CN101372622B - 焦炉加热自动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种焦炉加热自动控制方法，该方法通过测量焦炉温度，并使用焦炉加热煤气流量模型和分烟道吸力模型，计算出加热煤气流量Q和分烟道吸力a，并且分别对这两者进行控制而实现对焦炉温度的控制。本发明的方法在焦炉加热自动控制过程中可以把握和运用焦炉温度的变化规律，从而达到提高焦炉温度控制精度、改善焦炭质量、最大限度降低炼焦耗热量、节约能源的目的。

Description

焦炉加热自动控制方法

技术领域

本发明涉及焦炉加热领域，更具体地，本发明涉及一种焦炉加热自动控制方法。

背景技术

在炼焦的总能耗中，焦炉加热耗用的能量约占炼焦总能耗的70％，所以焦炉加热控制是炼焦生产中的关键环节，对温度的控制效果的好坏将直接影响到炼焦产品质量、焦炉的寿命、能源的利用以及环境保护等问题。

图1所示为典型的焦炉炉体、焦炉基础以及主要设备的剖面图，焦炉最上部是炉顶区1，炉顶区1之下为彼此相间的燃烧室和炭化室2(图中仅示出炭化室2，燃烧室与炭化室2在同一水平面上，并未示出)，炉体下部是蓄热室4以及连接蓄热室4与燃烧室的斜道区3，每个蓄热室4下部的小烟道5通过交换开闭器6与分烟道7相连，分烟道7设在焦炉下部基础两侧，根据位置分为机侧分烟道和焦侧分烟道。其中燃烧室分成许多立火道。通常，燃烧室立火道两两之间构成双联火道，加热煤气和空气在双联火道其中一个火道内混合燃烧，燃烧后的废气由顶部的跨越孔进入另一火道，然后通过斜道区3、蓄热室4、小烟道5及废气开闭器进入分烟道。间隔一定时间，加热换向进行，如此往复。蓄热室4下部的小烟道5的作用是在上升气流时向蓄热室4分配冷空气，或在下降气流时汇集蓄热室4排出的废气。

在炼焦的实际生产中，焦炉的加热过程是一个动态的热平衡过程，一般来讲，影响焦炉温度波动的因素主要有以下几方面：(1)装炉煤的挥发分、水分以及质量等；(2)加热煤气的热值、温度以及压力等；(3)生产操作中的周转时间和检修时间；(4)空气过剩系数；(5)炉体散热状况和串漏。

从20世纪70年代开始，各个国家都在焦炉加热自动控制方面研发出各种焦炉加热自动控制系统，例如日本的焦炉自动燃烧控制系统(ACC)、法国的CRAPO系统、荷兰的CETCO系统等等。中国也在20多年来研发出各种焦炉加热自动控制系统。从控制策略的类别上看，现有技术中的焦炉加热自动控制策略可以被分为三类，分别基于前馈、反馈和前反馈结合，其中前两种控制较为简单、效果不太理想，目前多以前反馈结合的控制策略为主，前反馈结合的控制策略又分为以反馈控制为主前馈控制为辅、和以前馈控制为主反馈控制为辅两种。

现有的基于前反馈结合的焦炉加热自动控制技术通常是将供热量前馈和炉温反馈相结合，以控制焦炉加热煤气流量和分烟道吸力以达到控制焦炉加热的目的。其中，供热量前馈主要考虑装炉煤的水分和加热煤气的热值变化，炉温反馈主要将利用热电偶测得的立火道温度(直行温度或代表直行温度)或蓄热室顶部温度(将其拟合为立火道温度值)与控制标准对比后进行调节。

现有的焦炉加热自动控制技术存在着以下几点不足：

(1)前馈控制环节，只注意了装煤水分和加热煤气热值变化而引起的热平衡改变，而没有考虑焦炉作业过程中周期性的热量需求变化；同时加热煤气流量调节(与焦炉温度变化之间)的滞后问题没能得到有效解决。

(2)在炉温反馈环节中，由于立火道或蓄热室顶部温度较高，测量温度使用的热电偶成本较高，所以设置的测点较少，导致测点的代表性差。

此外，焦炉分烟道吸力调节也是控制焦炉温度调节的另一重要环节，通过控制分烟道吸力来获取适合于加热煤气流量的空气量，其中机侧和焦侧的分烟道吸力是分别控制的。目前主要采用在线监测分烟道的废气氧含量，根据氧含量的值与规定控制值相比较以进行控制，但是这种方式在一定程度上增加了成本。

