1、增設(shè)自動(dòng)加熱裝置實(shí)施方案編制：李江偉 審核： 審批： 批準(zhǔn)：焦化廠第三煉焦車(chē)間2012年5月 30日14增設(shè)自動(dòng)加熱裝置實(shí)施方案一、現(xiàn)狀與改造意義1、焦?fàn)t生產(chǎn)現(xiàn)狀第三煉焦車(chē)間 5#、6#焦?fàn)t于 2009年 8 月份相繼開(kāi)工生產(chǎn)，在我國(guó)的焦?fàn)t生產(chǎn)技術(shù) 中相對(duì)比較先進(jìn)，但焦?fàn)t生產(chǎn)模式仍然是粗放式的，生產(chǎn)過(guò)程基本上以人工操作為主， 輔助以一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)化手段， 因而生產(chǎn)效率低下， 工人的生產(chǎn)操作環(huán)境惡劣，污染嚴(yán) 重，單位產(chǎn)品的能耗很高。兩座焦?fàn)t分別有 65 孔炭化室和 66孔燃燒室，采用焦?fàn)t煤氣加熱，操作工每四小時(shí) 用便攜式紅外測(cè)溫儀表測(cè)量第 7 和第 26 火道的鼻梁磚溫度，然后根據(jù)全爐平均溫度的

2、 高低人工調(diào)整加熱煤氣流量和分煙道吸力，焦?fàn)t加熱控制基本上以人工操作為主。而焦 爐的加熱過(guò)程是單個(gè)燃燒室間歇、全爐連續(xù)、受多種因素干擾的熱工過(guò)程，是典型的大 慣性、非線(xiàn)性、時(shí)變快的復(fù)雜系統(tǒng)，存在以下問(wèn)題： 標(biāo)準(zhǔn)溫度的確定完全有人工經(jīng)驗(yàn)確定，并且往往偏高，導(dǎo)致能耗加大，焦炭燒 蝕嚴(yán)重。立火道溫度的測(cè)量采用傳統(tǒng)的人工測(cè)溫方法，測(cè)溫精度低，受各種影響誤差大。 加熱控制手段落后，仍采用人工加減煤氣流量的方法?？諝膺^(guò)剩系數(shù)不合理，不能正確地反映燃燒室中煤氣燃燒。 焦餅溫度或爐墻溫度過(guò)高，帶走較高熱量。2、改造的意義本次 5#、6#焦?fàn)t增設(shè)自動(dòng)加熱裝臵的改造工作主要是增設(shè)焦?fàn)t加熱系統(tǒng)新型檢測(cè)與 優(yōu)化控制技

3、術(shù)。該系統(tǒng)應(yīng)用了大量智能化控制手段和先進(jìn)的設(shè)備來(lái)提高操作系統(tǒng)的性 能。對(duì)于穩(wěn)定爐溫、降低能耗、提高焦炭質(zhì)量，對(duì)推進(jìn)焦化技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了資源高效 利用，建設(shè)國(guó)內(nèi)第一流的焦化企業(yè)都是非常有必要的。二、改造目標(biāo) 實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t立火道溫度的直接測(cè)量。 建立火道溫度數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)全爐立火道溫度的變化趨勢(shì)，減少測(cè)溫次數(shù)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。 實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱過(guò)程的全自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可直接調(diào)整加熱煤氣流量和 分煙道吸力，溫度的波動(dòng)幅度減??；自動(dòng)生成煉焦指數(shù)模型，實(shí)時(shí)檢測(cè)粗煤氣溫度的變化，準(zhǔn)確判斷火落時(shí)間。 根據(jù)各工藝參數(shù)的變化，建立標(biāo)準(zhǔn)火道溫度模型。節(jié)能降耗達(dá)1.03.0%，焦?fàn)t的噸焦能耗達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平；實(shí)時(shí)

4、監(jiān)測(cè)全爐各炭化室的工作狀態(tài)，自動(dòng)判斷高溫/低溫號(hào)，生成操作指導(dǎo)界面。 有利于延長(zhǎng)爐齡，穩(wěn)定焦炭質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；(7)三、主要技術(shù)內(nèi)容1、火道溫度自動(dòng)在線(xiàn)連續(xù)測(cè)量高溫物體都在不停地向周?chē)臻g發(fā)出紅外輻射能量，輻射能量的大小與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系，因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè) 定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。輻射量除依賴(lài)于物體的溫度 之外，還與構(gòu)成物體的材料種類(lèi)、表面狀態(tài)等因素有關(guān)，通常用發(fā)射率來(lái)描述這一特征, 發(fā)射率一般在0-1之間。紅外光纖溫度測(cè)量由以下幾部分構(gòu)成：光學(xué)鏡頭：光學(xué)系統(tǒng)直接安裝在爐頂?shù)目椿鹂仔t蓋上，通過(guò)目測(cè)瞄準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)鼻梁

