文档介绍：焦炉加热的智能控制系统
蒋国璋,孔建益,李公法
2 0 0 6年 11月
钢铁
摘要
焦炉的加热控制是焦炉生产中最重要的控制。传统的焦炉加热控制系统采用“间歇加热控制”的方法,难以满足焦炉加热控制的要求。在分析焦炉加热控制的难点和策略的基础上,采用“间歇加热控制’’与加热煤气流量调节相结合的控制原理,运用线性规划和模糊控制理论等方法,提出了焦炉加热智能控制策略和模型,并设计了控制系统的组成和结构。该系统能使焦炉稳定加热,优化焦炉的加热控制, 实现焦炉加热的智能控制。
1 焦炉加热控制的难点
焦炉生产中最重要的控制为焦炉温度的控制,因为焦炉温度是影响焦炭质量、节约加热煤气、减少推焦烟尘污染的关键因素。在相同的结焦周期中, 如果焦炉温度过低则焦炭未完全成熟,焦饼未完全收缩到正常状态,焦炭硬度小、密度高,推焦电流大;相反如果在相同的结焦周期中,焦炉温度过高,焦饼收缩过多,焦炭过于成熟, 焦炭硬度高、密度小,推焦电流小,而且增加在推焦过程中产生的烟尘量。
实践证明,焦炉加热温度控制具有很大的难度, 具体体现在以下几个方面。
( 1 )焦炉生产过程具有强非线性的特点。根据焦炉生产的特点,焦炭结焦周期、焦炉生产用煤种、焦炉蓄顶直行温度、推焦生产计划等因素都影响加热煤气流量与蓄顶直行温度之间的关系,从而造成焦炉生产过程具有强非线性的特点。
( 2 )焦炉加热过程具有很大的惯性。由于焦炉体积庞大,因此热容量非常大,升温与降温过程都非常缓慢。
( 3 )相关工艺参数不容易测量。例如蓄顶直行温度不容易在线测量,煤气热值、装煤水分等参数不容易测量。
( 4 )焦炉生产过程存在许多干扰。由于焦炉加热煤气有焦炉煤气和荒煤气两种,这两种煤气的热值差别大,加热时的流量不一样。受气候的影响,煤的水分存在较大的波动,从而影响了焦炭的加热温度。焦炉生产的推焦操作计划对焦炉加热温度也有很大的影响。焦炉加热过程是一个周期的时变过程。受市场需求、政府政策等因素的影响, 焦炉的结焦周期经常变化,加热煤气的种类也常常改变。这些变化对焦炉生产过程造成许多干扰。
2 焦炉加热控制策略
焦炉加热控制策略一般可以采用 3种方案, 即反馈控制系统、前馈控制系统和反馈与前馈相结合的控制系统。
采用连续测温的炉温反馈调节系统
根据实测的火道温度、结焦终了时间或焦炭温度与目标火道温度、目标结焦终了时间或目标焦炭温度的偏差,并考虑炉温的滞后因素来调整炉组加热煤气流量的设定值,以实现炉组加热的最佳控制。与此同时,一些控制系统还根据炭化室成焦的判断、炭化室墙面温度的测量或焦饼温度及其分布的测量,提供燃烧室调节的操作指导。反馈控制的优点是不需考虑各种参数的影响,利用被控量的偏差进行控制,缺点是不能及时克服干扰,滞后现象严重,因为反馈控制在干扰发生后才起作用。
采用经验模型的前馈炉温调节系统
根据煤料的性状和焦饼的平均温度计算炼焦热,再根据装煤量、生产任务、废气热损失和散热等通过热平衡计算炼焦耗热量。最后根据煤气热值、空气过剩系数等算出焦炉供热量,进而计算出煤气流量,并用实测焦饼温度校正炼焦耗热量。前馈控制的优点是调节不需考虑炉温的影响,监测点少,能减少仪表和测量误差,缺点是结焦热不易算准,计算炼焦耗热量的许多变量难以测定或难测准确。
采用反馈与前馈结合的调节系统
以装煤量和煤料性状以及焦炉生产任务、操作时间等为输入函数, 由供热模型计算供热量,然后用实测的全炉平均温度与设定的焦炉平均温度的偏差量来反馈调节设定的供热量。该系统应用了模糊控制技术、火落时间参数等参加反馈对前馈供热量进行校正。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。
3 焦炉加热智能控制的模型和方式
本系统中焦炉加热智能控制采用“间歇加热控制”与加热煤气流量调节相结合的控制原理,综合分析处理荒煤气温度、加热煤气流量、热值、推焦、平煤、煤重及水分、计划结焦时间等数据, 通过该模型计算并设定焦炉交换机 P L C的“停止加热时间”和仪控 D CS的加热高炉/焦炉煤气量, 使焦炉加热均匀稳定,智能控制焦炉的全炉加热水平,实现焦炉加热的智能控制。其控制系统模型如图 1 所示。
系统控制模型中结焦指数CI按下式计算
式中,tmax为炭化室从装煤到荒煤气温度达到最大值的时间;tcoking为各炭化室的结焦时间。CI作为结焦参数来控制炼焦生产管理,其波动在 ~ 。预测各炭化室的结焦时间的模型如下:
式中,A、C为焦炉的特征系数