干熄焦碳燒損率實時計算與監控系統

吳春暉　陳博通

摘 要：干熄焦技術以其節能、環保和提高焦炭質量三大優點備受企業、行業和國家的高度重視。介紹了一種實時計算和監控干熄焦碳燒損率的方法和系統，以解決目前國內大部分焦化廠通過統計方法計算碳燒損率精度不高、周期較長的問題，從而更加有效地指導生產。

關鍵詞：干熄焦；燒損率；計算模型；實時監控

中圖分類號：TQ522.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.120

1 背景

焦炭是高爐的重要原燃料，其生產技術的先進程度、產品質量的優劣直接影響到高爐的經濟技術指標和生產操作。干熄焦（CDQ）是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法，是煉焦工藝中一個十分重要的環節，它在改善焦炭質量、回收利用能源以及保護環境等方面有著傳統濕熄焦無法比擬的優勢。近年來，在國家產業政策的要求下，國內干熄焦技術得到了空前的發展。碳燒損率是評價干熄焦裝置運行的重要指標，它與焦炭產量有直接的關系。干熄焦碳燒損率控制的好壞直接影響到焦化廠的收益。

目前，國內大部分焦化廠對干熄焦碳燒損率的計算都是采用統計的方法得到，通過盤點一段時間內（比如1個月）干熄爐焦炭裝入量、排焦量和焦粉產量，并結合式（1）計算得出：

由于此方法數據精度不高、統計周期較長，最終導致計算得出的碳燒損率對干熄焦的生產操作不具備指導意義。

干熄焦碳燒損率實時計算與監控系統基于生產過程數據分別建立碳燒損率周期模型、碳燒損率計算模型，實時計算出干熄焦碳燒損率，既不影響干熄焦正常生產，又能如期進行碳燒損率檢測，從而更加有效地指導生產。

2 系統實現架構

干熄焦碳燒損率實時計算與監控系統的實現架構如圖1所示。配置一臺工控機7作為干熄焦碳燒損率實時計算系統的數據運算服務器，它通過通信網絡4，5，6與系統數據平臺3相連；系統數據平臺通過控制電纜2實時采集干熄焦裝置運行過程中的生產數據1；在數據運算服務器中，通過干熄焦碳燒損率計算模型實時計算出干熄焦碳燒損率，并通過外部設備實時顯示給用戶，以指導生產。

2.1 數據運算服務器

數據運算服務器的作用是存儲和運行干熄焦碳燒損率計算的模型，實時計算出干熄焦碳燒損率。

2.2 系統數據平臺

系統數據平臺的作用是實時采集并統一管理干熄焦裝置運行過程中的生產數據，它可以是DCS或PLC，也可以是氣體成分檢測儀、流量檢測二次儀表等數據采集裝置。

2.3 外部設備

外部設備可以是顯示器或記錄儀等設備，用于向用戶實時顯示干熄焦碳燒損率的計算結果，其可以與數據運算服務器在同一臺計算機上，也可以單獨配置。

2.4 通信網絡

通信網絡4，5，6可以是工業以太網或PROFIBUS等，其作用是將干熄焦碳燒損率實時計算系統的數據運算服務器與系統數據平臺連接起來。

2.5 控制電纜

控制電纜可以是KVVP電纜，用于將干熄焦系統的現場設備和儀表連接到系統數據平臺。

2.6 干熄焦裝置運行過程

干熄焦裝置運行過程中的生產數據包括干熄焦裝置運行的工藝參數（比如溫度、壓力、流量）和干熄焦設備狀態等。

3 計算系統內部結構與模型

3.1 干熄焦碳燒損率實時計算系統內部結構

干熄焦碳燒損率實時計算與監控系統主要由系統數據平臺、數據運算服務器和外部設備3部分組成。通過搭建系統數據平臺，實時采集干熄焦裝置運行過程中的生產數據，在數據運算服務器中，基于生產過程數據分別建立碳燒損率周期模型、碳燒損率計算模型，實時計算出干熄焦碳燒損率，最終通過外部設備實時顯示給用戶，用于指導生產。結構如圖2所示。

3.2 干熄焦碳燒損率計算的模型

干熄焦碳燒損率計算的模型包括碳燒損率周期模型和碳燒損率計算模型。

碳燒損率周期模型是整個干熄焦碳燒損率實時計算系統的邏輯控制中心，它通過判斷γ射線信號（安裝在干熄爐上的γ射線）或電容式料位計或雷達料位計等其他干熄爐內料位檢測裝置信號到來的時間間隔，從而得到碳燒損率計算的周期T，并通過消息傳遞的方式，向碳燒損率計算模型發送消息，觸發其執行。圖3為碳燒損率周期模型結構。

碳燒損率計算模型的作用是實時計算干熄焦碳燒損率。干熄焦碳燒損率η的計算式如下：

焦炭燒損量Q焦炭燒損量由2部分組成，即Q焦炭燒損量1和Q焦炭燒損量2，計算公式如下：

式（3）（4）（5）中：Q焦炭燒損量1為干熄焦系統導入空氣造成的焦炭燒損量排煙部分；Q焦炭燒損量2為干熄焦系統導入空氣造成的焦炭燒損量循環氣體變化部分；Q空氣為干熄爐導入空氣流量；Q循環氣體為干熄焦系統循環氣體用量；ΦCO為干熄焦系統循環氣體中CO的濃度；ΦCO2為干熄焦系統循環氣體中CO2的濃度；ΦO2為干熄焦系統循環氣體中O2的濃度；ΔΦCO為干熄焦系統循環氣體中CO濃度的變化量；ΔΦCO2為干熄焦系統循環氣體中CO2濃度的變化量。

公式中所需參數數據由系統數據平臺中獲取。

4 結束語

目前，國內大部分焦化廠對干熄焦碳燒損率的計算都是采用間接統計的方法得到，數據精度不高、統計周期較長，對干熄焦的生產操作不具備指導意義。干熄焦碳燒損率實時計算模型與監控系統的研究與實踐，采用軟測量技術，系統實時計算出干熄焦碳燒損率，最終通過外部設備實時顯示給用戶，從而更加有效地指導生產，具有一定的推廣意義與應用價值。

參考文獻

[1]周亞平.干熄焦技術的發展及應用[J].安徽冶金科技職業學院學報，2004（3）：42-45.

[2]陳志明，姚紅英.干熄焦的生產實踐及發展方向探討[J].鋼鐵，2000（5）：1-4.

[3]徐志棟，曹銀平.寶鋼干熄焦節能與技術進步[J].中國冶金，2005（2）：30-33.

[4]劉春祥，李慶壽，景子星.干熄焦電氣控制系統技術改進措施[J].梅山科技，2006（2）：33-36.

〔編輯：劉曉芳〕