CN111651898B - 一种焦炉炉温自动调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的焦炉炉温自动调整的方法，包括构建前馈需热模型计算炼焦所需热量指数Q_需＝f(T,W,G.....)，其中T为气温、W为配煤水分、G为装煤量；构建反馈实际热量模型计算炼焦炉实际提供的热量指数Q_实＝f(T_直行，K_火落.....)，其中T_直行为直行温度、K_火落为火落管理指数；进行Q_需与Q_实的作差，通过差值发出加热煤气总阀、和/或机/焦烟道翻板控制执行机构工作信号。该方法能降低炼焦耗热量达到节能，还可以避免焦炭欠火造成的推焦困难减少对炉体的损坏，提高焦炉寿命，还提高了焦炉调温工作的劳动效率，使焦炉调温工作不再依赖于职工工作时间和个人工作经验水平以及职工的责任心，促进焦炉生产的智能化工作。

Description

一种焦炉炉温自动调整方法

技术领域

本发明属于焦炉加热设备及控制技术领域，特别涉及一种焦炉炉温自动调整方法。

背景技术

焦炉是最复杂的工业窑炉，每座焦炉有几千个立火道对焦炉炭化室进行加热，焦炉的炉温情况是炼焦生产管理最主要的指标，它不仅严重影响焦炭产量和质量，还影响焦炉生产的环保情况和焦炉寿命。焦炉温度又受多种因素影响，目前我国绝大多数焦炉的炉温管理还是依赖人工测温和凭人工经验进行焦炉加热制度的调整，炉温的稳定性不佳，人工效率也不高，往往还存在焦炉炉温不能精确控制时，易产生推焦冒黑烟造成的无组织排放，不仅对炉体产生损坏，减少焦炉寿命，还会造成环境的污染。

发明内容

为了解决上述如何精确和稳定的控制焦炉炉温，替代目前大部分焦炉采用的人工观察炉温调节炉温的焦炉调温工作，效率低且精度不能控制的技术难题，本发明提供了一种焦炉炉温自动调整的方法，通过此方法自动实时地调节控制焦炉温度替代人工，可以使焦炉炉温更精确和稳定，提高焦炭质量和减少推焦冒黑烟造成的无组织排放环境污染，具体步骤为：

S01，构建前馈需热模型计算炼焦所需热量指数Q_需＝f(T,W,G.....)，其中T为焦炉工作时输入的前馈参数气温、W为配煤水分、G为装煤量；

S02，构建反馈实际热量模型计算炼焦炉实际提供的热量指数Q_实＝f(T_直行，K_火落.....)，其中T_直行为直行温度、K_火落为火落管理指数；

S03，加热控制模型进行Q_需与Q_实的差值计算，通过差值发出加热煤气总阀、和/或机/焦烟道翻板控制执行机构的工作信号。

作为改进，步骤S02中，其中K_火落＝火落时间/结焦周期，确定火落时间的方法为：通过将热电偶设于焦炉碳化室的上升管与桥管连接的三通处，在一个结焦周期内，根据碳化室中热电偶的温度数据判定，判定温度下降点即为火落时刻，火落时间＝火落时刻-装煤时刻。

作为改进，在上述的步骤S03中，判定的标准为

当Q_实<Q_需时，为加热供热量不足，加热煤气总阀流量增大、和/或对应机/焦侧烟道吸力增加，使焦炉供热量增加以提高炉温；

当Q_实≈Q_需时，为加热稳定状态，维持当前加热控制参数，使焦炉稳定运行；

当Q_实>Q_需时，为加热供热量过大，减小加热煤气总阀流量、和/或对应机/焦侧烟道吸力减小，使焦炉供热量减少以降低炉温。

作为改进，步骤S02中，T_直行的测量具体方法为：该方法为对每个燃烧室的立火道温度进行单独的补偿校正温度值，具体为：(1)测量测温时刻t₁时燃烧室1号的立火道温度T_1测温作为燃烧室1号的直行温度；(2)测温小车按照行进速度V行进到燃烧室X号的时刻t_x下测量温度获得T_x测温，根据冷却下降温度曲线T(t)，得到时刻t₁与时刻t_x之间的冷却下降温度值T_{X号冷却下降}；最后获得最终燃烧室X号的标准直行温度T_X号＝T_x测温+T_{X号冷却下降}；(3)依次补偿校正计算，获得所有燃烧室的标准直行温度。

作为改进，所有的测量文温度获得均采用自动测温装置测量；其中时刻t_x＝S_X/V；其中V是测温小车的行进速度，S_X是燃烧室X号距离燃烧室1号的距离，时刻t₁为焦炉交换时刻间隔的固定值，X为大于1的正整数。

