优化自动化控制过程提高干熄焦发电量

李金凤,孔德恩（莱芜钢铁集团自动化部,山东莱芜271104）

优化自动化控制过程提高干熄焦发电量

李金凤,孔德恩
（莱芜钢铁集团自动化部,山东莱芜271104）

【摘要】自动化控制系统是确保焦炉、干熄焦、发电各生产环节的稳定运行的重要保障，而优化和改进自动控制系统对提高干熄焦发电的经济效益有重要作用。总结了干熄焦自动控制系统的特点及其重要的优化节点的优化措施。

【关键词】优化;发电量;干熄焦发电；控制系统

Optimization of the Automatic Control Process to Improve CDQ Power Generation

Li Jinfeng, Kong Deen
（Automation Department of Laiwu Iron and Steel Group, Laiwu, Shandong 271104, China）

【Abstract】The automatic control system is an important guarantee for stable operation of the production process flow from coke oven and dry quenching to waste heat power generation; and optimization and improvement of the automatic control system plays an important role in improving the economic benefits of CDQpower generation. The characteristics of CDQ automatic control system and optimization measures for important control nodes are summarized.

【Keywords】optimization; CDQ power generation; control system

1　引言

干熄焦过程是炼焦生产的重要环节。炼焦生产出来的红焦，通过提升机提升至干熄炉顶部的装入装置装入，循环风机将低温惰性气体鼓入干熄炉的冷却段红焦层内，与红焦进行热交换。冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，换热后的高温惰性气体从干熄炉环形烟道出来，再与锅炉进行热交换，锅炉产生高温蒸汽用于汽轮机发电，而冷却后的惰性气体再由循环风机重新鼓入干熄炉循环使用。干熄焦工艺具有能源回收利用、保护环境以及改善焦炭质量等多项优点，成为炼焦行业发展主流[1,2]。节能与环保效果如何，关键在于自动化控制系统的技术的优良与否。

干熄焦生产过程有大型设备多、相互关联制约的条件多、现场操作点多、测点现场分布广等特点，为此要求有一套能够确保全流程整体都能稳定、安全运行的控制系统，干熄炉温度的稳定是一个影响整体流程稳定运行的重要指标，如果太高，直接会导致排出焦炭温度太高，同时表明熄焦效果不好，还直接危害排出装置的使用寿命。温度太低，则表明循环气体的温度已受到了影响。而如果波动太大，不仅会对干熄炉炉体有损裂的危害，而且会导致锅炉部分的负荷变化频频，威胁安全。所以这一温度从工艺上来讲是一个关键且重要的参数，要全面进行控制，尽可能达到稳定[3]。做好干熄焦整个工艺的各控制点的稳定控制，是系统实现的基本目标。

2　干熄焦自动控制系统优化的意义

自动控制技术全面推动了干熄焦工艺的发展，但在实现软硬件全面国产化方面仍然任重道远。积极开展干熄焦生产控制系统的研究和开发，满足干熄焦生产的需求，使控制系统能更好地服务于生产和管理，提升国内各企业对干熄焦工艺的管理水平，均有重要意义[4]。第一，可以确保焦炉、干熄焦、发电各生产环节的稳定运行，整个大流程系统可以在紧密的配合下进行。第二，通过控制系统可以实现干熄炉炉温、炉压的平稳，减少人工操作，有效避免炉况发生重大失常。第三，可以较好地改善焦炭质量，提高焦炭的冷强度和热强度，后续高炉生产会有明显的经济效益。

由于国内干熄焦技术应用相对较晚，其控制水平仍处于起步阶段。干熄焦控制系统中对干熄炉炉温、料位和风温控制还不成熟，为了保证生产的安全和稳定，需要对自动控制技术和系统予以不断的优化。控制系统主要针对干熄焦生产工艺的实际需要和管理的要求而设置，重点考虑了方便操作和安全生产的功能[5]。干熄焦生产工艺对自动控制系统的要求主要体现在以下三个方面：

（1）干熄焦生产过程的特点有：大型设备多，相互关联制约条件多，任何一个环节出现问题均会导致整个生产停工，循环风机停运会打乱焦炉生产节奏，锅炉停产，蒸汽不能正常供给。协调好相互间的制约关系是控制系统的基本要求。

（2）干焦炉是一个大封闭的、散发腐蚀性气体的体系，干熄炉温度具有多变量、非线性等特点的庞大而复杂的控制对象，而传统的控制方法不能进行复杂运算，不具备复杂控制功能，从而不能针对控制对象特点解决优化控制问题。因此，如何控制好干熄炉温度是一个控制的难点。

（3）针对现场操作点多、测点分布广等特点，在对整个生产过程控制的基础上，从提高效益的角度出发，尽可能降低成本。

3　重要的控制节点及其优化

干熄焦工艺中的控制重点和核心是干熄炉系统，其控制点相对较多。有干熄炉料位检测和控制、干熄炉温度、干熄炉料位计算和校正、排焦量、排焦温度、预存室压力、导入空气量、干熄炉各部温度检测和压力检测、循环气体各部压力、循环气体流量、循环气体成分分析等[5]。干熄焦工艺中的另一个重要组成部分是锅炉控制系统，控制点有锅炉汽包液位、主蒸汽温度和压力除氧器压力和液位等。同时对主蒸汽放散压力，给水预热器出口温度要监测并控制，各控制点的控制形成了多个独立而联系的子系统，运行时形成有关联的系统。