5、磚 表面，光學(xué)系統(tǒng)的總高度低于80mm:光學(xué)系統(tǒng)紅外光纖：探測(cè)器儀表系統(tǒng)前置放H校正、線(xiàn)性化!小爐蓋m'IIIIV/I峰值/瞬時(shí)值防塵、防火、防水系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)圖3.1紅外測(cè)溫系統(tǒng)示意圖60 °C。光 導(dǎo)纖維 （光纖）：把光學(xué)鏡頭收集的光信號(hào)傳送給儀表。光纖為高純度石英，化學(xué)成分為SiO2, 物理化學(xué)性質(zhì)非常好，它耐腐蝕，熔點(diǎn)非常高。儀表系統(tǒng)：把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成溫度信號(hào)，它的工作溫度紅外光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理是：通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)（光學(xué)鏡頭）把立火道底部的磚表面的熱輻射（紅外光）收集起來(lái); 光纖（光導(dǎo)纖維）把光學(xué)系統(tǒng)收集的熱輻射（紅外光）傳送到儀表上去； 在儀表中，把

6、熱輻射（紅外光）信號(hào)轉(zhuǎn)化成溫度信號(hào)。2 HOURS HM5G J0 I120?5eoG/10/09 33:23:08 HOUR HMEU H i ly I R-口XISUnitsEU Low950.00圖3.2火道溫度隨結(jié)焦時(shí)間周期性變化規(guī)2、粗煤氣溫度的測(cè)量與煉焦指數(shù)模型粗煤氣溫度的測(cè)量位臵，一般選擇在上升管或橋管部分進(jìn)行測(cè)量，粗煤氣的溫度一般不超過(guò)1000C，通常采用K型測(cè)量。在煉焦過(guò)程中，煤中的揮發(fā)份就從炭化室中逸出，形成粗煤氣，粗煤氣經(jīng)過(guò)上升管、 橋管最后匯集到集氣管中，進(jìn)入下一道生產(chǎn)工序。在裝煤初期，揮發(fā)份量大，炭化室溫 度低，粗煤氣的溫度也相對(duì)較低，隨著炭化室溫度的升高，從炭化室內(nèi)

7、部逸出粗煤氣溫 度也隨之升高，大約十幾小時(shí)后上升至最高點(diǎn)，這一時(shí)期，煤基本上變成了焦炭，揮發(fā)份很少，從炭化里帶走的熱量也很少，所以粗煤氣的溫度也緩慢下降，直到推焦結(jié)束。粗煤氣的溫度的變化在一定程度上反映了炭化室中煤變焦過(guò)程變化，因此通過(guò)對(duì)粗 煤氣溫度變化的研究，可以間接地判斷焦炭的成熟情況以及標(biāo)準(zhǔn)溫度的高低。國(guó)內(nèi)外通過(guò)粗煤氣溫度判斷焦炭成熟的方法有多種形式，基本思路十分接近，但在 具體的做法有一些差別。綜合各方面考慮，把熱電偶安裝在橋管處或上升管處測(cè)量粗煤 氣溫度，用煉焦指數(shù)模型更適合 JN60型焦?fàn)t生產(chǎn)操作的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)方法也比較簡(jiǎn) 單。通過(guò)光學(xué)儀器設(shè)備測(cè)量粗煤氣的顏色的方法，維修工作量非

8、常大，因?yàn)楣鈱W(xué)儀器設(shè)備的光學(xué)窗口非常容易被粗煤氣中的煤焦油沾污。色譜儀分析粗煤氣成分的方法也不適 合國(guó)內(nèi)焦?fàn)t的現(xiàn)狀，一是色譜儀價(jià)格貴，二是色譜儀對(duì)工作環(huán)境有較高的要求。研究?jī)?nèi)容:上升管處安裝熱電偶的安全防護(hù);上升處粗煤氣溫度的變化規(guī)律;如何自動(dòng)生成煉焦指數(shù)模型。3、煉焦指數(shù)模型與標(biāo)準(zhǔn)溫度修正焦炭的成熟度是焦?fàn)t生產(chǎn)的主要質(zhì)量指標(biāo)，它由揮發(fā)份、焦炭強(qiáng)度等參數(shù)構(gòu)成，在由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)中這些參數(shù)又是通過(guò)焦餅表面溫度或焦餅中心溫度來(lái)控制的,特殊環(huán)境的限制，焦餅溫度難以長(zhǎng)時(shí)間在線(xiàn)連續(xù)測(cè)量，因而直接用焦餅表面溫度或焦餅圖3.3橋管處粗煤氣溫度的變化中心溫度來(lái)控制焦炭的質(zhì)量指標(biāo)很困難。在煉焦過(guò)程中，粗煤

