2010第四届焦化年会论文集 (80)

2010年 6月 8日 11日 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 335 焦 化 生产中 统的 应用 杨孝杰 （ 南京南钢产业发展有限公司 ） 【 摘 要 】 本文 从 焦化生产的实际情况 出发 ， 结合生产中出现的问题， 说明 针对焦化生产的主要控制方案在 和利时 制 系统 的 应 用。 【 关键词 】 控制调节 焦炉 在炼焦生产中，由于生产工艺的原因对 蓄顶 温度、 烟道吸 力、 煤气 流量等模拟量的监控较多，因此多采用集散控制系统 （ 。 多数 统在常规控制方面大同小异，缺乏针对性，对一些复杂、特定的 控制往往显得力不从心，在这种情况下就需要在原有系统的基础上引入有 针对性的 解决方案 。 下面结合 南钢炼铁新厂 3#、 4#号焦炉 生产的实际情况 ，说明 国产 统 和利时 应对 焦 化 生产 中 出现 的 新需求而采取 的 解决 方案 。 现代焦炉炉体最上部是炉顶 ， 炉顶之下为相间配置的燃烧室和炭化室 ， 炉体下部有蓄热室和连接蓄热室与燃烧室的斜道区 。 在炼焦生产过程中 ， 煤料从煤塔卸到煤车分别送至各炭化室装炉 ， 再将一定量的煤气和适当比例的空气经蓄热室预热后 ， 送至燃烧室混合燃烧 ， 煤在炭化室内由两侧燃烧室经硅砖壁传热进行单向供热干馏 。 炭化室内的煤在干馏过程中产生大量的荒煤气 ， 荒煤气通过集气管流往 回收作业区 进行净化与重利用 。 整个结焦周期一般为 23h， 然后由推焦机把焦炭推出 ， 并用惰性气体进行干熄焦 。 在 焦 化 生产过程中 ,焦炭质量 、焦炉荒煤气的回收利用效率，是焦化生产的主要经济 指标 。 而影响要素焦炉炉温、集气管压力、 低水份水熄焦 /干熄焦 等则是生产过程中的重点控制对象 ，是保证焦化生产平稳进行的 关键因素 。 点及 硬件结构 统特点 针对南钢 炼铁新 厂 2 座 55 孔 6 米焦炉共 110 万吨生产线的控制规模和工艺特点，采用北京和利时 公司 新一代先进的 制系统 可以完成对生产过程的自动化控制， 具了传统的 统和基于现场总线控制系统 优点，继承了和利时多年 统开发、使用的经验，充分融合信息技术、电子技术和自动控制技术的最新发展，采用先进的速率可达 12M 的 场总线和 由 开放式 标准而开发的新一代现场总线控制系统。结合焦化厂的生产特点我们 采用主控制柜与远程 I/O 机柜相结合的灵活配置原则，并大量使用光纤设备，来满足焦化生产物理位置分散、操作管理相对集中的控制要求。 件构 成 焦 化 制系统由 操作员 站 、 服务器 、主控单元、 I/O 模块 及 通讯网 构成。 操作 站由 算机 与和利时 控软件构成，完成对焦炉 蓄顶温度、烟道吸力、煤气流量 、集气管压力 等 生产参数的监 控、报警和 操作 、 历史数据 的 存档。控制 系统 采用 北京和利时 公司的 列 制系统 。 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 2010年 6月 8日 11日 336 图 1 网络结构图 由图 1 可知， 统 设有 4 个现场控制站， 两台冗余服务器 、 操作员站 若干 ，。 该工程 设有独立的配电柜、服务器、 操作员站 、系统网 制网 4 个现场控制站，完成相对独立的 数据 采集和 参数 控制功能。其中服务器 、系统网络、现场主控单元、系统电源和控制回路的 I/大提高 了系统的可靠性。 件 结构 调整 由于项目设计之初 未考虑到焦炉集气管 压力控制系统的升级 ，因此在硬件配置上余量不足 ； 风机控制和其它控制同在 12#站， 对生产控制造成不便。 因此 出 于 控制的独立和升级控制方案的需要 ， 在 2008 年对络结构进行了调整 ，为集气管压力、鼓风机 、循环管 调节 设立 13#站 ， 从而 为实现集气管压力 专家控制 的顺利实施做好了硬件准备工作。 焦化 主要 控制中的 解决方案 础级控制 作为基础级控制 ，系统对 机 、焦 侧分烟道压力 、 入炉煤气主管流量 等主要工艺控制参数 采用的是普通节 ， 并根据焦炉工艺特点在煤气交换期间对相关执行机构 采取输出保持，以保证烟道压力、煤气流量 等参数 不出现大波动 ， 达到 炉温平稳 的目的 。