干熄焦碳烧损率实时计算与监控系统

吴春晖　陈博通

摘 要：干熄焦技术以其节能、环保和提高焦炭质量三大优点备受企业、行业和国家的高度重视。介绍了一种实时计算和监控干熄焦碳烧损率的方法和系统，以解决目前国内大部分焦化厂通过统计方法计算碳烧损率精度不高、周期较长的问题，从而更加有效地指导生产。

关键词：干熄焦；烧损率；计算模型；实时监控

中图分类号：TQ522.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.120

1 背景

焦炭是高炉的重要原燃料，其生产技术的先进程度、产品质量的优劣直接影响到高炉的经济技术指标和生产操作。干熄焦（CDQ）是指采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法，是炼焦工艺中一个十分重要的环节，它在改善焦炭质量、回收利用能源以及保护环境等方面有着传统湿熄焦无法比拟的优势。近年来，在国家产业政策的要求下，国内干熄焦技术得到了空前的发展。碳烧损率是评价干熄焦装置运行的重要指标，它与焦炭产量有直接的关系。干熄焦碳烧损率控制的好坏直接影响到焦化厂的收益。

目前，国内大部分焦化厂对干熄焦碳烧损率的计算都是采用统计的方法得到，通过盘点一段时间内（比如1个月）干熄炉焦炭装入量、排焦量和焦粉产量，并结合式（1）计算得出：

由于此方法数据精度不高、统计周期较长，最终导致计算得出的碳烧损率对干熄焦的生产操作不具备指导意义。

干熄焦碳烧损率实时计算与监控系统基于生产过程数据分别建立碳烧损率周期模型、碳烧损率计算模型，实时计算出干熄焦碳烧损率，既不影响干熄焦正常生产，又能如期进行碳烧损率检测，从而更加有效地指导生产。

2 系统实现架构

干熄焦碳烧损率实时计算与监控系统的实现架构如图1所示。配置一台工控机7作为干熄焦碳烧损率实时计算系统的数据运算服务器，它通过通信网络4，5，6与系统数据平台3相连；系统数据平台通过控制电缆2实时采集干熄焦装置运行过程中的生产数据1；在数据运算服务器中，通过干熄焦碳烧损率计算模型实时计算出干熄焦碳烧损率，并通过外部设备实时显示给用户，以指导生产。

2.1 数据运算服务器

数据运算服务器的作用是存储和运行干熄焦碳烧损率计算的模型，实时计算出干熄焦碳烧损率。

2.2 系统数据平台

系统数据平台的作用是实时采集并统一管理干熄焦装置运行过程中的生产数据，它可以是DCS或PLC，也可以是气体成分检测仪、流量检测二次仪表等数据采集装置。

2.3 外部设备

外部设备可以是显示器或记录仪等设备，用于向用户实时显示干熄焦碳烧损率的计算结果，其可以与数据运算服务器在同一台计算机上，也可以单独配置。

2.4 通信网络

通信网络4，5，6可以是工业以太网或PROFIBUS等，其作用是将干熄焦碳烧损率实时计算系统的数据运算服务器与系统数据平台连接起来。

2.5 控制电缆

控制电缆可以是KVVP电缆，用于将干熄焦系统的现场设备和仪表连接到系统数据平台。

2.6 干熄焦装置运行过程

干熄焦装置运行过程中的生产数据包括干熄焦装置运行的工艺参数（比如温度、压力、流量）和干熄焦设备状态等。

3 计算系统内部结构与模型

3.1 干熄焦碳烧损率实时计算系统内部结构

干熄焦碳烧损率实时计算与监控系统主要由系统数据平台、数据运算服务器和外部设备3部分组成。通过搭建系统数据平台，实时采集干熄焦装置运行过程中的生产数据，在数据运算服务器中，基于生产过程数据分别建立碳烧损率周期模型、碳烧损率计算模型，实时计算出干熄焦碳烧损率，最终通过外部设备实时显示给用户，用于指导生产。结构如图2所示。

3.2 干熄焦碳烧损率计算的模型

干熄焦碳烧损率计算的模型包括碳烧损率周期模型和碳烧损率计算模型。

碳烧损率周期模型是整个干熄焦碳烧损率实时计算系统的逻辑控制中心，它通过判断γ射线信号（安装在干熄炉上的γ射线）或电容式料位计或雷达料位计等其他干熄炉内料位检测装置信号到来的时间间隔，从而得到碳烧损率计算的周期T，并通过消息传递的方式，向碳烧损率计算模型发送消息，触发其执行。图3为碳烧损率周期模型结构。

碳烧损率计算模型的作用是实时计算干熄焦碳烧损率。干熄焦碳烧损率η的计算式如下：

焦炭烧损量Q焦炭烧损量由2部分组成，即Q焦炭烧损量1和Q焦炭烧损量2，计算公式如下：

式（3）（4）（5）中：Q焦炭烧损量1为干熄焦系统导入空气造成的焦炭烧损量排烟部分；Q焦炭烧损量2为干熄焦系统导入空气造成的焦炭烧损量循环气体变化部分；Q空气为干熄炉导入空气流量；Q循环气体为干熄焦系统循环气体用量；ΦCO为干熄焦系统循环气体中CO的浓度；ΦCO2为干熄焦系统循环气体中CO2的浓度；ΦO2为干熄焦系统循环气体中O2的浓度；ΔΦCO为干熄焦系统循环气体中CO浓度的变化量；ΔΦCO2为干熄焦系统循环气体中CO2浓度的变化量。

公式中所需参数数据由系统数据平台中获取。

4 结束语

目前，国内大部分焦化厂对干熄焦碳烧损率的计算都是采用间接统计的方法得到，数据精度不高、统计周期较长，对干熄焦的生产操作不具备指导意义。干熄焦碳烧损率实时计算模型与监控系统的研究与实践，采用软测量技术，系统实时计算出干熄焦碳烧损率，最终通过外部设备实时显示给用户，从而更加有效地指导生产，具有一定的推广意义与应用价值。

参考文献

[1]周亚平.干熄焦技术的发展及应用[J].安徽冶金科技职业学院学报，2004（3）：42-45.

[2]陈志明，姚红英.干熄焦的生产实践及发展方向探讨[J].钢铁，2000（5）：1-4.

[3]徐志栋，曹银平.宝钢干熄焦节能与技术进步[J].中国冶金，2005（2）：30-33.

[4]刘春祥，李庆寿，景子星.干熄焦电气控制系统技术改进措施[J].梅山科技，2006（2）：33-36.

〔编辑：刘晓芳〕