焦化廠焦爐集氣管壓力模糊控制應用研究

摘 要：焦爐的集氣管壓力是焦化廠生產過程中重要的技術參數。焦爐正常運行就需要集氣管的壓力在正常值范圍。若集氣管壓力不處于正常值域會影響生產出來的焦炭質量和影響生產工具焦爐的使用壽命。同時，還會造成環境污染。所以焦爐集氣管壓力的穩定對鋼鐵企業和環境有重要作用，也是減少污染和節約資源的主要手段之一。在焦爐運行過程中，肯定存在著多種不確定因素干擾著集氣管壓力的穩定。炭化室的壓力和加熱變化對其有著直接影響；鼓風機、外送壓力等對其有間接影響。在實際過程中是很難以精確的數學模型來控制的，只能采用模糊控制對集氣管壓力進行控制。

關鍵詞：焦化廠；集氣管壓力；模糊控制

1 概述

焦爐集氣管壓力是生產過程中重要指標之一，它的波動不穩一直是焦化廠難以攻克的難題。當多座焦爐共用一套系統時候，集氣管壓力的不穩定更為突出，焦爐不堪重負出現冒火冒煙的情況，嚴重的影響了焦爐的使用壽命。同時，一個集氣管壓力不穩定會引起另一個集氣管壓力的波動，出現振蕩現象。焦爐經常性的冒火冒煙造成炭化室的荒煤氣外溢，影響焦爐煤氣和化學產品的回收。如果這樣的情況持續的話，會惡化操作環境，破壞爐體，嚴重影響焦炭質量。對于這樣的一個強干擾、非線性、強耦合的控制對象，利用模糊控制和常規PID調節結合，對集氣管壓力系統進行控制。

模糊控制是利用模糊數學的基本思想和理論的控制方法。在傳統的情況下，控制系統模式的精確性會影響到控制的優劣。若系統動態的信息詳細，就越能進行精確控制。變量太多的復雜系統里，想描述系統的動態是非常難的，傳統的控制系統又對此無能為力，所以工程師采用了模糊數學來處理這些棘手的控制問題。

2 焦化廠焦爐集氣管壓力普遍存在的問題

焦爐集氣管壓力不穩定給正常生產帶來極大困難。經過生產和對工藝的深刻研究，結合實際的操作經驗，不斷探索集氣管壓力的變化工作，在多數企業生產過程中，不僅僅是要解決加煤時候的高壓氨水對集氣管壓力影響，還要解決多個問題。（1）常規的PID原理現在不能單純的適應煤氣壓力波動，而且不能解決耦合問題。（2）焦爐集氣管壓力和風機入口吸力不穩，不能很好地相協調。（3）若存在多個焦爐共用一套鼓風系統的現象，需要克服其帶來的耦合干擾。（4）初冷器前吸力標準是人工調節的，其準確性得不到保證。

3 模糊控制在焦爐集氣管壓力上的應用

在一些很有經驗的工人進行操作時，壓力穩定效果可以比常規的PID調節器更好，但并不優于模糊控制。應用模糊控制調整初冷器吸力，采用集中控制基本原理，通過控制煤氣流速流量來平衡焦爐壓力。由模糊控制進行監控集氣管壓力，風機入口閥門及控制信號，初冷器前吸力的信號，形成多回路的模糊動態控制系統。運用焦爐煤氣流程工藝和模糊控制理論及初冷器前吸力動態穩定控制方法，隨時關注生產各個環節的變化。對焦爐翻板進行模糊解耦控制，動態地控制鼓風機吸力在焦爐管道中配置次數和對多座焦爐壓力變化進行分析和風機入口阻力進行智能控制，使之與不斷變化的生產相適應，解決焦爐間的耦合振蕩問題，保證各焦爐的集氣管壓力不在波動，而是穩定狀態。

3.1 初冷器前吸力的模糊控制

傳統的分段定值“以靜制動”適應性較差，需要調節初冷器前吸力，采取“以動制動”和及時適應焦爐加煤和阻力的變化。初冷器前吸力需要不斷進行智能調節，風機入口閥執行器由計算機進行自動控制，適應加煤、機后阻力變化、消煙除塵的變化需要。

3.2 集中控制方式的運用

焦爐煤氣通過管道進行串通、由初冷器鼓風機傳送到各個生產環節，將其作為一個有機整體進行控制，解決其相互影響的多個問題。目前為止，缺乏“調節中心”的集氣管分散調節方式，除在形式上，還要在計算控制上建立一定的聯系，使之成為一體。計算機通過對風機入口閥開度焦爐集氣管壓力、初冷器前吸力、焦爐執行器點位、液耦的控制信號和轉速等必須進行實時運算分析，根據對此分析結果和變化情況進行模糊控制，避免相互之間的干擾，保證焦爐翻板動作的一致性，達到焦爐集氣管壓力的穩定。

3.3 多座焦爐集氣管壓力專用模糊控制系統

以模糊控制軟件技術建立“隨動控制系統”，其原理是計算機系統中賦予人的思維和實操經驗，讓它能夠智能化跟蹤關注焦爐壓力的變動，運算出各閥門所需改變角度的精確值，再快準的發出指令，動態調增風機吸力和其在管道的總配置，保證壓力系統的精確度。

3.4 生產系統中多項波動因素的對應措施

爐形和孔數及結焦周期的變化決定著各焦爐煤氣發生量。管內積液和管道阻力處于不平衡狀態，集氣管壓力正是對應著兩者的變化不斷變化，采取動靜態補償是必需的措施，即運用模糊控制配置各焦爐的吸力和對初冷器進行智能控制來調節各管道中煤氣流量，煤氣不能堵在爐內，也不能存在爐內完全沒有煤氣的現象，這樣可以有效的規避壓力失衡。同時，這一措施還可以發揮風機能力，最大煤氣發生量與其的差距不是太大的時候，系統可以加以“補償”，及時檢測焦爐的煤氣量，超過正常值及時抽走煤氣，減少煤氣量峰值疊加而抽不走的情況。當煤氣發生量與風機能力差距大的時候，可在最短時間內最大可能地降低爐內壓力超高現象。

利用模糊控制，焦爐集氣管壓力幾乎都能保證處在設定值內。焦爐內壓力控制簡單且精確度高。不用再設定PID數據和人工操作，可以實現控制系統的自動化，比人工設定更為精確，同時有力地避免了振蕩現象。

4 結束語

焦化廠焦爐集氣管塔里控制中運用模糊控制系統，解決了困擾企業很久的問題，提高了生產效率，保證焦化廠的產生安全，創收更高的經濟效益，同時模糊控制在非線性、強干擾系統、強耦合系統基礎上跨出了一大步，有助于類似問題的有力解決。在控制對象數學模型不能確定的情況下，模糊控制能夠得到滿意的效果。如此情況下，模糊控制可能適用類似的焦爐和工業，可廣泛應用其中。

參考文獻

[1]符 ，孫紅星，姜明.焦爐多集氣管壓力智能控制系統的研究[J].燃料與化工，2016，1：21-23+27.

[2]麥雪鳳，寧甲宇.焦爐集氣管壓力模糊解耦及吸力協調控制與應用[J].冶金自動化，2015，1：72-76.

[3]沈敏.焦爐集氣管壓力控制的操作分析[J].中國新技術新產品，2015，11：138.

[4]王杰.計算機模糊控制系統在焦爐集氣管壓力控制中的應用[J].自動化應用，2014，6：44-46.

[5]嚴志龍.焦爐集氣管壓力無級模糊控制系統[J].新疆有色金屬，2014，S1：166-168.