作为改进，冷却下降温度曲线T(t)是选取(焦炉的串序号)×N个数量的燃烧室作为测量范围，每隔0.5-1.5min测一次温度，持续地测量20-30min，取温度为同一测量时间下温度的平均值，绘制一条温度T-时间t冷却曲线作为一段时期内的标准冷却下降温度曲线T(t)，间隔4-6个月再重新按照上述方式绘制一次，更新前一次的冷却下降温度曲线，其中N为正整数。

作为改进，选取燃烧室的数量为5×N个，其中焦炉采用5-2推焦串序编号，5为焦炉的串序号。

作为改进，冷却下降温度曲线T(t)是每个燃烧室在焦炉交换时刻开始20-30min内，每间隔0.5-1.5min测一次温度值，曲线拟合，绘制对应每个燃烧室的每条温度T-时间t冷却曲线，作为每个燃烧室的冷却下降温度曲线T(t)，间隔4-6个月再重新按照上述方式绘制一次，更新前一次的冷却下降温度曲线。

作为改进，焦炉燃烧室为1～200孔，时刻t₁为0-100s，优选为20s。

有益效果：本发明提供的焦炉炉温自动调整的方法，该方法使用前馈和反馈的数学模型对整座焦炉每个燃烧室的温度进行统一的精确控制加热，使整座焦炉的温度精确地达到稳定合适的温度，使焦炉炭化室里的焦炭均匀成熟，避免由于焦炉温度过低造成的焦炭欠火，推焦冒黑烟，影响焦炭质量和造成环境污染；也可以避免焦炉温度过高造成焦炭过火，使得焦炭质量部分指标下降和炼焦能耗过高。

此方法能降低炼焦耗热量达到节能的目的，还可以避免焦炭欠火造成的推焦困难减少对炉体的损坏，提高焦炉寿命，还提高了焦炉调温工作的劳动效率，使焦炉调温工作不再依赖于职工工作时间和个人工作经验水平以及职工的责任心，促进焦炉生产的智能化工作。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为本发明实施例2中多组燃烧室的的冷却温度下降曲线示意曲线。其中1-5编号为燃烧室1-5的冷却温度下降曲线。

图3为本发明实施例1中燃烧室的的标准冷却下降温度曲线示意曲线。

图4为本发明计算火落时间与置时间的关系图。

具体实施方式

下面对本发明附图结合实施例作出进一步说明。

本发明中焦炉炉温自动调整的过程中，包括有焦炉自动加热系统，用于前馈参数、实际反馈参数、及控制加热过程工作信号的发出，包括但不限于以下参数：气温T、配煤水分W、装煤量G、直行温度T_直行、火落管理指数或火落/结焦指数K_火落。具体地，Q与T非线性关系：Q随T的增加非线性增加，Q与W非线性关系，Q随W的增加非线性增加，Q与G是线性关系，Q随G的增加线性增加。在火落管理过程中，计算获得火落管理指数K_火落，火落管理指数K_火落＝火落时间/结焦周期。

其中，确定火落时间的方法为：通过将热电偶设于焦炉碳化室的上升管与桥管连接的三通处，在一个结焦周期内，根据碳化室中热电偶的温度数据判定，判定温度下降点即为火落时刻，火落时间＝火落时刻-装煤时刻。

本发明中是利用荒煤气的温度变化判定火落时间：在炭化室荒煤气导出设备的某一部位设置热电偶，用于测量荒煤气的温度。荒煤气的温度在每个结焦周期都会出现有规律的变化，利用热电偶，可以检测出荒煤气温度出现最高点的时刻；火落现象出现在荒煤气温度达到最高点之后，利用观察荒煤气的颜色等方法，可以确定实际的火落时刻。荒煤气温度达到最高点的时刻与火落时刻二者间有线性关系，根据他们的相关关系，在以后的生产应用中，就可以利用荒煤气温度达到最高点的时刻，推算出实际的火落时刻。

本发明根据荒煤气温度判定“火落时刻”，自装煤时刻至火落时刻所经过的时间为“火落时间”。当焦炉的结焦时间确定以后，就必须确定焦炉加热的“目标火落时间”，它是焦炉热工管理的基础。自火落时刻至推焦时刻所经过的时间叫“置时间”，焦饼在置时间阶段，焦炉的加热制度保持不变，主要是让焦饼各点的受热进一步均匀化，并使焦饼中心温度逐步升高至成焦的终了温度。受热量供、需平衡的影响，“火落时刻”在干馏过程中是个可变点，热量供给偏大时，火落现象的发生会早些，热量供给偏小时，火落现象的发生会晚些。“火落管理”的热工管理工艺，其关键是控制结焦过程中发生“火落”的时刻。使实际的“火落时间”与“目标火落时间”的偏差在规定的范围内，使炼焦效果达到焦饼完全成熟并且所消耗的热量最低。