由于现有的焦炉加热自动控制方法存在以上不足，致使焦炉加热自动控制长期处于高资金投入、低控制水平的状态，这些大大制约了自动控制技术在焦炉加热方面的推广应用和提高。

发明内容

本发明基于焦炉热工理论的模糊控制技术，针对现有技术中的控制不精确、稳定性不佳的缺陷，提供一种控制精确、稳定性好的焦炉加热自动控制方法。

焦炉传热是个复杂且不稳定的过程，现有的焦炉加热自动控制方法的研发大多基于对焦炉传热深入研究的基础上。而本发明则避开了复杂的焦炉传热而基于基本的焦炉热平衡和炼焦生产的实际过程进行研究。

发明人经过大量的统计数据研究发现，焦炉炭化室平均结焦时间是影响焦炉温度的主要因素之一，并且其对焦炉温度的影响具有周期性。发明人发现，i时刻的焦炉温度T_i与之前某一时刻(即j时刻)时的焦炉炭化室平均结焦时间t_j之间具有较好的错时对应的相关性。因此发明人建立了i时刻焦炉温度T_i与j时刻焦炉炭化室平均结焦时间t_j之间呈正比线性关系的数学模型：

T_i＝mt_j+n                                          式(1)

其中i时刻比j时刻落后若干小时，也就表明了焦炉温度与焦炉炭化室平均结焦时间之间是错时对应的关系，经过发明人多次实验研究，i时刻与j时刻之间的时差为2-4小时时，相关性最好，相关性越好，焦炉温度与焦炉炭化室平均结焦时间两者的相关系数r越接近1，此时确定具有最佳的相关关系的为i′时刻焦炉温度T_i′与j′时刻焦炉炭化室平均结焦时间t_j′。需要说明的是，对于一确定的焦炉，本领域技术人员可以很容易地通过多次测量与计算得到多组T与t的数据，从而根据这些数据拟合出线性关系的曲线，以得到该曲线的斜率m和截距n，因此m、n以及i′时刻与j′时刻之间的时差对于一个处于一定生产状况下的焦炉来说是可以唯一确定的。

其中，发明人提出的“焦炉炭化室平均结焦时间t_j”，其具体定义是指：截至到j时刻装炉煤料在焦炉内的平均停留时间，该值可以采用算术或加权两种方法得到。假设一共有y个炭化室，任一个炭化室称为第x号炭化室，即x＝1，2，3...y，一般地，当各炭化室之间装煤量m_x相差不大时(例如各炭化室的装煤量m_x与平均装煤量

相差不超过±1％时)，则可以用截止到j时刻装煤炉料在各个炭化室内的各自停留时间t_xj的算术平均值作为焦炉炭化室平均结焦时间t_j，即

$t_j=\frac{\underset{x=1}{\overset{y}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{xj}}}{y}$ 其中x＝1，2，3...y                式(2)

反之，如果各炭化室之间装煤量m_x相差较大(例如各炭化室的装煤量m_x与平均装煤量

相差超过±1％时)，则焦炉炭化室平均结焦时间t_j等于截止到j时刻装炉煤料在各个炭化室内的各自的停留时间t_xj分别乘以平均装煤量

与各个炭化室装煤量m_x的比值的加权平均值，即

$t_j=\underset{\text{x=1}}{\overset{y}{\mathrm{\Σ}}}(t_{\mathrm{xj}}\×\frac{\stackrel{\‾}{m}}{m_x})$ 其中x＝1，2，3...y                式(3)

