焦炉全自动连续测温与加热优化控制技术.doc

焦炉全自动连续测温与加热优化控制技术一、 国内外的现状 人工测温火道温度的测量一直是焦炉生产的一项重要日常工作内容，操作工用光学高温计或红外温度计瞄准立火道低部，测量鼻梁砖表面温度，每4小时巡测一次。如何提高测温精度，改善工人的工作环境一直是大家关心的问题。人工测量受测温点受测温时间、测温地点、测温人员的熟练程度以及外部气候条件等因素的影响，测量误差很大， 测量点的选择：有多种方案 第一测温点 第二测温点 第三测温点第一测温点无论焦炉用高炉煤气（BFG）加热或用焦炉煤气（COG）加热都可选择这一测温点，第二测温点常用于COG加热，而第三种用于BFG加热。立火道底部温度不是均匀分布的，不同的人，选择不同的测量点，测量点的偏差对测量结果有很大的影响，测量点的偏移对温度的影响非常大。见下图红色外目前我们测量的炉温变化（未处理的数据）。 测量时间的影响虽然直行温度的测定时间是规定在换向后五分钟进行，但严格执行尚有一定的困难一种是无法克服的，如测温时装煤、推焦操作影响无法准时测温，提前或推迟1分钟，往往要影响46C。另外人为随意性，如钟表时间未对好等因素。 其它测温方法国内外近几十年人们一直在寻找取代人工测量的方法，主要有以下几种： 采用炉顶钻孔技术,将热电偶安装在火道跨越孔上方的耐火砖内主要单位：日本钢管公司、美国共和公司,但为了延长热电偶的寿命,对热电偶实施了间歇氮封存在的主要问题：投资高、热电偶寿命短、炉顶操作不便等缺点， 热电偶插入立火道顶部测量废气温度主要单位：新日铁公司、比利时CRM公司、上海宝钢投资高、热电偶寿命短、炉顶操作不便等缺点，间接地反映了炉内温度的变化 在蓄热室顶部安装热电偶主要单位：我们安徽工业大学 在40座焦炉应用，需建立数学模型，模型精度不高 焦炉底部测温法既将测温热电偶从焦炉底部插入燃烧室进行直接测量。我国鞍钢焦化厂开发了这种技术，该方法避免了炉顶测温法的弊端，但还不太成熟，有待进一步研究和完善。主要的不足： 热电偶（铂铑铂热电偶）在01300的氧化环境中使用，使用寿命一般为二年左右，热电偶本身价格昂贵。 测量误差大（据鞍山焦耐院试验结果）：每月有2的老化下降。 测量过程为间接测量，测量点与目前的有很大不同，所反映的温度与实际情况有较大出入。总结：尽管在近几十年一直在尝试用热电偶的方法去减少或取消人工测温，投入也非常大，但由于测温技术方法本身的限制和焦炉恶劣的环境，但国内外都没有取得好的效果。二、 红外测温原理 原理一切具有一定温度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。物体向周围空间辐射红外的强度分布为： 其中C光速、h普朗克常数、k玻尔滋曼常数 T绝对温度、-光波波长、黑度系数（发射率）物体发射率对辐射测温的影响：自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、表面状态和环境条件等因素有关。发射率表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于1的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。 红外测温系统由以下几部分构成： 光学镜头：光学系统直接安装在炉顶的看火空小炉盖上，通过目测瞄准对准鼻梁砖表面，光学系统的总高度低于130mm。 防尘、防火、防水系统； 光导纤维（光纤）：把光学镜头的光信号传送出处，光纤为高纯度石英，石英材料的化学成分为SiO2，物理化学性质非常好，它耐腐蚀，熔点非常高。 仪表系统：把光信号转化成温度信号，它的工作温度为 60，该单元一般采用双层外壳，中间通压缩空气进行风冷却红外光纤探测器前置放大校正、线性化峰值/瞬时值V/I光学系统标准信号 输入计算机鼻梁砖 红外测温系统示意图小炉盖仪表系统 三、测量安装 安装位置 在机焦侧各放置十台红外光纤温度计：机侧8火道，焦侧20火道（人工测温火道为机侧7火道，焦侧21火道）安装位置示意图吹灰气管30仪表管线布置示意图仪表炉间平台位置吹灰气体 检测点 在三角区的中心位置，与目前的三班测温点完全相同四、测量结果与数据处理红外光纤温度计在2006年12月20日前后开始在现场安装，2007年1月5日全部安装到位，并把信号陆续连接到浙大中控的SUPER JX-300 的集散系统中，下图为红外光纤温度计所测量的温度变化趋势。 现场基本情况： 光学镜头 在现场安装了6个月，目前镜头十分干净，没有一点灰尘，温度不超过100，而光学镜头的工作温度可达250； 光纤 设计温度为250300，目前工作正常； 仪表（电信号处理单元）：设计温度为060，安装在炉间台；2007-02-23的照片-试运行期间2007-04-04的照片-调试期间 测试数据数据一：用便携式红外温度计测温（三班操作工按正常时间测温） -红色数据二：炉顶直接测温（取交换后5分钟） -兰色12:051204.641202.93051209.6461211.2638124316:051204.8841205.0061212.69851213.1258123420:051213.6751213.6751217.0331217.5518123200:051207.570 1209.03551214.2861212.5765124404:051208.059 1204.7011206.7651209.335124508:051206.960 