CN103911167B - 焦炉直行温度测量时加减吸力控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种焦炉直行温度测量时加减吸力控制系统和控制方法，控制系统设有废气和分烟道翻板及其调节阀、压力检测装置，以及智能模糊算法控制器，控制方法包括：压力检测装置测出看火孔初始压力P1；智能模糊算法控制器执行模糊算法，给各调节阀初始开度V1指令；执行V1指令后，再次检测出看火孔压力P2，并与目标控制值压力P0比较：若P2不在P0范围内，将实测值P2反馈给智能模糊算法控制器，由其自动执行精确PID算法，给各翻板调节阀更加接近P0的开度V2；再次检测看火孔压力P3，再将P3与P0比较，直至整个系统经多次闭环自适应运算之后，使看火孔压力维持在P0内。本发明实现焦炉系统的自动、安全稳定运行，并降低焦炉测温时的热量损失。

Description

焦炉直行温度测量时加减吸力控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及焦炉炼焦装置，具体说有关一种用于焦炉生产过程的控制方法。

背景技术

现有焦炉的规格为50孔和6m，多座焦炉联合运行进行焦炭生产。为了使焦炉的生产达到均衡、稳定，延长其炉体寿命，就加热而言，最重要的是要求其各个炭化室的焦炭在规定的周转时间内，沿长度方向和高度方向均匀成熟。而在焦炉进行生产过程中，由于装煤量、水分、煤气温度及组成等情况的变化，往往使焦炉的生产稳定性受到破坏，因此，焦炉的加热调节的目的就是根据变化的情况，及时调节供热，使焦炭均匀成熟，实现生产的稳定和低耗。

直行温度是表征全炉各燃烧室的机侧、焦侧测温火道的温度值，其测量的目的是检查焦炉沿长度方向各燃烧室温度分布的均匀性和昼夜温度的稳定性，并作为调节煤气量的重要依据。因此焦炉热工调节时常常以直行温度来反映全炉温度状况，其中从每个燃烧室的机侧、焦侧各选择一个具有代表性的能够反映出机侧、焦侧两侧平均火道温度的标准火道，一般是选机侧中部和焦侧中部的火道。而为了保证炭化室在整个加热过程中始终保持正压，焦炉的炉顶看火孔压力会一直维持在一个较高的水平上，但当进行人工直行温度的测量时，会通过长时间的增加机侧、焦侧的烟道吸力来适当地降低看火孔压力，以方便直行温度的测量，而烟道吸力的增加会导致这段时间火道内氧含量和炼焦耗热量的增加。

因此在保证燃烧充分的前提下，如何合理准确地控制增加烟道吸力的时间，以最大限度地降低直行温度测量时的热量损失显得十分重要。

为了便于控制和了解焦炉的状况，目前焦炉在每个燃烧室的机侧、焦侧各选择一个代表火道进行直行温度的测量，每天每隔4小时（0：00、4：00、8：00、12：00、16：00、20：00）都要使用高温计测量一次。因现有焦炉都采取了较高的炉顶看火孔压力，所以在测量直行温度时，通常人为增加约30Pa的烟道吸力，以保证炉顶均有略微正压而使炉顶不太冲，从而方便人工的离线测量直行温度。

根据焦炉的供热方式，每座焦炉测量直行温度的时间虽然只需要10分钟左右，但需要分两个交换才能全部完成。而在测完一座焦炉后，需要连续测量另一座，直至测完整个焦炉组为止。另外由于测温时炉顶装煤车仍在作业中，对测温工作的路线也易造成影响，而中控操作人员不太清楚此时测温的进度，所以一般来说，当准备进行人工直行温度测量时，操作人员会通过操作仪表盘，增加全炉组的机侧、焦侧的烟道吸力，增加吸力的时间为1小时，也就是待4座焦炉测温全部结束，测温人员回到控制室才恢复烟道吸力。图1分别显示焦侧烟道吸力曲线I和机侧烟道吸力曲线II，如图1所示，30min-90min的1小时内增加机侧、焦侧的烟道吸力，而在90min后恢复烟道吸力。

由于测量直行温度时长时间的增加烟道吸力，导致这段时间内烟道废气中氧含量和空气过剩系数的升高。图2显示焦侧烟道氧含量曲线I’和机侧烟道氧含量曲线II’，如图2所示，在增加烟道吸力这段时间（30min-90min）的加吸力燃烧期间空气过量系数升高。而空气过剩系数的大小直接影响焦炉燃烧和加热的合理性，若空气过剩系数α过大，产生的废气多，炉温降低，带出的显热增加，这大大降低了焦炉的热效率，造成了大量的热量损失，致使焦炉的炼焦耗热量急剧增加和能耗的白白浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦炉加热系统的烟道吸力自动控制系统及控制方法，对焦炉测温时的吸力进行自动优化，以实现焦炉系统的自动、安全稳定运行，降低焦炉测温时的热量损失。