3.1料位检测控制

主要目的是对干熄炉内焦炭料位进行测量，确保生产的有序，为装入红焦量和排出冷焦量、保证炉内温度稳定提供充分的依据和条件。一般在干熄炉中部有一个Y射线料位仪，对焦炭料位进行检测盒修正，操作员应掌握校正前焦炭的重量值、过去操作员设定的校正值、料位计校正的误差、自上次校正后焦炭装入的次数和经过的时间等数据才能得到较准确的补偿值。

3.2预存室压力控制

干熄炉顶部压力控制是为了保证熄焦过程中的干熄炉内的压力达到平稳。另外，焦炭装入时装焦口压力保持微负压进行的压力控制。由于在装焦过程中干熄炉顶部的装入装置被打开，干熄炉顶部的压力会产生剧烈波动。在自动控制系统中可以设置预存室压力与装入装置连锁功能，根据装入装置的闭合状态调节干熄炉压力调节器的控制状态。

3.3排焦量和排焦温度控制

根据焦炉实际生产量或熄焦处理量来调节、控制排焦量，以维持干熄炉内的贮焦量相对稳定和循环气体温度的平稳，并确保锅炉生产系统的相对稳定。系统中控制对象往往存在纯滞后现象，为了克服控制对象纯滞后问题，耿培君等采用了史密斯预估器进行补偿[6]。就理论而言，史密斯预估器方法较简单，但其对控制对象的模型要求高，必须非常准确地掌握对象的数学模型。

3.4汽包液位控制

锅炉汽包液位的变化特性主要是在扰动的作用下，初期过程不是按照真正的液位变化趋势进行变化，而是向着相反的方向进行变化，这种现象被称之为虚假水位[7]。原因是当蒸汽流量增加时汽包的压力在变小，锅炉汽包及水冷壁内的饱和水的密度变小，即产生了“膨胀”现象。这时实际汽包的水位应下降，而由于出现“膨胀”现象，水位反而上升。给水流量增加时锅炉汽包水位也应增加，但实际上由于给水流量的增加导致锅炉内的水温降低，锅炉内水的密度变大使水位反而下降。锅炉的热负荷的变化也会导致出现虚假水位。一般的中小型工业锅炉的汽包水位控制采用汽包水位的单回路系统，通常称之的汽包水位单冲量控制系统，在锅炉负荷较稳定时可以满足控制要求。对于干熄焦余热锅炉，其负荷变化较频繁，仅靠单冲量就很难满足要求。可以采用多冲量和单冲量之间切换的控制方式。

3.5主蒸汽压力控制

生产蒸汽的特点是蒸汽量和蒸汽压力随焦炭处理量的变化而变化，焦炭处理量大时主蒸汽压力就会升高，此时通过压力调节阀开大来降低压力。反之当焦炭处理量减少时主蒸汽压力就会降低，此时系统要将压力调节阀要关小，保证锅炉本身的主蒸汽压力维持一个恒定的压力。这种控制会产生新的问题，当焦炭处理量较大时蒸汽压力升高，同时外部管网的压力也较高时，锅炉本身的压力无法调节。可以在系统中增设放散压力控制系统，也可在管网上增设电动阀参与控制。当主蒸汽放散压力高而未达到超高时，主蒸汽放散调节阀为规定开度，此时电动放散阀为打开，进行放散。

当管网压力高于放散压力时，放散压力调节器自动控制放散，此时放散量随放散压力的增高而增大，直至恢复到放散压力的正常状态。

4　结束语

总之，干熄焦的社会效益极为明显，对改善地区的环境质量起到了很好的作用，而且为更广泛地开展环境治理工作做出了突出的贡献。但仍然存在不少实际问题需要通过往后的生产实践和进一步的研究去完善，随着自动化技术的发展，越来越多的信号将可以引入干熄焦控制系统，这需要在今后的生产实践中不断总结经验，全面提高操作人员和维护人员文化素质，加强技术管理。本文通过分析干熄焦生产过程控制系统的特点及其优化，对今后其他干熄焦控制系统的应用和改进都有重要的借鉴意义。

[参考文献]

[1]潘立慧,魏松波.干熄焦技术.北京:冶金工业出版社.2005.

[2]吕劲，何亚斌，汤长庚.干熄焦工艺对焦炭质量的影响[J].钢铁.2002

[3]王明伽.武钢干熄焦生产中的控制问题分析[J],燃料与化工, 2006,134(4):11~13

[4]魏松波,潘立慧.干熄焦新技术[M].北京:冶金工业出版社, 2005.9,22-23.

[5]李明义.宝钢干熄焦锅炉控制系统的改进IJ],燃料与化工,2005,122(5):22-25.

[6]胡仁安.钢铁工业自动化的新技术(下)[J].冶金自动化,2002,14(2).

综合

作者简介:李金凤(1981-),女，汉族，工程师，2005年毕业于天津大学电子科学与技术专业，现从事冶金自动化工作。

收稿日期:2014- 11- 25

【中图分类号】TP27

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764（2015）04-0059-03