本发明的发明人根据式(1)的数学模型进而建立适合焦炉加热规律的加热煤气流量模型和分烟道吸力模型。

因此，本发明提供的焦炉加热自动控制方法包括以下步骤：a)测量焦炉温度T_M；b)根据测量的焦炉温度T_M确定加热煤气流量Q；c)根据加热煤气流量Q确定机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C；d)根据确定的加热煤气流量Q、机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C分别控制加热煤气流量、机侧和焦侧的分烟道吸力；其中，步骤b)包括以下步骤：b1)获得多组不同时刻的焦炉温度T以及焦炉炭化室平均结焦时间t的数据；b2)利用步骤b1)所获得到的数据建立焦炉温度T和焦炉炭化室平均结焦时间t的错时对应关系，得到i时刻焦炉温度T_i与j时刻焦炉炭化室平均结焦时间t_j之间的数学模型T_i＝mt_j+n，其中j时刻为i时刻之前一时刻，i′时刻焦炉温度T_i′与j′时刻焦炉炭化室平均结焦时间t_j′之间有最佳的相关关系，确定斜率m、截距n，并确定i′时刻与j′时刻之间的时差；b3)利用测量的焦炉温度T_M、当前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₁、先前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₂，确定加热煤气流量Q，其中当前时刻与先前时刻的时差等于i′时刻与j′时刻之间的时差。

本发明所提供的焦炉加热自动控制方法根据i时刻焦炉温度T_i与j时刻焦炉炭化室平均结焦时间t_j之间的关系建立了线性正比的数学模型，确定相关性最好的i′时刻焦炉温度T_i′与j′时刻焦炉炭化室平均结焦时间t_j′之间的关系，从而获得了稍后会提到的优选的精确的加热煤气流量模型和分烟道吸力模型，可以计算出精确的加热煤气流量Q、机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C，根据计算出的Q、a_E和a_C对焦炉的加热进行控制。根据本发明的优选实施方式，本发明还提出了加热煤气流量和分烟道吸力模型，由于其所基于的参数(i时刻焦炉温度T_i和j时刻焦炉炭化室平均结焦时间t_j)的相关性比现有技术中采用的数学模型中的参数要好，所以利用本发明所提出的数学模型得到的加热煤气流量和分烟道吸力进行控制可以更精准地控制焦炉温度，焦炉温度更稳定，减小了检修时间对焦炉温度的影响，根据本发明的优选实施方式本发明可将焦炉直行温度控制在理想温度的±1℃以内，并且选用了空气温度作为分烟道前馈项，可以将空气过剩系数控制在1.20±0.05之内，最大限度地降低了炼焦耗热量，节约能源。并且根据本发明的优选实施方式，利用小烟道温度来拟合焦炉(直行)温度或直接建立小烟道温度控制标准，从而不必使用昂贵的热电偶，降低了成本，增加了测点的数量，测量温度的代表性有很大提高。

附图说明

图1为典型的焦炉炉体、焦炉基础以及主要设备的剖面图；

图2为根据本发明的焦炉加热自动控制方法各要素之间的控制关系图；

图3为焦炉各部位温度关联关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图2，为本发明的焦炉加热自动控制方法各要素之间的控制关系图，一般地，现有的焦炉加热自动控制方法包括以下步骤：a)测量焦炉温度T_M；b)根据测量的焦炉温度T_M确定加热煤气流量Q；c)根据加热煤气流量Q确定机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C；d)根据确定的加热煤气流量Q、机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C分别控制加热煤气流量、机侧和焦侧的分烟道吸力，而本发明对其中步骤a)-c)都做出了改进，下面按发明重点依次分别阐述每一步骤。

其中步骤b)包括如上所述的各个步骤b1)-b3)，下面分别对各个步骤进行说明。

步骤b1)分别获得多组焦炉温度T以及焦炉炭化室平均结焦时间t的数据，具体来说就是：测量多个(不少于10个)炼焦作业小循环的焦炉温度，并计算在不同作业小循环内处于相同时刻焦炉温度的算术平均值，用这个算术平均值作为该时刻的焦炉温度T，并计算作业小循环内不同时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t。以作业小循环的时间为20小时为例：如果每30分钟测量一次温度(多点测量)，并计算出一个平均温度，这样每个小循环可以获的40个平均温度数据；10个小循环就获得400个焦炉平均温度的数据，将在不同小循环内处于相同时刻的平均温度数据再分别计算算术平均值，就可以得到最终的40个数据，即为不同时刻的焦炉温度。温度测量的频率一般按照焦炉加热换向时间确定测量频率，例如30分钟加热交换一次，温度测量就每30分钟执行一次。需要注意的是这些数据是对应各个时刻获得的，其中焦炉温度T可以通过计算机控制在线测量得到，焦炉炭化室平均结焦时间t通过式(2)或式(3)得到，在此不再重复，焦炉炭化室平均结焦时间t的计算时间间隔视需要而定，一般10分钟的时间间隔比较合适。