为实现上述目的，根据本发明一方面提供一种焦炉直行温度测量时加减吸力控制系统，所述焦炉包括炉顶，设置在炉顶内腔中的碳化室，在炉顶上方的焦炉加热系统火道看火孔，所述控制系统包括：由看火孔延伸出的间隔设置的废气翻板、分烟道翻板和安装在看火孔内的看火孔压力检测装置，所述废气翻板和分烟道翻板分别连接有废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀，在压力检测装置和所述两个调节阀之间连接有智能模糊算法控制器，所述看火孔、废气翻板、分烟道翻板、压力检测装置、废气调节阀、分烟道翻板调节阀、智能模糊算法控制器形成一个闭环控制自适应系统，所述智能模糊算法控制器对由压力检测装置测得的看火孔压力进行运算。

所述智能模糊算法控制器为智能模糊-比例积分微分（PID）算法模块，该模块模糊算法包含三级运算：

第一级：当看火孔压力检测装置测得看火孔压力为60Pa>P≥40Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在60％～80％，模糊算法取开度中间值70％；

第二级：当所述看火孔压力为20≤P<40Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在45％～60％，模糊算法取第二级开度中间值52.5％；

第三级：当所述看火孔压力P<20Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在35％～45％，模糊算法取第三级开度中间值40％；

为实现上述目的，根据本发明另一方面提供一种焦炉直行温度测量时加减吸力控制方法，所述焦炉包括炉顶、设置在炉顶内腔中的碳化室、在炉顶上方的焦炉加热系统火道看火孔、由看火孔延伸出的间隔设置的废气翻板、分烟道翻板和安装在看火孔内的压力检测装置，以及所述废气翻板和分烟道翻板分别连接有废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀，在压力检测装置和所述两个调节阀之间连接有智能模糊算法控制器，所述控制方法包括：由安装在焦炉加热系统火道看火孔内的看火孔压力检测装置测出看火孔初始压力P1；根据P1自动选择空废气量；由智能模糊算法控制器执行模糊算法，以给废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀一个初始开度V1指令；经油压执行机构执行初始开度V1指令后，由看火孔压力检测装置再次检测出压力P2，并与目标控制值压力P0范围进行比较：若P2在P0范围内就维持目前的开度，若P2不在目标控制值压力P0内，将实测值P2反馈给智能模糊算法控制器，智能模糊算法控制器自动执行精确PID算法，给废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀一个更加接近目标控制值压力P0的一个精确度高的开度V2；再次检测看火孔压力P3，再将P3与P0比较，直至整个系统经多次闭环自适应运算之后，使看火孔压力维持在P0内。

看火孔目标控制值压力P0为10～30之间。

所述智能模糊算法控制器为智能模糊-比例积分微分（PID）算法模块，该模块模糊算法包含三级运算：

第一级：当看火孔压力检测装置测得看火孔压力为60Pa>P≥40Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在60％～80％，模糊算法取开度中间值70％；

第二级：当所述看火孔压力为20≤P<40Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在45％～60％，模糊算法取第二级开度中间值52.5％；

第三级：当所述看火孔压力P<20Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在35％～45％，模糊算法取第三级开度中间值40％。

本发明的有益效果是：本发明以系统运行与能量平衡原理为基础，并结合焦炉测温特点建立规律，对焦炉测温时的吸力进行自动优化并建立控制模型，从而实现焦炉系统的自动、安全稳定运行，并降低焦炉测温时的热量损失。

附图说明

图1是现有技术的烟道吸力控制方案曲线图；

图2是采用现有技术的烟道吸力控制方案的空气过剩系数曲线图；

图3是本发明一个实施例的焦炉直行温度测量时加减吸力控制系统示意图；

图4是本发明一个实施例的焦炉直行温度测量时的加减吸力控制方法流程图；

图5是本发明与现有技术的在焦炉直行温度测量时的空气过剩系数对比曲线图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

