数据采集和控制装置(2)；
所述荒煤气温度检测装置(1)包括一组热电偶(11)、一组耐高温补偿导线(12)，所述热电偶(11)设于焦炉碳化室的上升管与桥管连接的三通处，所述耐高温补偿导线(12)设于热电偶(11)附近；所述热电偶(11)为耐荒煤气腐蚀的铠装K型热电偶；所述耐高温补偿导线(12)外设有陶瓷纤维隔热层；所述热电偶(11)和耐高温补偿导线(12)成对设置。
所述数据采集和控制装置(2)包括数据采集和处理模块(21)、数据存储模块(22)、；所述数据采集和处理模块(21)用于接收来自于荒煤气温度检测装置(1)的温度数据，判定火落时刻，采集装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息，计算火落时间、置时间和结焦时间，并将温度数据、装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息、火落时间、置时间和结焦时间发送至数据存储模块(22)；数据存储模块(22)用于存储来自于数据采集和处理模块(21)的温度数据、装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息、火落时间、置时间和结焦时间。
所述数据采集和处理模块(21)工作时，见图2：
判定火落时刻的方法为：根据各碳化室中热电偶(11)的温度数据判定，温度下降点即为火落时刻；
火落时间的计算方法为：火落时间＝火落时刻-装煤时刻；
置时间的计算方法为：置时间＝推焦时刻-火落时刻；
结焦时间的计算方法为：推焦时刻-装煤时刻。
该***利用荒煤气的温度变化判定火落时间：
在炭化室荒煤气导出设备的某一部位设置热电偶，用于测量荒煤气的温度。荒煤气的温度在每个结焦周期都会出现有规律的变化，利用热电偶，可以检测出荒煤气温度出现最高点的时刻；火落现象出现在荒煤气温度达到最高点之后，利用观察荒煤气的颜色等方法，可以确定实际的火落时刻。荒煤气温度达到最高点的时刻与火落时刻二者间有线性关系，根据他们的相关关系，在以后的生产应用中，就可以利用荒煤气温度达到最高点的时刻，推算出实际的火落时刻。
本申请根据荒煤气温度判定“火落时刻”，自装煤时刻至火落时刻所经过的时间为“火落时间”。当焦炉的结焦时间确定以后，就必须确定焦炉加热的“目标火落时间”，它是焦炉热工管理的基础。自火落时刻至推焦时刻所经过的时间叫“置时间”，焦饼在置时间阶段，焦炉的加热制度保持不变，主要是让焦饼各点的受热进一步均匀化，并使焦饼中心温度逐步升高至成焦的终了温度。受热量供、需平衡的影响，“火落时刻”在干馏过程中是个可变点，热量供给偏大时，火落现象的发生会早些，热量供给偏小时，火落现象的发生会晚些。“火落管理”的热工管理工艺，其关键是控制结焦过程中发生“火落”的时刻。使实际的“火落时间”与“目标火落时间”的偏差在规定的范围内，使炼焦效果达到焦饼完全成熟并且所消耗的热量最低。
火落时间管理标准
项目 目标管理值
日平均火落时间 标准火落时间±10分钟
班内炭化室间火落时间差R ≤60分钟
所述直行温度检测***用于检测焦炉直行温度；所述废气含氧量检测***用于检测焦炉燃烧废气含氧量。
所述模糊控制模型为：T2＝f4(t火落，t直行，OO2)；
其中，t火落为火落时刻，t直行为标准直行温度时的火落时刻，OO2为烟气含氧量，T2为后馈精调温度。
即，T2为火落时刻、标准直行温度时的火落时刻、烟气含氧量的函数，而函数关系可以根据经验并多次修改获得，不同***函数有一定差别。
下面再举一个实例，以说明本发明。
在河南某炼焦化工有限责任公司的6米焦炉实施：
在6米焦炉的炉顶110孔炭化室的上升管三通处安装110根耐荒煤气腐蚀的新型铠装K型热电偶，配备相应的补偿导线和I/O模块，将温度信号转化为数字变量，实时存储于焦炉控制室里新增的工控机中数据库，工控机里的火落管理模型实时将各炭化室荒煤气温度数字变量进行模型计算和推理运算，形成各炭化室焦饼的炼焦指数和欠热或过热程度数据提供给焦炉自动加热优化***的焦炉加热能量模型使用，从而对焦炉的加热煤气流量进行自动控制以实现反馈调节，同时在人机交互界面显示这些参数、模拟状态动画、技术提示供炼焦技术人员在第三步未实施前进行人工设定和调节焦炉加热热工制度，先行进行半自动化焦炉加热优化工作。
该***通过在线实时监测焦炉炉组的所有炭化室号的荒煤气温度，通过数学模型，确定焦饼所处的结焦状态和结焦时间，实时将所有炭化室号的焦饼成熟情况进行预判，这些状态都在人机界面中进行显示，提示焦炉的热工状态和每个炉号焦炭是否完全成熟可以进行推焦生产，后期这些参数也可供焦炉自动加热优化***的焦炉加热能量模型使用，从而对焦炉的加热煤气流量进行自动控制以实现反馈调节。其优势在于可以不依赖于个人责任心和个人经验，全天候地24小时实时提前预知所有炭化室炉号的焦饼所处的结焦状态和成熟情况，最直接地反映焦炉的热工状态是否需要调节和如何调节，对提高焦炭质量、减少焦炉环境污染、降低炼焦能耗起到关键性作用，是目前炼焦行业最先进的焦炉热工管理技术和工具。