步骤b2)利用上面得到的多组数据拟合出相关性最好的错时对应的拟合曲线，确定斜率m、截距n，并确定i′时刻与j′时刻之间的时差。其中i′时刻与j′时刻之间的时差一般为2-4小时之内的某一确定时差。本领域技术人员通过计算机的高速运算可以很容易得到相关性最好的式(1)的T_i＝mt_j+n模型。其中式(1)的T_i＝mt_j+n还具有高级形式，即

$T_i=m(t_j\±\frac{t_{\mathrm{xj}}^2}{p})+n$ 其中x＝1，2，3...y                   式(4)

其中t_xj为选定的一个炭化室的结焦时间，该炭化室的选择可以使得焦炉温度与炭化室的结焦时间之间的相关性提高。

步骤b3)利用测量的焦炉温度T_M、当前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₁、先前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₂，确定加热煤气流量Q，本领域技术人员根据所考虑的前馈以及反馈可以设计出合适的计算加热煤气流量Q的模型，本发明给出了一种利用式(1)得到的优选计算模型，即步骤b3)包括以下步骤：

b31)确定焦炉的周转时间τ，并计算当前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₁、先前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₂、前一周转时间内加热煤气的平均流量Q_P；

b32)利用下面的加热煤气流量模型：

$Q=Q_P\{1+k_1(\frac{\mathrm{\τ}}{2}-t_1)+k_2[T_{\mathrm{Ref}}+k_3(t_2-\frac{\mathrm{\τ}}{2})-T_M\left]\right\}$ 式(5)

计算出加热煤气流量Q。其中式(5)是针对式(1)得到的，而如果针对式(4)给出的高级形式的模型，则式(5)中

可以用

代替。

式(5)中，各参数的更具体含义、单位以及获取方式如下：

τ：焦炉的周转时间(小时)，指焦炉生产计划的作业周期，即在焦炉操作中把某个炭化室从推焦(或装煤)到该炭化室下一次推焦(或装煤)的时间间隔，焦炉的周转时间一般为16-32小时；

t₁：当前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间(小时)，可以根据上面对焦炉炭化室平均结焦时间的定义很容易地获得；

t₂：先前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间(小时)，同样可以根据对焦炉炭化室平均结焦时间的定义很容易地获得，其中，先前时刻是指当前时刻之前的一时刻，当前时刻与先前时刻的时差等于i′时刻与j′时刻之间的时差；

Q_P：前一周转时间内加热煤气的平均流量(m³/小时)，可以根据截止到计算时刻为止的前一周转时间内加热煤气流量状况由控制系统的计算控制单元自动获得；

T_Re f：焦炉的标准温度(℃)，为焦炉加热领域规定的标准温度，也就是焦炉生产的最佳温度，对于特定的一个焦炉来说，焦炉的标准温度是确定的。该焦炉的标准温度可以由生产厂家提供(依据炉型、炉龄和生产工况(装煤方式、周转时间))；

T_M：测量的焦炉温度(℃)，之前在步骤a)中测得；

k₁：平均结焦时间前馈系数，选值范围为0-0.08，一般来讲，

的值在一定范围内适度增大则会降低焦炉温度的波动幅度，但是这个值越大则加热煤气流量波动越大，进而会影响焦炉加热系统稳定性，所以

的值应当小于0.1，如果控制思路是稳定加热煤气流量，则k₁可以取零，这种情况下加热煤气流量对焦炉炭化室平均结焦时间变化引起的焦炉温度变化不进行调整，而只对其他因素引起的焦炉温度变化进行调整，这样加热煤气流量相对稳定，但焦炉温度波动相对来说稍大，而如果控制思路是可以允许加热煤气流量作周期性适度波动而尽量降低焦炉温度的波动幅度，则k₁在加热允许的情况下(加热煤气流量的波动不大于±10％)，尽量取较大的值以降低焦炉温度的波动幅度；