图3是本发明一个实施例的焦炉直行温度测量时加减吸力控制系统（以下简称控制系统）的示意图。图4是采用图3实施例的控制系统的本发明一个实施例的控制方法（以下简称控制方法）的流程图。采用本发明的控制系统和控制方法是为了对焦炉直行温度测量时焦炉加热吸力进行自动调节。本发明的控制系统是一种焦炉直行温度测量时的闭环控制自适应系统，如图3所示，焦炉包括：炉顶3、设置在炉顶3内腔中的碳化室2、在炉顶3上方的焦炉加热系统火道看火孔1（以下简称看火孔）；所述控制系统包括：由看火孔1延伸出的废气翻板6、分烟道翻板5和安装在看火孔内的看火孔压力检测装置（以下简称压力检测装置）4，在所述废气翻板6和分烟道翻板5分别连接有废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8，在压力检测装置4和所述两个调节阀7、8之间连接有智能模糊算法控制器9，在本实施例中，该智能模糊算法控制器是一个智能模糊-比例积分微分（PID）算法控制模块（以下简称为智能控制模块）9。所述看火孔1、废气翻板6、分烟道翻板5、压力检测装置4、废气调节阀7、分烟道翻板调节阀8、智能模糊—PID算法控制模块9形成一个闭环控制自适应系统，所述智能模糊—PID算法控制模块9对由压力检测装置4测得的看火孔1压力进行运算。

该模块9模糊算法有三级运算：

第一级：当看火孔压力60Pa>P≥40Pa，废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8开度控制在60％～80％，模糊算法取开度中间值70％；

第二级：当看火孔压力20≤P<40Pa，废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8开度控制在45％～60％，模糊算法取第二级开度中间值52.5％；

第三级：当看火孔压力P<20Pa，废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8开度控制在35％～45％，模糊算法取第三级开度中间值40％。

在本发明的一个实施例中，采用本发明上述控制系统的焦炉直行温度测量时的吸力加减控制方法，如图4所示，包括以下步骤：由安装在焦炉加热系统火道看火孔1内的看火孔压力检测装置4测出看火孔初始压力P1；根据P1自动选择空废气量；由智能模糊算法控制器9，在本实施例中为智能模糊-比例积分微分PID算法控制模块，执行模糊算法，以给分烟道翻板调节阀8和废气翻板调节阀7一个初始开度V1指令；经油压执行机构（未图示）执行初始开度V1指令后，由看火孔压力检测装置4再次检测出压力P2，并与目标控制值压力P0范围进行比较：若P2在P0范围内就执行目前的开度，若P2不在目标控制值压力P0内，将实测值P2反馈给智能模糊-PID算法控制模9，智能模糊-PID算法控制模块9自动执行精确PID算法，给分烟道翻板5和废气翻板6一个更加接近目标控制值压力P0的一个精确度高的开度V2；再次检测看火孔压力P3，再将P3与P0比较，直至整个系统经多次闭环自适应运算之后，使看火孔压力维持在P0内，从而实现烟道吸力和看火孔压力在线跟踪闭环控制自适应。看火孔目标控制值压力P0为10～30之间。

具体说，利用智能控制模块9的运算控制过程如下：

当看火孔压力显示60Pa>P≥40Pa，智能控制模块9做出模糊判断,根据压力，自动选择第一级进行控制，首先模糊算法给废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8一个70％开度（废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8开度控制在60％～80％）指令，经废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8执行之后，看火孔压力检测装置4再次将测出来压力P2与目标值压力P0进行比较，若在目标范围P0内，则维持目前的翻板调节阀开度，若不在目标范围P0内，继续执行PID算法，将看火孔压力实测值P2反馈给智能控制模块9，模块9实行精确PID算法，给废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8一个更加接近目标压力P0的一个精确度高的开度V2。整个系统经多次闭环自适应运算之后，使看火孔压力维持在P0内，从而达到节省煤气的目的。

当看火孔压力显示20≤P<40Pa，智能控制模块9做出模糊判断,根据压力，自动选择第二级进行控制，首先模糊算法给废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8一个52.5％开度（废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8开度控制在45％～60％）指令，经废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8执行之后，看火孔压力检测装置4再次将测出来压力P2与目标值压力P0进行比较，若在目标范围P0内，则维持目前的翻板调节阀开度，若不在目标范围P0内，继续执行PID算法，将看火孔压力实测值P2反馈给智能控制模块9，模块9实行精确PID算法，给分烟道翻板5和废气翻板6一个更加接近目标压力P0的一个精确度高的开度V2。整个系统经多次闭环自适应运算之后，使看火孔压力维持在P0内，从而达到节省煤气的目的。

当看火孔压力显示P<20Pa，智能控制模块9做出模糊判断,根据压力，自动选择第三级进行控制，首先模糊算法给废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8一个40％开度（废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8开度控制在35％～45％）指令，经废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8执行之后，看火孔压力检测装置4再次将测出来压力P2与目标值压力P0进行比较，若在目标范围P0内，则维持目前的翻板调节阀开度，若不在目标范围P0内，继续执行PID算法，将看火孔压力实测值P2反馈给智能控制模块9，模块9实行精确PID算法，给废气翻板调节阀7和分烟道翻板调节阀8一个更加接近目标压力P0的一个精确度高的开度V2。整个系统经多次闭环自适应运算之后，使看火孔压力维持在P0内，从而达到节省煤气的目的。