Claims (10)

1.一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：包括前馈控制***和后馈控制***；所述前馈控制***用于采集焦炉生产实时数据，计算出控制参数的设定值，并将此设定值发送至焦炉控制***，实现前馈粗调；所述后馈***包括火落监控***、直行温度检测***和废气含氧量检测***，计算出控制参数的设定值，并将此设定值发送至焦炉控制***，实现后馈精调。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：所述焦炉生产实时数据包括煤气压力、流量、热值、温度、配合煤水分、加热煤气成份、推焦作业计划。
3.根据权利要求1所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：所述火落监控***用于判定火落时刻、算火落时间、置时间和结焦时间，包括荒煤气温度检测装置(1)、数据采集和控制装置(2)；
所述荒煤气温度检测装置(1)包括一组热电偶(11)、一组耐高温补偿导线(12)，所述热电偶(11)设于焦炉碳化室的上升管与桥管连接的三通处，所述耐高温补偿导线(12)设于热电偶(11)附近；
所述数据采集和控制装置(2)包括数据采集模块(21)、数据存储模块(22)；
所述数据采集和处理模块(21)用于接收来自于荒煤气温度检测装置(1)的温度数据，判定火落时刻，采集装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息，计算火落时间、置时间和结焦时间，并将温度数据、装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息、火落时间、置时间和结焦时间发送至数据存储模块(22)；
数据存储模块(22)用于存储来自于数据采集和处理模块(21)的温度数据、装煤时刻信息、火落时刻信息、推焦时刻信息、火落时间、置时间和结焦时间。
4.根据权利要求3所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：所述热电偶(11)为耐荒煤气腐蚀的铠装K型热电偶。
5.根据权利要求3所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：所述耐高温补偿导线(12)外设有陶瓷纤维隔热层。
6.根据权利要求3所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：所述热电偶(11)和耐高温补偿导线(12)成对设置。
7.根据权利要求3所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：所述数据采集和处理模块(21)工作时：
判定火落时刻的方法为：根据各碳化室中热电偶(11)的温度数据判定，温度下降点即为火落时刻；
火落时间的计算方法为：火落时间＝火落时刻-装煤时刻；
置时间的计算方法为：置时间＝推焦时刻-火落时刻；
结焦时间的计算方法为：推焦时刻-装煤时刻。
8.根据权利要求1所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：通过能量预测模型，计算出控制参数的设定值；所述能量预测模型为：
Q需＝f1(G,W,V)；
Q供＝f2(q,Q,t)；
T1＝f3(Q需，Q供)；
其中，Q为热量，G为装煤量，W为水份，V为挥发份，q为煤气热值，Q为煤气流量，t火落为火落时刻，T1为前馈粗调温度。
9.根据权利要求1所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：通过模糊控制模型，计算出控制参数的设定值；所述模糊控制模型为：
T2＝f4(t火落，t直行，OO2)；
其中，t火落为火落时刻，t直行为标准直行温度时的火落时刻，OO2为烟气含氧量，T2为后馈精调温度。
10.根据权利要求1所述的一种焦炉自动加热优化***，其特征在于：所述直行温度检测***用于检测焦炉直行温度；所述废气含氧量检测***用于检测焦炉燃烧废气含氧量。
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