k₂：温度反馈系数，选值范围为0.005-0.025，其具体取值与测温部位有关，稍后将结合步骤a)测温部位的选取进一步详细划分；

k₃：动态标准温度系数，选值范围为0-2.5，其具体取值也与测温部位有关，稍后也将结合步骤a)测温部位的选取进一步详细划分，一般k₁、k₃可以联合确定，k₁取值越大，k₃取值越小，如果k₁取零，则k₃等于T_i＝mt_j+n模型的斜率m，但是k₁的变化对k₃的影响不大，例如可以通过k₃＝(1-20k₁)m得到，这仅是粗略的计算公式本领域技术人员可以对其进行调整；以上三个参数均可以在其各参数的选值范围内选定，只要在这个选值范围选取均可实现本发明。

对于步骤c)，本领域技术人员可以根据所考虑的前馈以及反馈设计出合适的计算出机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C的模型，本发明给出了一种优选的计算方式，即步骤c)包括以下步骤：

c1)测量空气温度T_a；

c2)利用步骤b)中确定的加热煤气流量Q，分别根据下面的机侧和焦侧分烟道吸力模型：

$a_E={\left(\frac{Q}{Q_{\mathrm{Ref}}}\right)}^{\mathrm{\μ}}{a}_{\mathrm{ERef}}+\mathrm{\ξ}[{\left(\frac{T_a}{T_{\mathrm{aRef}}}\right)}^2-1]P_{\mathrm{ERef}}$ 式(6)

$a_C={\left(\frac{Q}{Q_{\mathrm{Ref}}}\right)}^{\mathrm{\μ}}{a}_{\mathrm{CRef}}+\mathrm{\ξ}[{\left(\frac{T_a}{T_{\mathrm{aRef}}}\right)}^2-1]P_{\mathrm{CRef}}$ 式(7)

计算出机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C。

其中，各参数的具体含义、单位以及获取方式如下：

T_a：空气温度(K)，可以采用本领域人员公知的各种测温方法测量焦炉环境内不受热源干扰(交换机外)、不被太阳直晒的位置的空气温度，一般将测量点设在分烟道走廊的两端；

Q_Re f：加热煤气的基准流量(m³/小时)，为同一工况下(焦炉生产的周转时间不变)多个焦炉生产小循环(一般不少于5个)的加热煤气的平均流量。采用高(贫)炉煤气加热时加热煤气的基准流量也被分为机侧和焦侧两个基准流量；

a_E Re f：机侧分烟道基准吸力(Pa)，为同一工况中使用所确定的加热煤气的基准流量的情况下确定的能够使得焦炉加热空气过剩系数和看火孔压力保持适宜值的机侧分烟道吸力；

a_C Re f：焦侧分烟道基准吸力(Pa)，类似地，为同一工况中使用所确定的加热煤气的基准流量的情况下确定的能够使得焦炉加热空气过剩系数和看火孔压力保持适宜值的焦侧分烟道吸力；

T_a Re f：空气基准温度(K)，可以根据当地全年温度统计值确定的在当前时刻所处的时间段的空气平均温度，例如可以简单地将全年温度统计值划分几个时段，每个时段的平均气温就是空气基准温度，通常情况下，将设置测温点地温度视作空气温度使用，并以此确定空气基准温度，测温点设置在焦炉分烟道走廊的两端；

P_E Re f：机侧进风门的基准阻力(Pa)，在周转时间确定的情况下，对应每一个空气基准温度就有一个适宜的进风门开度，在使用所确定的加热煤气基准流量和分烟道基准吸力的情况下测得的机侧进风门的平均阻力即为机侧进风门基准阻力；

P_C Re f：焦侧进风门的基准阻力(Pa)，类似的，即为在上面的条件下测得的焦侧进风门的平均阻力；以上七个参数为本领域人员通过惯常操作可以获得的值，或者是在现有的自动控制单元上可以获取的值；

μ：吸力的煤气流量指数，选值范围为1-2；

ξ：空气温度系数，选值范围为0-1；

实际应用中可将μ、ξ的初始值分别确定为1.5和0.5，再由专业人员依据焦炉加热的调节情况进行调整。

其中步骤a)测量的焦炉温度T_M可以为立火道温度、蓄热室顶部温度和小烟道温度中的一者，优选为小烟道温度。优选情况下，按照焦炉作业的笺号设置多个测温点，取其测量温度的平均值作为焦炉温度T_M。