9、氣在不同時(shí)間段內(nèi)按一定 規(guī)律在變化的，通過(guò)粗煤氣溫度的變化（見(jiàn)圖3.4 ），可得出煉焦指數(shù)：CI = T c / T m式中：Cl煉焦指數(shù)-結(jié)焦周期，hTm -從裝煤開(kāi)始到粗煤氣溫度到達(dá)最大值的時(shí)間，h 根據(jù)對(duì)焦餅表面溫度的測(cè)量和焦炭質(zhì)量指標(biāo)的綜合分析，確定煉焦指數(shù)的合適范 圍，在此范圍內(nèi)，焦炭的成熟度好，質(zhì)量指標(biāo)比較合理。因而在生產(chǎn)過(guò)程中，若將煉焦 指數(shù)穩(wěn)定在上述的范圍內(nèi)，就可以較好地控制焦炭的質(zhì)量。研究?jī)?nèi)容：找出煉焦指數(shù)與焦餅中心溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ,并回歸分析得出關(guān)系模型 ; 根據(jù)煉焦指數(shù)關(guān)系和工藝要求確定標(biāo)準(zhǔn)的煉焦指數(shù) ;根據(jù)實(shí)際的煉焦指數(shù) （全爐平均值 ） 與標(biāo)準(zhǔn)煉焦指數(shù)的偏差調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)火

10、道溫度。 最終的標(biāo)準(zhǔn)溫度的模型是：Ts= Tf + F1標(biāo)準(zhǔn)溫度或經(jīng)驗(yàn)）標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)溫度的煉焦指數(shù)修正模型（反饋） 標(biāo)準(zhǔn)溫度的水分修正模型（前饋） 標(biāo)準(zhǔn)溫度的結(jié)焦時(shí)間修正前饋模型（前饋）其中：Ts -Tf - 理論F1F2F3(Cl) + F2 (Mt) + F3(T)Cl) -Mt) -4、控制算法研究焦?fàn)t加熱控制的目的就是根據(jù)生產(chǎn)工況的變化，適時(shí)地調(diào)整供熱量，在各種干擾的 作用下，能使?fàn)t溫保持基本穩(wěn)定。焦?fàn)t的加熱系統(tǒng)一般由相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)子系統(tǒng)即立火 道溫度系統(tǒng)和吸力系統(tǒng)（即燃燒室和煙道的負(fù)壓控制系統(tǒng)）構(gòu)成，它是一個(gè)雙輸入雙輸 出的系統(tǒng)，但由于吸力系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)高于溫度系統(tǒng)，因此可將它分成

11、兩個(gè)獨(dú)立的子 系統(tǒng)。焦?fàn)t立火道溫度控制系統(tǒng)是典型的大慣性、非線(xiàn)性、特性參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)，并且 在生產(chǎn)過(guò)程中，還經(jīng)常受到諸如延時(shí)推焦、變更結(jié)焦時(shí)間、煤質(zhì)、裝爐煤水分波動(dòng)等因 素的干擾，故采用常規(guī)的 PlD 控制難以保證爐溫的穩(wěn)定。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，爐溫的波 動(dòng)應(yīng)控制在標(biāo)準(zhǔn)溫度± 7C范圍內(nèi)，但實(shí)際生產(chǎn)中，爐溫的波動(dòng)往往超出± 7C的范圍， 針對(duì)焦?fàn)t這一特點(diǎn)， 采用模糊控制算法較為合適， 但普通的模糊算法亦有它的不足之處， 若模糊輸入 / 出量的量化等級(jí)分得過(guò)細(xì)，則模糊控制規(guī)則變得很復(fù)雜，分得過(guò)粗，難以 滿(mǎn)足控制精度的要求。用多模式模糊控制可較好地解決這一矛盾，圖 3.5 為多模

