焦?fàn)t集氣管壓力控制系統(tǒng)改進(jìn)

一、引言

焦?fàn)t集氣管通過橋管和上升管與碳化室相連通，其壓力大小直接反映了碳化室壓力的變化，是煉焦生產(chǎn)過程中一個非常重要的指標(biāo)，其穩(wěn)定性不僅僅關(guān)系到焦?fàn)t的壽命，更直接影響著煤化工產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，對焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)一直以來都是焦化廠普遍關(guān)心的問題。

在煉焦生產(chǎn)過程中，需保證各焦?fàn)t煤氣壓力在80～120Pa之間的穩(wěn)定是焦?fàn)t正常生產(chǎn)的重要保證。若壓力過高會導(dǎo)致爐子跑煙冒火、污染環(huán)境并且嚴(yán)重影響操作安全，造成能源的浪費(fèi)；若壓力過低，會使大量空氣從爐門等不嚴(yán)密處進(jìn)入炭化室，與焦炭及煤氣燃燒造成損失，降低煤氣和焦碳質(zhì)量，同時也影響爐子壽命。

二、集氣管壓力控制影響因素分析

1、集氣管壓力調(diào)節(jié)回路之間的強(qiáng)耦合效應(yīng)。焦?fàn)t集氣管到初冷器前管道互通，任何一座焦?fàn)t集氣管的壓力波動都將影響其它各座焦?fàn)t集氣管壓力。在常規(guī)調(diào)節(jié)方式下，各個集氣管壓力獨(dú)立調(diào)節(jié)，沒有溝通和協(xié)調(diào)，任何一座焦?fàn)t集氣管壓力的調(diào)節(jié)過程必然影響到其它焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定，進(jìn)而觸發(fā)其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動作。不同焦?fàn)t集氣管壓力的調(diào)節(jié)過程相互影響，從而形成典型的集氣管并聯(lián)耦合振蕩現(xiàn)象。這種振蕩在推焦、裝煤和噴灑高壓氨水的過程中更加嚴(yán)重。

2、 初冷器前吸力不穩(wěn)定。鼓風(fēng)機(jī)后的煤氣壓力波動劇烈導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)前吸力的持續(xù)變化，并通過初冷器前吸力的波動直接影響焦?fàn)t集氣管壓力及調(diào)節(jié)過程，如果初冷器前吸力不穩(wěn)定，將直接誘發(fā)集氣管壓力波動并觸發(fā)振蕩。目前，初冷器前吸力僅僅通過鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口翻板的開度進(jìn)行粗略控制，吸力實(shí)際仍然處于連續(xù)的大幅度的波動狀態(tài)，這無疑嚴(yán)重破壞了集氣管壓力的穩(wěn)定。初冷器前吸力的擾動因素很多，例如焦?fàn)t加熱換向、使用或停用高壓氨水、鼓風(fēng)機(jī)后壓力的變化、焦?fàn)t產(chǎn)氣量變化、初冷器阻力變化以及煤氣用戶用量的變化等等。

3、以前集氣管壓力控制采用DCS系統(tǒng)單回路控制處于孤立狀態(tài)，缺乏相互顧及和協(xié)調(diào)。后來對集氣管壓力的控制采用程序控制，針對不同的狀況采用不同的控制方式，但收效甚微。鼓風(fēng)機(jī)后壓力調(diào)節(jié)、鼓風(fēng)機(jī)前吸力的變化、初冷器前吸力監(jiān)控都是集氣管壓力控制的重要的因素，但這三個參數(shù)本身就變化大并且又相互影響，所以集氣管壓力的穩(wěn)定控制就無法保證。

4、鼓風(fēng)機(jī)前的吸力完全依靠機(jī)前翻板的開度進(jìn)行調(diào)節(jié) 。為了保障鼓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，防止氣流變化太快導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常，因此鼓風(fēng)機(jī)前的翻板不可能快速調(diào)整，當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)后的壓力出現(xiàn)大幅度變化時，鼓風(fēng)機(jī)前的吸力依靠機(jī)前翻板的調(diào)整來平穩(wěn)機(jī)前吸力就顯得比較困難，從而導(dǎo)致初冷器前的吸力劇烈波動，因此無法快速克服瞬間的集氣管系統(tǒng)氣量波動。氣量的波動將惡化各個焦?fàn)t集氣管的壓力調(diào)節(jié)，并有可能使集氣管調(diào)節(jié)翻板快速進(jìn)入不靈敏區(qū)，失去調(diào)節(jié)作用。

三、集氣管壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造實(shí)例

中煤旭陽焦化有限公司二系兩座焦?fàn)t原采用DCS系統(tǒng)單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。

原系統(tǒng)集氣管壓力控制原理：變送器分別檢測出4、5號焦?fàn)t集氣管壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA DC信號，再經(jīng)安全柵隔離轉(zhuǎn)換為1-5V DC的信號，送入調(diào)節(jié)器與設(shè)定值比較并進(jìn)行PID運(yùn)算處理后給出控制信號去執(zhí)行機(jī)構(gòu)（氣動）調(diào)節(jié)翻板開度，從而實(shí)現(xiàn)兩爐壓力的控制。機(jī)前吸力通過手動調(diào)節(jié)大循環(huán)翻板開度實(shí)現(xiàn)控制。