在焦炉的各个部位的温度中，加热控制的最终目标是焦饼中心温度，其他各温度均与焦饼中心温度存在不同程度的相关，见图3。其中火落温度、焦饼(表面)温度、炉墙(炭化室)温度与焦饼中心温度的相关性最好，但是如采用这些温度则测量全炉温度周期过长，投资较高，并不适合用于焦炉加热控制。火落温度能反映焦饼成熟情况，对于修正焦炉标准温度有很强的指导性。而立火道温度在使用人工测量时，其测量温度为立火道底部的砖的温度，这个温度可以使用，但是其易受炉体串漏、空气过剩系数等因素影响，使其测量结果的真实性和代表性变差。自动测量的立火道底部温度，与人工测量有着相似的缺陷，且如前所述采用的热电偶成本较高。蓄热室顶部(废气)温度的特性使其作为焦炉温度测量点较为合适，但缺点在于蓄热室顶部部位的温度较高，能够测量这种高温度的测量仪器的投资很大，所以设置的测点通常不是很多，费用高且代表性不好。分、总烟道温度与焦饼中心温度的相关性最弱，误差较大。而小烟道温度与焦饼中心温度的相关性适中，符合焦炉加热的自身特点，小烟道温度与两个燃烧室和三个炭化室直接相关，同时又与全炉其他燃烧室和炭化室间接相关，整体性较强，并且小烟道温度相对较低，使用热电阻或热电偶价格低廉，可以安装更多的热电阻或热电偶，这样成本低，测点多，代表性强。并且小烟道在焦炉中所处的位置，方便了焦炉的日常维修。

由于测量的焦炉温度的测温点的不同，所以步骤b32)中的标准温度T_Re f可以为基于上述各种焦炉温度的标准温度，例如测量点设置在立火道时，使用常用立火道标准温度(直行标准温度)，测量点设置在小烟道时，采用小烟道标准温度，这些标准温度对于本领域人员可以根据焦饼成熟情况确定，或者通过已经确定的直行温度标准和获取的各部位温度之间的关系数学模型来获得相关部位的标准温度。实际控制中，也可以将测量的其他部位的温度通过模型拟合为立火道温度，再与立火道的温度标准比较进行调节。

对于上面提到的参数k₂、k₃其选值范围当分别选择小烟道温度和立火道温度或蓄热室顶部温度作为反馈的测量的焦炉温度时也有具体的选值范围，如表1所示。

表1

取值范围	一般适用范围	选取小烟道温度时	选取立火道温度或蓄热室顶部温度时
				k2	0.005-0.025	0.01-0.025	0.005-0.01
k3	0-2.5	0-0.9	0-2.5

此外，如图2所示，在自动控制系统中，前馈包括主前馈和辅助前馈，对于本发明来说，在计算加热煤气流量Q的数学模型中，主前馈为全炉各炭化室平均结焦时间t，辅助前馈可以为装炉煤水分、加热煤气热值等等，可以预留并根据企业的经济实力和炼焦生产的实际需要进行调整，而在计算焦炉分烟道吸力的数学模型中，前馈为加热煤气流量Q和空气温度T_a，反馈为人工或在线测量废气中O₂含量，再通过专业人员建立的O₂含量与分烟道基准吸力之间的数学模型，来调整分烟道基准吸力实现加热用空气量的控制。

上述的步骤b)和步骤c)可以由自动加热控制单元执行，步骤d)由自动加热控制单元发出的控制信号来操纵机械机构(例如控制加热煤气流量的调节翻板等)的运行，以达到控制焦炉温度的目的，其中该自动加热控制单元和机械机构可以应用现有的基本的焦炉自动加热控制单元和机械机构，不同点仅在于，焦炉自动加热控制单元中执行的应用程序为根据本发明所提供的方法编写的程序，本领域普通技术人员根据上述对本发明的描述可以得到该程序。