12、式模糊 控制系統(tǒng)框圖。主要研究?jī)?nèi)容通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，找出焦?fàn)t的控制特性參數(shù)控制仿真，找出適合焦?fàn)t特性的控制規(guī)律或算法; 優(yōu)化控制參數(shù)。E>6 °C圖3.4多模式控制系統(tǒng)框圖4、分煙道吸力模型研究通過(guò)對(duì)分煙道翻板的自動(dòng)控制，使分煙道吸力處于合適的范圍，保證燃燒系統(tǒng)各區(qū) 段吸力和看火孔壓力合理，又保證適宜的煙道含氧 （空氣系數(shù)）。由于吸力控制一般受加 熱煤氣流量、風(fēng)門(mén)開(kāi)度、煤氣熱值和氣候條件等的影響，通過(guò)理論分析建立數(shù)學(xué)建模型， 找出分煙道吸力的最優(yōu)控制值。研究?jī)?nèi)容：從理論上分析燃燒系統(tǒng)的各處壓力（吸力）分布規(guī)律；根據(jù)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析，建立實(shí)用的分煙道吸力前饋控制模型；

13、用氧化鋯氧量的在線(xiàn)分析數(shù)據(jù)和人工化驗(yàn)的分析數(shù)據(jù)，對(duì)前饋模型進(jìn)行修正。5、高溫/低溫炭化室、問(wèn)題炭化室以及邊爐的監(jiān)控根據(jù)安裝在上升管的粗煤氣溫度，生成每個(gè)炭化室對(duì)應(yīng)的煉焦指數(shù)，并把每個(gè)炭化 室對(duì)應(yīng)的煉焦指數(shù)記錄下來(lái)，生成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；研究?jī)?nèi)容：找出粗煤氣溫度與炭化室的高溫/低溫關(guān)系；找出炭化室高溫/低溫判別指標(biāo)或判別域值；自動(dòng)生成操作指導(dǎo)舉例：自動(dòng)生成煉焦指數(shù),目標(biāo)值為1.20，07#、46#、50#與標(biāo)準(zhǔn)值偏差大（超過(guò)0.2）07#、46#煤氣流量偏大，孔板減?。?0# 流量偏小，孔板加大；爐號(hào)0102030405060744454647484950煉焦指數(shù)1.201.241.191.301.2

14、81.311.401.171.131.451.211.241.251.00指數(shù)偏差00.04-0.010.050.080.110.2-0.03-0.070.250.010.040.05-0.2需調(diào)整號(hào)O四、實(shí)施方案內(nèi)容1、目前已經(jīng)具備的基礎(chǔ)條件控制系統(tǒng)條件目前焦化廠的兩座焦?fàn)t已經(jīng)配臵了一套 Dcse制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)的煤氣流量、煤氣壓力、 分煙道吸力、蓄頂吸力、煙氣溫度等參數(shù)直接進(jìn)入 DCS空制系統(tǒng)中，并且DCSS統(tǒng)能自 動(dòng)進(jìn)行煤氣流量、分煙道吸力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。DCS控制系統(tǒng)配有兩臺(tái)操作站，分別監(jiān)控兩座焦?fàn)t的生產(chǎn)工藝流程的參數(shù)變化。DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊，也可滿(mǎn)足控制要求。圖4.2控制系統(tǒng)硬件配置示意圖要

15、實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t優(yōu)化加熱控制，只需增加一些DCS空制模塊，就可以在硬件上滿(mǎn)足要求； 或增加一個(gè)新的小系統(tǒng)，與原來(lái)的粗煤氣溫度測(cè)量條件粗煤氣溫度的測(cè)量國(guó)內(nèi)外大致分為兩類(lèi)，一是在上升管部分插入熱電偶，另一個(gè)就 是在橋管處插入熱電偶。但焦化廠的 JN60型焦?fàn)t上，橋管位臵有現(xiàn)成的安裝孔，安裝 施工非常方便。基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)比較完善焦?fàn)t煤氣流量、分煙道吸力已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制提供了良好 的基礎(chǔ)?；A(chǔ)的工藝數(shù)據(jù)齊全焦化廠的生產(chǎn)大帳表完整地記錄了焦?fàn)t生產(chǎn)的三班數(shù)據(jù)，如不同時(shí)間的煤氣流量、立 火道溫度、分煙道吸力、廢氣含氧、廢氣溫度等，可為建立統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型提供較完整的 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2火道溫度的全自動(dòng)在