原系統(tǒng)缺陷：1、從結(jié)構(gòu)上看，以前集氣管壓力控制采用DCS系統(tǒng)單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)處于孤立狀態(tài)，缺乏相互顧及和協(xié)調(diào)，且不穩(wěn)定。2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣動方式，反應(yīng)遲滯、靈敏度和準(zhǔn)確度差，氣路或信號異常易出現(xiàn)誤動作。3、風(fēng)機(jī)房大循環(huán)調(diào)節(jié)閥只能人工手動調(diào)節(jié)，機(jī)前吸力調(diào)節(jié)反映遲滯且工作量大。

新系統(tǒng)概述

焦?fàn)t集氣管壓力計(jì)算機(jī)模糊控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備狀況和工藝需要，采用SIEMENS PLC、 SIEMENS組態(tài)軟件WinCC 6.2和Visual Basic 6.0，結(jié)合先進(jìn)的經(jīng)典的模糊控制理論，對系統(tǒng)重要工藝控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)模糊隨動閉環(huán)控制；對系統(tǒng)重要的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集中管理和顯示，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，控制時間可根據(jù)生產(chǎn)工藝需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時，對參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行上下限顏色報(bào)警，保證參數(shù)出現(xiàn)異常時及時發(fā)現(xiàn)，及時處理。

新系統(tǒng)原理

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t集氣管荒煤氣壓力的智能分析和控制；裝煤時間集氣管荒煤氣壓力20秒內(nèi)將壓力調(diào)節(jié)至正常；焦?fàn)t壓力控制設(shè)定值可在線修改；結(jié)合大循環(huán)自動控制，平衡吸力在管道內(nèi)的分配，動態(tài)調(diào)整初冷器前吸力，“以動制動”，及時適應(yīng)焦?fàn)t加煤、換向和機(jī)后阻力的變化，克服傳統(tǒng)的分階段定值控制“以靜制動”適應(yīng)性較差的弊端。在正常工藝情況下，焦?fàn)t集氣管壓力控制在設(shè)定值±20 Pa 。該系統(tǒng)將人的控制思維和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為若干規(guī)則賦予計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使其具備人的智能，及時跟蹤各焦?fàn)t生產(chǎn)環(huán)節(jié)和風(fēng)機(jī)后阻力的復(fù)雜變化，根據(jù)焦?fàn)t壓力變化的綜合分析計(jì)算對風(fēng)機(jī)入口阻力智能控制，同時對焦?fàn)t翻板的模糊調(diào)節(jié)，使之與不斷變化的生產(chǎn)情況動態(tài)分配，確保各焦?fàn)t集氣管壓力的平衡和穩(wěn)定。

新系統(tǒng)主要優(yōu)勢：

一、完整的焦?fàn)t煤氣流體控制理論

該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的PID控制有本質(zhì)不同，根據(jù)焦化生產(chǎn)工藝特性，進(jìn)行了多項(xiàng)理論創(chuàng)新，主要體現(xiàn)以下幾方面：1、焦化一體化控制理論；2、吸力無級動態(tài)控制調(diào)配理論；3、工藝提前控制理論；4、獨(dú)特的焦?fàn)t間解耦控制理論。5、智能模糊控制理論

二、通過更換電動執(zhí)行器（DZHJ-160E）主動快速克服推焦、裝煤、噴灑高壓氨水、焦?fàn)t換向?qū)瘹夤軌毫Φ膹?qiáng)擾動。

三、從控制上較好地解決了焦?fàn)t之間的耦合效應(yīng)，利用大循環(huán)自動快速調(diào)整初冷器前的吸力，從而穩(wěn)定集氣管的壓力，總體的控制效果還是不錯的。

四、主動智能適應(yīng)各種變化，控制效果穩(wěn)定如一，不需要儀表維護(hù)人員經(jīng)常整定參數(shù)。

五、計(jì)算機(jī)雙機(jī)熱備控制系統(tǒng)：兩臺計(jì)算機(jī)同時開機(jī)，一臺執(zhí)行控制任務(wù)，另一臺執(zhí)行熱備用任務(wù)并監(jiān)視控制機(jī)，當(dāng)控制機(jī)發(fā)生故障，備用機(jī)立即自動執(zhí)行控制任務(wù)。切換過程無擾動實(shí)現(xiàn)，不需要人工進(jìn)行任何干預(yù)。雙機(jī)熱備提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

六、 PLC雙機(jī)熱備控制系統(tǒng)：上位計(jì)算機(jī)雙機(jī)熱備，下位采用高可靠性的西門子S7-300控制系統(tǒng)，在兩臺計(jì)算機(jī)同時故障情況下，PLC可最大限度確保生產(chǎn)安全。

中煤旭陽焦化有限公司采用了西安中程自動化工程公司的多焦?fàn)t集氣管壓力無級模糊控制系統(tǒng)以后，集氣管壓力調(diào)節(jié)取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保成績。