本发明所提供的方法在实施时只需对现有的焦炉加热自动控制系统的结构略加改动，主要改变控制模型中的相关参数，就可以实现高效、精准控制焦炉加热的目的，在这里不再赘述。

采用本发明提供的方法，可以利用现有焦炉加热自动控制系统，实施成本低，在实际应用中可以达到理想的控制效果。此外，本发明在高炉煤气加热领域也可以实施，根据说明书公开的内容本领域技术人员结合高炉加热的特点仅需稍加改动就可以获得高炉自动加热控制方法，在此不再详细介绍。

Claims (3)

1.一种焦炉加热自动控制方法，该方法包括以下步骤：

a)测量焦炉温度T_M；

b)根据测量的焦炉温度T_M确定加热煤气流量Q；

c)根据加热煤气流量Q确定机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C；

d)根据确定的加热煤气流量Q、机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C分别控制加热煤气流量、机侧和焦侧的分烟道吸力；

其特征在于，步骤b)包括以下步骤：

b1)获得多组不同时刻的焦炉温度T以及焦炉炭化室平均结焦时间t的数据；

b2)利用步骤b1)所获得到的数据建立焦炉温度T和焦炉炭化室平均结焦时间t的错时对应关系，得到i时刻焦炉温度T_i与j时刻焦炉炭化室平均结焦时间t_j之间的数学模型T_i＝mt_j+n，其中j时刻为i时刻之前一时刻，i′时刻焦炉温度T′_i与j′时刻焦炉炭化室平均结焦时间t′_j之间有最佳的相关关系，确定斜率m、截距n，并确定i′时刻与j′时刻之间的时差；

b3)利用测量的焦炉温度T_M、当前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₁、先前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₂，确定加热煤气流量Q，其中当前时刻与先前时刻的时差等于i′时刻与j′时刻之间的时差；

其中，该方法的步骤b3)包括以下步骤：

b31)确定焦炉的周转时间τ，并计算当前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₁、先前时刻的焦炉炭化室平均结焦时间t₂、前一周转时间内加热煤气的平均流量Q_P；

b32)利用下面的加热煤气流量模型：

$Q=Q_P\{1+k_1(\frac{\mathrm{\τ}}{2}-t_1)+k_2[T_{\mathrm{Ref}}+k_3(t_2-\frac{\mathrm{\τ}}{2})-T_M\left]\right\}$

计算出加热煤气流量Q，其中T_Ref为焦炉的标准温度，k₁为平均结焦时间前馈系数，选值范围为0-0.08之间，k₂为温度反馈系数，选值范围为0.005-0.025之间，k₃为动态标准温度系数，选值范围为0-2.5之间；

其中，该方法的步骤c)包括以下步骤：

c1)测量空气温度T_a；

c2)利用步骤b)中确定的加热煤气流量Q，分别根据下面的机侧和焦侧分烟道吸力模型：

$a_E={\left(\frac{Q}{Q_{\mathrm{Ref}}}\right)}^{\mathrm{\μ}}{a}_{\mathrm{ERef}}+\mathrm{\ξ}[{\left(\frac{T_a}{T_{\mathrm{aRef}}}\right)}^2-1]P_{\mathrm{ERef}}$

$a_C={\left(\frac{Q}{Q_{\mathrm{Ref}}}\right)}^{\mathrm{\μ}}{a}_{\mathrm{CRef}}+\mathrm{\ξ}[{\left(\frac{T_a}{T_{\mathrm{aRef}}}\right)}^2-1]P_{\mathrm{CRef}}$

计算出机侧分烟道吸力a_E和焦侧分烟道吸力a_C，其中Q_Ref为加热煤气的基准流量，a_ERef为机侧分烟道基准吸力，a_CRef为焦侧分烟道基准吸力，T_aRef为空气基准温度，P_ERef为机侧进风门的基准阻力，P_CRef为焦侧进风门的基准阻力，μ为吸力的煤气流量指数，选值范围为1-2之间，ξ为空气温度系数，选值范围为0-1之间。

2.根据权利要求1所述的焦炉加热自动控制方法，其中，相关性最好的i′时刻焦炉温度T′_i与j′时刻焦炉炭化室平均结焦时间t′_j的i′时刻与j′时刻之间的时差范围为2-4小时。

3.根据权利要求1所述的焦炉加热自动控制方法，其中，测量的焦炉温度T_M为立火道温度、蓄热室顶部温度和小烟道温度中的一者。

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