采用本发明的控制系统和控制方法后，在实际使用中证实以下的显著效果：

（1）在确保焦炉高开工率的生产情况下，焦炉的各项能耗指标有了明显的降低，由原来的炼焦耗热量2468KJ/KG降低到2431KJ/KG，实际降低了37KJ/KG。

（2）废气中每增加1％的氧气，则相当于随废弃带走的热损失为 废气或19.4×1.757=34KJ/m³煤气。

因此，本发明实施后，测量直行温度时可减少废气带走的热量损失为式中280为废气温度，1.45为280℃时废气的比热，1.757为高炉煤气产生的废气量，3350为Q值。

（3）本发明与与现有技术相比，增加了自动控制功能，不仅极大地降低了没必要的热量损失（如图5的本发明与现有技术的在焦炉直行温度测量时的空气过剩系数对比曲线图所示，其中曲线A为本发明，曲线B为现有技术），还提高了操作控制的精度和准度，避免了人工操作时的误差。通过精确的吸力时间控制大大缩短了增加吸力的时间，氧含量增加的时间由原来的60分钟减少到16分钟，可使测量直行温度时的高耗热量在原增加的基础上降低1－16/60≈73.3％。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种焦炉直行温度测量时加减吸力控制系统，所述焦炉包括炉顶，设置在炉顶内腔中的碳化室，在炉顶上方的焦炉加热系统火道看火孔，其特征在于，所述控制系统包括：由看火孔延伸出的间隔设置的废气翻板、分烟道翻板和安装在看火孔内的看火孔压力检测装置，所述废气翻板和分烟道翻板分别连接有废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀，在压力检测装置和所述两个调节阀之间连接有智能模糊算法控制器，所述看火孔、废气翻板、分烟道翻板、压力检测装置、废气调节阀、分烟道翻板调节阀、智能模糊算法控制器形成一个闭环控制自适应系统，所述智能模糊算法控制器对由压力检测装置测得的看火孔压力进行运算；

所述智能模糊算法控制器为智能模糊-比例积分微分(PID)算法模块，该模块模糊算法包含三级运算：

第一级：当看火孔压力检测装置测得看火孔压力为60Pa>P≥40Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在60％～80％，模糊算法取开度中间值70％；

第二级：当所述看火孔压力为20≤P<40Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在45％～60％，模糊算法取第二级开度中间值52.5％；

第三级：当所述看火孔压力P<20Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在35％～45％，模糊算法取第三级开度中间值40％。

2.一种焦炉直行温度测量时加减吸力控制方法，焦炉包括炉顶、设置在炉顶内腔中的碳化室、在炉顶上方的焦炉加热系统火道看火孔，其特征在于，还包括由看火孔延伸出的间隔设置的废气翻板、分烟道翻板和安装在看火孔内的压力检测装置，以及所述废气翻板和分烟道翻板分别连接有废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀，在压力检测装置和所述两个调节阀之间连接有智能模糊算法控制器，所述控制方法包括：由安装在焦炉加热系统火道看火孔内的看火孔压力检测装置测出看火孔初始压力P1；根据P1自动选择空废气量；由智能模糊算法控制器执行模糊算法，以给废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀一个初始开度V1指令；经油压执行机构执行初始开度V1指令后，由看火孔压力检测装置再次检测出压力P2，并与目标控制值压力P0范围进行比较：若P2在P0范围内就维持目前的开度，若P2不在目标控制值压力P0内，将实测值P2反馈给智能模糊算法控制器，智能模糊算法控制器自动执行精确PID算法，给废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀一个更加接近目标控制值压力P0的一个精确度高的开度V2；再次检测看火孔压力P3，再将P3与P0比较，直至整个系统经多次闭环自适应运算之后，使看火孔压力维持在P0内。

3.根据权利要求2所述的焦炉直行温度测量时加减吸力控制方法，其特征在于看火孔目标控制值压力P0为10～30之间。

4.根据权利要求2或3所述的焦炉直行温度测量时加减吸力控制方法，其特征在于所述智能模糊算法控制器为智能模糊-比例积分微分(PID)算法模块，该模块模糊算法包含三级运算：

第一级：当看火孔压力检测装置测得看火孔压力为60Pa>P≥40Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在60％～80％，模糊算法取开度中间值70％；

第二级：当所述看火孔压力为20≤P<40Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在45％～60％，模糊算法取第二级开度中间值52.5％；

第三级：当所述看火孔压力P<20Pa，废气翻板调节阀和分烟道翻板调节阀的开度控制在35％～45％，模糊算法取第三级开度中间值40％。