其中，直行温度T_直行测量，可以为自动或人工直行温度测量多种方式获得，优选地采用本发明的测量方法，这一方法是对每个燃烧室的立火道温度进行单独的补偿校正温度值，这样每个燃烧室号都有一个不同的校正值，不再进行分组计算，消除了原有计算方法上带来的误差，采用自动测温装置的行进速度均匀一致，也消除了不同人员测量时由于行进速度不同造成的误差，使炼焦炉的直行温度测量从原理上就比人工测量精度高，稳定性和重复性更好，为炼焦炉的精细调整热工制度提供条件，有利于控制炼焦炉温度的均匀稳定，可进一步提高焦炭产量、减少焦炭出炉过程的污染物排放量。

直行温度T_直行的方法为：对每个燃烧室的立火道温度进行单独的补偿校正温度值，具体为：(1)测量测温时刻t₁时燃烧室1号的立火道温度T_1测温作为燃烧室1号的直行温度；(2)测温小车按照行进速度V行进到燃烧室X号的时刻t_x下测量温度获得T_x测温，根据冷却下降温度曲线T(t)，得到时刻t₁与时刻t_x之间的冷却下降温度值T_{X号冷却下降}；最后获得最终燃烧室X号的标准直行温度T_X号＝T_x测温+T_{X号冷却下降}；(3)依次补偿校正计算，获得所有燃烧室的标准直行温度。

所有的测量温度获得均采用自动测温装置测量；其中时刻t_x＝S_X/V；其中V是测温小车的行进速度，S_X是燃烧室X号距离燃烧室1号的距离，时刻t₁为焦炉交换时刻间隔的固定值，X为大于1的正整数。

冷却下降温度曲线T(t)是选取(焦炉的串序号)×N个数量的燃烧室作为测量范围，每隔0.5-1.5min测一次温度，持续地测量20-30min，取温度为同一测量时间下温度的平均值，绘制一条温度T-时间t冷却曲线作为一段时期内的标准冷却下降温度曲线T(t)，间隔4-6个月再重新按照上述方式绘制一次，更新前一次的冷却下降温度曲线，其中N为正整数。

选取燃烧室的数量为5×N个，其中焦炉采用5-2推焦串序编号，5为焦炉的串序号。

冷却下降温度曲线T(t)是每个燃烧室在焦炉交换时刻开始20-30min内，每间隔0.5-1.5min测一次温度值，曲线拟合，绘制对应每个燃烧室的每条温度T-时间t冷却曲线，作为每个燃烧室的冷却下降温度曲线T(t)，间隔4-6个月再重新按照上述方式绘制一次，更新前一次的冷却下降温度曲线。焦炉燃烧室为1～200孔，时刻t₁为0-100s，优选为20s。现根据上述方法以实施例1-2的方式进行具体说明：

实施例1

取焦炉燃烧室为60孔时，燃烧室61个，计算每个燃烧室的直行温度为：取时刻t₁为焦炉交换后固定值，优选20s，按照上述的建模方式获得所有燃烧室的冷却下降温度值曲线，

选取了N＝1，即5个固定的燃烧室，5为串序号，进行每隔1min测一次温度，持续地测量27min，取一次测量6组温度数据的平均值为一次温度值，绘制一条温度T-时间t冷却曲线作为一段时期内的标准冷却下降温度曲线T(t)，间隔4-6个月再重新按照上述方式绘制一次，更新前一次的冷却下降温度曲线，其中N为正整数。

为了具体的说明本发明，见图2中给出了已经获得的最终的燃烧室的标准冷却下降温度曲线。

计算第X个燃烧室的直行温度，测温小车按照行进速度V行进到燃烧室X号的时刻t_x下测量温度获得T_x测温，其中t_x＝S_x/V，根据标准冷却下降温度曲线T(t)，得到时刻t₁与时刻t_x之间的冷却下降温度值T_{X号冷却下降}；获得最终燃烧室X号的标准直行温度T_X号＝T_x测温+T_{X号冷却下降}；例如见图2中X为2时，时间t₁与t₂之间对应的温度下降冷却值可以直接由图中获得。具体获得结果，如下：

T₂＝T_2测温+T_{2冷却下降}

T₃＝T_3测温+T_{3冷却下降}

T₄＝T_4测温+T_{4冷却下降}

T₅＝T_5测温+T_{5冷却下降}

……

T₆₀＝T_60测温+T_{60冷却下降}

T₆₁＝T_61测温+T_{61冷却下降}

上述T_{1冷却下降}，T_{2冷却下降}，T_{3冷却下降}……T_{61冷却下降}是通过绘制的冷却下降值曲线见图2计算出的，精确度较高。

实施例2

取焦炉燃烧室为60孔时，燃烧室61个，计算每个燃烧室的直行温度为：取时刻t₁为焦炉交换后固定值，优选20s，按照上述测量方法获得所有燃烧室的冷却下降温度值曲线，对所有燃烧室，进行每隔1min测一次温度，持续地测量27min，取每次测量温度值与时间，绘制一条温度T-时间t冷却曲线作为一段时期内的对应燃烧室冷却下降温度曲线T_x(t)，间隔4-6个月再重新按照上述方式绘制一次，更新前一次的冷却下降温度曲线，其中N为正整数。

