焦化行業(yè)自動化解決方案

分類：解決方案日期：2010-07-16 09:58:47

一、前言

中控自1993年起就開始致力于焦化行業(yè)生產過程的工藝、設備、控制與生產管理的工程及應用研發(fā)，憑借優(yōu)質的產品、專業(yè)的工程實施隊伍以及完善的解決方案，中控已經幫助近百個焦化行業(yè)客戶成功實現(xiàn)了對焦化生產過程的控制，裝置實施水平也從起初的20萬噸/年提升到200萬噸/年。

焦爐集氣管壓力系統(tǒng)作為一種強耦合、強干擾、嚴重非線性的控制對象，一直是焦化生產的控制難點。通過多年的經驗積累與專項的技術攻關，中控已經開發(fā)了具有特色的焦爐集氣管壓力控制技術解決方案，既有效提高了集氣管壓力調節(jié)精度，又保證了系統(tǒng)的安全可靠運行。

二、工藝流程介紹

焦爐煤氣（貧煤氣或高爐煤氣）從焦爐底孔吹入燃燒室燃燒（焦爐煤氣下噴，高爐煤氣混合煤氣側噴），對相鄰炭化室進行加熱，并采用交換機進行分時段送氣切換；將含水量<10%的配合精煤送入炭化室，入爐煤在相鄰燃燒室高溫加熱下，經高溫干餾結焦形成焦炭；高溫干餾出來的約700℃荒煤氣經冷凝、冷卻及一系列凈化和化產品回收處理，得到凈化的焦爐煤氣（鋼鐵企業(yè)用）或城市煤氣，回收的化產品有硫銨、氨水、煤焦油及苯等。整個工藝流程分為配合煤、焦炭、荒煤氣、加熱系統(tǒng)、化產等。具體工藝流程如圖1所示：

三、控制方案

焦化生產的整體控制方案主要分為：

1. 順序控制系統(tǒng)

主要包括焦爐換向、備煤、（配煤）篩焦、干熄焦（濕熄焦）等順序控制系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對設備的順序啟停、順序控制和聯(lián)鎖保護等功能。

2. 聯(lián)鎖系統(tǒng)

主要包括鼓風機和電捕塔（電捕焦油器）的運行聯(lián)鎖、焦爐三大車或四大車（部分焦爐有除塵車）聯(lián)鎖及鼓風機\油泵和電捕塔(電捕焦油器)的運行連鎖等。

三車聯(lián)鎖

通過在推焦車、攔焦車和熄焦車上設置的爐號識別裝置、數據采集裝置、無線數據傳輸裝置等，進行各車輛位置識別和工作狀態(tài)的自動采集，通過數據處理和數據雙向傳送，完成車輛間的信息傳遞和交換，實現(xiàn)推焦車、攔焦車、熄焦車聯(lián)鎖和操作管理功能。

鼓風機聯(lián)鎖

焦爐荒煤氣系統(tǒng)主要的控制設備為鼓風機，離心鼓風機的喘振控制通過煤氣小循環(huán)手動閥控制（一般不引入系統(tǒng)），煤氣總管吸力通過煤氣大循環(huán)或鼓風機調速控制實現(xiàn)；控制對象主要是∏形管后蝶閥，機前蝶閥，風機變頻器或液力偶合器。控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)監(jiān)控和風機系統(tǒng)的聯(lián)鎖和聯(lián)鎖記錄。

3. 模擬量控制系統(tǒng)

主要包括集氣管壓力控制系統(tǒng)、焦爐加熱系統(tǒng)（包含分煙道壓力控制、主煤氣流量控制等）、氣液分離器液位控制等。

集氣管壓力控制

焦爐集氣管壓力控制是焦爐控制的關鍵之一。采用先進控制手段，對焦爐焦氣管壓力進行長期穩(wěn)定控制，對于改善環(huán)境、提高煤氣回收量和質量以及焦爐輔助產品產量和質量，具有重要的意義。根據“多焦爐集氣管壓力先進控制”方案設計原則和技術指標，中控提出一種分層結構的基于專家系統(tǒng)技術的“混合智能解耦控制”方案，該方案的總體思路框架如圖3所示：

◆ 基礎控制層

位于控制結構最底層的“基礎控制級”是整個控制方案能順利實施的關鍵。它主要包括：各分集氣管壓力獨立翻板調節(jié)系統(tǒng)、集氣管壓力調節(jié)智能解耦系統(tǒng)、鼓風機轉速調節(jié)系統(tǒng)、荒煤氣大循環(huán)流量調節(jié)系統(tǒng)、鼓風機后壓力調節(jié)系統(tǒng)等控制子系統(tǒng)。

◆ 協(xié)調控制層

位于整個控制系統(tǒng)的中間層的是協(xié)調控制級，它的目的是根據實際工況變化修正上述基礎控制級的回路設定值，完成系統(tǒng)的優(yōu)化設定工作。