1205.6171207.1971208.6963123412:051212.821 1215.4461214.89651214.225123516:051216.361 1214.9571212.82051213.492123620:051210.134 1210.31751214.1641214.347123600:051209.646 1209.27951209.52351210.073124404:051209.035 1212.08751211.59951210.47124508:051214.530 1213.1871208.3641209.6155124712:051218.559 1220.20751215.44551214.8045124916:051227.350 1227.2891224.90851223.7873124720:051220.269 1222.8941227.0451225.1528124500:051236.5081237.5461234.1271232.2041264 数据分析：人工测温起伏大，但两种测温方法所测温度的变化趋势基本一致，以机测为例，炉顶直接测温 比 人工测温低23.6。若把偏差直接加上去，则得下图的趋势曲线。04:051234.1881233.34251236.94451237.0315124908:051230.2811227.41151229.91451232.0208125312:051228.5711225.9461226.31251228.9908125116:051228.9381227.7781224.84451226.647124720:051222.7111223.8711223.8711224.2678124400:051218.6811216.1171218.1321218.956122704:051210.8671206.77651210.13551212.7295122108:051209.1571212.4541210.9281211.0805125112:051224.7861223.87051218.3761217.796125116:051217.8271217.8271219.7241219.4165124620:051215.3851213.2481217.1551218.1625123900:051211.599 1216.78851221.0691218.715123504:051220.879 1221.0011223.74851222.0695124008:051220.391 1218.2541221.55051222.9243125012:051217.704 1217.461222.40551223.0463125516:051209.280 1212.57651221.06251219.231125020:051219.658 1222.52751223.0161220.5741248五、可靠性和稳定性 光学镜头 安装在小炉盖上，主要的影响是烟尘和高温光学镜头一直维持微正压，烟尘进不去；光学镜头前有烟尘防护罩，烟尘难以进入；结果：在现场连续运行6个月后，目前镜头十分干净，没有一点灰尘，光学镜头工作温度可达250；结果：目前，在吹风的情况下，温度不超过80，在停风情况下，温度不超过150 光纤 布置在4分的镀锌管里，固定在铁轨的外侧，在正常情况下，温度在5080；结果：目前工作正常； 仪表（电信号处理单元）设计温度为060；安装在炉间台，该处的温度不会超过50 结果：目前工作正常； 六、 结论 焦炉全自动红外测温系统测温点与目前三班测温完全相同，测温精度高于目前的三班测温； 焦炉全自动红外测温系统的测温过程为全自动进行，测温结果与目前的人工三班测温非常一致，可将目前的人工 三班测温 该为 白班的人工巡检； 焦炉全自动红外测温系统的数据可直接进入计算机控制系统，可以自动进行焦炉加热控制，减小炉温波动，稳定焦炭质量；节能降耗达1.53% ； 该项目已经获国家专利，专利号为ZL200620071265.1； 焦炉全自动红外测温系统的使用寿命是热电偶的23倍以上。七、仪表的维护与校验 定期（一周）观察吹气压力表的压力（应不小于500Pa）， 定期（半年）检查一下光学镜头有无灰尘，若有灰尘，则用脱脂药棉沾酒精擦洗； 仪表的校验：可在仪表盒中将仪表卸下，去校验。光学镜头和光纤等设备为石英制品，没有老化问题，不需要校验。八、焦炉加热控制方案 根据火道温度-自动调整加热煤气流量； 根据加热煤气流量-自动调整分烟道吸力； 以二前馈、一反馈、一监控、三修正、两串级相结合的优化调控系统 二前馈：供热煤气量前馈、分烟道吸力前馈 一反馈：炉温反馈一监测：监测空气系数值三修正：热值修正、水分修正、实测炉温偏差修正 两串级：炉温控制、吸力控制采用串级控制方案。控制系统框图炼焦耗热量目标火道温度模型多模式模糊控制由温度模型计算火道温度煤气流量或压力调节单元（显示）焦 炉调节阀孔板流量计分烟道吸力吸力模型设定值 煤质、炼焦工艺条件代表火道选择（初步，待工艺人员确定）13524112334456789101123344567892011233445678930112334456789440112334456789501123344567896011233445推焦顺序（5-2串序，小圆圈为推焦顺序示意） 0, 3T ,T, 4T, 2T 2, 3T +2 ,T+2, 4T+2, 2T+2 4, 3T +4,T+4, 4T