计算第X个燃烧室的直行温度，测温小车按照行进速度V行进到燃烧室X号的时刻t_x下测量温度获得T_x测温，其中t_x＝S_x/V，根据冷却下降温度曲线T_x(t)，得到时刻t₁与时刻t_x之间的冷却下降温度值T_{X号冷却下降}；获得最终燃烧室X号的标准直行温度T_X号＝T_x测温+T_{X号冷却下降}；为了具体的说明本发明，见图1中给出了获得的5组示例下燃烧室的冷却下降温度曲线T_x(t)。图1中给出时间t₁的温度，通过计算t_x＝S_x/V，不同曲线下的t₁与t_x之间对应的温度下降冷却值可以直接由图中获得。计算结果如下：

T₂＝T_2测温+T_{2冷却下降}

T₃＝T_3测温+T_{3冷却下降}

T₄＝T_4测温+T_{4冷却下降}

T₅＝T_5测温+T_{5冷却下降}

……

T₆₀＝T_60测温+T_{60冷却下降}

T₆₁＝T_61测温+T_{61冷却下降}

上述T_{1冷却下降}，T_{2冷却下降}，T_{3冷却下降}……T_{61冷却下降}是通过绘制的冷却下降值曲线见图1计算出的，精确度较高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种焦炉炉温自动调整的方法，其特征在于：

S01，构建前馈需热模型计算炼焦所需热量指数Q_需=f（T,W,G），其中T为焦炉工作时输入的前馈参数气温、W为配煤水分、G为装煤量；

S02，构建反馈实际热量模型计算炼焦炉实际提供的热量指数Q_实=f（T_直行，K_火落)，其中T_直行为直行温度、K_火落为火落管理指数；

S03，加热控制模型进行Q_需与Q_实的差值计算，通过差值发出加热煤气总阀、和/或机/焦烟道翻板控制执行机构的工作信号；

步骤S02中，T_直行的测量具体方法为：该方法为对每个燃烧室的立火道温度进行单独的补偿校正温度值，具体为：（1）测量测温时刻t₁时燃烧室1号的立火道温度T_1测温作为燃烧室1号的直行温度；（2）测温小车按照行进速度V行进到燃烧室X号的时刻t_x下测量温度获得T_x测温，根据冷却下降温度曲线T（t），得到时刻t₁与时刻t_x之间的冷却下降温度值T_{X号冷却下降}；最后获得最终燃烧室X号的标准直行温度T_X号= T_x测温+ T_{X号冷却下降}；（3）依次补偿校正计算，获得所有燃烧室的标准直行温度；

步骤S02中，其中K_火落=火落时间/结焦周期，确定火落时间的方法为：通过将热电偶设于焦炉碳化室的上升管与桥管连接的三通处，在一个结焦周期内，根据碳化室中热电偶的温度数据判定，判定温度下降点即为火落时刻，火落时间=火落时刻-装煤时刻；

步骤S03中，

当Q_实<Q_需时，为加热供热量不足，加热煤气总阀流量增大、和/或对应机/焦侧烟道吸力增加，使焦炉供热量增加以提高炉温；

当Q_实≈Q_需时，为加热稳定状态，维持当前加热控制参数，使焦炉稳定运行；

当Q_实>Q_需时，为加热供热量过大，减小加热煤气总阀流量、和/或对应机/焦侧烟道吸力减小，使焦炉供热量减少以降低炉温；

所有的测量温度获得均采用自动测温装置测量；其中时刻t _x=S_X/V；其中V是测温小车的行进速度，S_X是燃烧室X号距离燃烧室1号的距离，时刻t₁为焦炉交换时刻间隔其为固定值，X为大于1的正整数；

冷却下降温度曲线T（t）是选取焦炉的串序号×N个数量的燃烧室作为测量范围，每隔0.5-1.5min测一次温度，持续地测量20-30min，同一测量时间下温度的平均值作为最后测量的温度，绘制一条温度T-时间t冷却曲线作为一段时期内的标准冷却下降温度曲线T（t），间隔4-6个月再重新按照上述方式绘制一次，更新前一次的冷却下降温度曲线，其中N为正整数。

2.根据权利要求1所述焦炉炉温自动调整的方法，其特征在于：选取燃烧室的数量为5×N个，其中焦炉采用5-2推焦串序编号，5为焦炉的串序号，焦炉燃烧室为1~200孔，时刻t₁为0-100s。