实现方法如图 2 所示， 别为 3#、 4#焦炉交换机油泵运行信号 。 图 2 煤气主管流量调节程序段 本系统除了对焦 炉 生产过程监控外， 还 增加了对 低水份熄焦 的 控制 。炼铁新厂现有干熄焦装置两套 。作为备用，低水份熄焦装置在干熄焦大修或故障期间使用。低水份熄焦的运行方式有两种：阀位熄焦、压力熄焦 。 由于压力熄焦 控制水流大小稳定，熄焦效果相对较好，故正常使用压力熄焦。下图为 压力 熄焦过程： 2010年 6月 8日 11日 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 337 图 3 压力熄焦过程程序段 水熄焦车发出的熄焦请求信号。 由图 3 知 ： 压力熄焦分为两段：前 40 秒为小压力 熄焦 （对应小水流），后 75 秒为大压力熄焦（对应 大水流 ） 。根据实际效果可以调节时间比例，达到理想效果。 炉 加热优化系统 该 统不仅对基础控制提供了解决方案，也为其它控制方案提供了平台。 出于对焦炭质量和焦炉能耗的考虑，在 2007 年对焦炉加热系统进行了技术改造 。对机、焦侧分烟道压力、入炉煤气主管流量等主要工艺控制参数采用前馈与反馈相结合的控制系统 。 这种系统 中反馈控制 的优点是不需要考虑各种参数的影响，利用被控量的偏差的进行控制，缺点是不能及时克服，滞后现象严重，因为反馈只有当干扰发生时才起作用，前馈控制的优点是不需要考虑炉温 滞后 的影响，监测点少，能减少仪表误差，缺点是结焦热不易计算准确，计算炼焦热消耗的很多参数难测准及难 测 全。在前馈与反馈结合的系统中 ,利用反馈控制消除未知和难测参数产生的影响 ,同时利用前馈控制对干扰造成的影响进行补偿 ,改善反馈控制的滞后 ,使焦炉处于最佳工作状态。 图 4 基础控制与优化控制切换功能块 在实际使用中加热优化控制系统可与基础控制相互切换， 确保生产顺利进行。 图 4 中 优化设定值， 经验设定值。 运行实践表明该控制方案对降低能耗、稳定炉温、提高焦炭质量具有显著效果。 气管 家控制 系统 集气管压力作为焦化生产中的关键参数，用普通 节效果一直不是很理想， 2008 年针对集气管压力进行了技改，引入了预测 制方案。 在许多工业对象中，时滞是普遍存在的现象。当系统的滞后时间相对于主要时间常数比较大时，传统的 制器的控制性能将会严重恶化。近年来，一种新的 制算法提出来了，这种控制 算法将预测控制算法和 制算法融合在一起。该控制算法器是基于一阶加纯滞后这种能够代表大部分实际工业过程模型设计而成的，它由二部分组成：标准的 制器部分和动态依赖于过程模型滞后时间的预测部分。预测 制器的主要优点是：设计容易，整定方便，工程实施成本低，并且具有 法的良好控制品质。预测 制器继承了 法的思想体系，它的特性为操作人员所熟悉，有利于发挥其良好的控制性能。尽管预测 制器结构简单， 但 在滞后补偿方面，它比 估补偿器和 制器 都 有很大的提高。 预测 制技术把模型预测算法的功能和简单的 制的结构结合起来，具有设计方便、实施快捷、实用性广、鲁棒性能好、便于整定、易于操作等特点。和 制技术相比，它具有预测大滞后过程的输出信号与抑制测量噪声的优点，适合于大滞后对象平稳控制；而和预测控制技术相比，最大的优点是设计简单、方便。 实践表明专家控制使用 以 来效果良好，对解决集气管压力及初冷器前吸力波动有明显效果，同时在保护生产设备，节能环保方面也有实际 意义 。 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 2010年 6月 8日 11日 338 专家系统在 大多数情况下能保持被调参数稳定，但在极端情况下 ，易出现波动，调节效 果不佳，必要时需要 人工干预 。 如焦炉停止出焦造成煤气发生量锐减，会对调节造成较大影响，集气管压力 易 出现波动，此时人工干预是必要的。 此外，由于单一测点可 靠性不高的原因，因此对 集气管压力采取多点测量取平均值的方法，剔出 明显故障测量点， 保证了 测量的准确性 ，确保控制的可靠。 相