◆ 管理決策層

管理決策層位于整個控制方案架構的最上層。它實際上是一個專家系統(tǒng)，在整個控制方案中起到統(tǒng)帥和中樞的作用，地位極其重要。管理決策層負責對集氣管系統(tǒng)的實際運行工況進行實時辨識，經過推理，按當時的工況和當時系統(tǒng)所具備的調節(jié)能力對控制目標進行決策，進而決定目前的控制策略（是否調風機轉速、調多少并由此決定荒煤氣大循環(huán)調節(jié)的啟動和停止）。本專家控制系統(tǒng)由四大塊組成：信息處理單元、知識庫、推斷引擎和智能決策單元。

分煙道壓力控制

分煙道壓力控制的目的是保證煙道的吸力穩(wěn)定，達到合理的空氣過剩系數，從而減少熱損失，提高熱效率。根據分煙道壓力變化自動調節(jié)煙道翻板的開度，穩(wěn)定分煙道壓力。燃燒控制系統(tǒng)采用以加熱煤氣量作為前饋參數調節(jié)煙道吸力的方案，考慮到廢氣含氧量受諸多方面因素影響。

主煤氣流量控制

中控對加熱系統(tǒng)控制采用前饋控制結合焦爐爐溫自動管理算法修正的方案，即將影響焦爐加熱的主要因素如加熱煤氣特性、配合煤的特性和焦爐操作等納入流量控制模塊。加熱控制采用前-反饋相結合的方式，根據實測的火道溫度反饋調節(jié)加熱煤氣流量；根據煤氣流量的變化前饋調節(jié)分煙道吸力的大小。

由于火道溫度的多模式模糊控制單元中包含了影響焦爐加熱穩(wěn)定的主要參數，以此為基礎的控制模式能正確反映焦爐加熱需求，具有很強的實用性，而且該模式還能夠對焦爐操作的狀態(tài)做出積極反應，使調火和操作管理相結合。

部分控制流程圖如圖所示：

四、典型業(yè)績

中控在焦化行業(yè)的典型業(yè)績如表所示：

典型用戶	項目名稱
河北中煤旭陽焦化有限公司	200萬噸/年焦化工程（一期）
陜西黑貓焦化有限公司	120萬噸/年焦化工程
內蒙古慶華集團慶華煤化有限責任公司	100萬噸/年焦化工程
太原市梗陽實業(yè)集團有限公司	100萬噸/年焦化工程
曲沃閩光焦化有限責任公司	90萬噸/年焦化工程
湖北新冶鋼有限公司	90萬噸/年焦化工程
云南曲靖麒麟焦化有限公司	80萬噸/年焦化工程
七臺河市勃利億達選煤有限責任公司	80萬噸/年焦化工程
山西潞安環(huán)能煤焦化工有限公司	70萬噸/年焦化工程
山西新現(xiàn)代煤焦化有限公司	70萬噸/年焦化工程
定州焦化廠	70萬噸/年焦化鼓冷工段
青海江倉能源發(fā)展有限公司	70萬噸/年焦化（焦爐、冷鼓工段）工程
定州焦化廠	70萬噸/年化產工段
山西巨海焦化有限公司	60萬噸/年焦化工程
山西臨汾鋼鐵集團有限公司	60萬噸/年焦化工程
山西金桃園煤焦化集團有限公司	60萬噸/年焦化工程2＃、3＃焦爐
山西平遙煤化集團有限責任公司	60萬噸/年焦化工程
山西南鐵集團光大焦化氣源有限公司	60萬噸/年焦化工程
太原市信豐通機電貿易有限公司	60萬噸/年焦化工程
山西省安澤永鑫焦化有限責任公司	60萬噸/年焦化工程
山西南鐵集團光大大焦化氣源有限公司	60萬噸/年焦化工程(化產)
山西省平遙煤化（集團）有限責任公司	60萬噸/年焦化工程(化產)
山西瑞德焦化有限公司煤氣化分公司	60萬噸/年焦化工程(化產)
山西曙光煤焦集團有限公司	60萬噸/年焦化工程
山西孝義紅塔煤焦化有限公司	60萬噸/年焦化工程
山西天星煤氣化有限公司	60萬噸/年焦化工程
山西鑫升焦化有限公司	60萬噸/年焦化工程
山西金巖電力煤化工有限公司	60萬噸/年焦化工程
山西省安澤縣永鑫煤焦化有限責任公司	60萬噸/年焦化工程
山東金能煤炭氣化有限公司	60萬噸/年焦化工程
內蒙古烏拉山化肥有限責任公司	60萬噸/年焦化工程
平山縣敬業(yè)焦酸有限公司	60萬噸/年焦化集氣管壓力控制及粗苯回收工程
山西天星煤氣化公司	60萬噸/年焦化工程（化產）