16、線(xiàn)連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施方案 全自動(dòng)在線(xiàn)連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)有三部分，光學(xué)鏡頭、光纖、光電轉(zhuǎn)換（儀表）。光學(xué)鏡頭I光學(xué)鏡頭II< 70mm主要材料是光學(xué)石英玻璃和不銹鋼，本身耐高溫，不怕高溫烘烤；光學(xué)鏡頭最主要 的問(wèn)題是防止煙塵對(duì)鏡頭的污染，影響通光強(qiáng)度，采用防塵系統(tǒng)克服這一問(wèn)題；光學(xué)鏡 頭前安裝一個(gè)導(dǎo)風(fēng)口 （單向通風(fēng)），向?qū)эL(fēng)口吹微風(fēng)，可避免煙氣、灰塵對(duì)鏡頭的污染。一1J1隔熱片I吹氣IKI小爐蓋 導(dǎo)風(fēng)口 I圖4.3光學(xué)鏡頭安裝示意光纖的芯皮直徑比為1.1,光纖的芯線(xiàn)徑為0.4卩m,耐熱,采用聚亞酰胺，耐溫可達(dá)350r,另外光纖外面還有防護(hù)光纖采用雙石英紅外傳導(dǎo)光纖， 性能主要取決于涂覆層的材料 材

17、料和金屬軟管。把光纖沿鐵軌布臵，不影響爐頂操作，光纖放臵在5#槽鋼中，在槽鋼內(nèi)鋪設(shè)保溫材 料，可防止火焰直接燒烤。高純石英芯 摻氟石英包層 涂覆材料圖4.4光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)光電轉(zhuǎn)換（儀表）儀表系統(tǒng)的工作溫度在060C,放臵在爐間臺(tái)位臵可滿(mǎn)足要求。通過(guò)系統(tǒng)的耐高溫設(shè)計(jì)和上述的防護(hù)處理措施，煙塵進(jìn)不去，又耐高溫烘烤，預(yù)計(jì) 紅外測(cè)溫系統(tǒng)可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。方案測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)下圖；溫度測(cè)點(diǎn)是越多越好，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于5-2串序的焦?fàn)t操作，5的倍數(shù)基本能反應(yīng)全爐的平均變化, 通常在機(jī)、焦側(cè)各15點(diǎn)或20點(diǎn)、25點(diǎn)，也可取爐數(shù)的一半33個(gè)點(diǎn)，但投資要相應(yīng)增加?，F(xiàn)取20個(gè)點(diǎn)，機(jī)焦側(cè)共40個(gè)點(diǎn)，兩座焦?fàn)t共計(jì)80個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。1

18、53、粗煤氣溫度測(cè)量熱電偶選型選擇K型熱電偶理由是：K型熱電偶的測(cè)溫范圍在01100C，短期測(cè)量可達(dá)1300C；粗煤氣正常溫度在700°附近，但在異常情況下（時(shí)間不長(zhǎng)，最多 20分鐘）， 可能超過(guò)1300C；為了提高使用壽命，加粗熱電偶的偶絲（采用23mm勺偶絲）保護(hù)套管選擇GH3039t種耐高溫鋼套管，它既有好的耐熱性能又有好的機(jī)械性能。 安裝位臵焦化廠的JN60型焦?fàn)t橋管上預(yù)留有熱電偶插入口，安裝比較方便。見(jiàn)下圖：31:裝煤高度成熟焦餅高度光纖布臵示意圖光纖用玻璃纖維硅膠帶包裹，放臵在槽鋼內(nèi)；光纖 預(yù)留3.5米懸掛，以便隨導(dǎo)焦柵前進(jìn)/后退；光纖的另一端固定在攔焦車(chē)的三層平臺(tái)上；

19、儀表盒就近固定；天線(xiàn)從儀表盒引出，露天放臵，與金屬障礙物的間距不小于0.5 米;4、控制方案的實(shí)施采用前-反饋相結(jié)合的方式根據(jù)焦餅中心溫度、煤質(zhì)和配煤情況確定最佳標(biāo)準(zhǔn)火道溫度；根據(jù)火道溫度-自動(dòng)調(diào)整加熱煤氣流量；根據(jù)加熱煤氣流量-自動(dòng)調(diào)整分煙道吸力；以二前饋、一反饋、一監(jiān)控、三修正、兩串級(jí)相結(jié)合的優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)二前饋：供熱煤氣量前饋、分煙道吸力前饋一反饋：爐溫反饋一監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)空氣系數(shù)a值三修正：熱值修正、水分修正、實(shí)測(cè)爐溫偏差修正兩串級(jí)：爐溫控制、吸力控制采用串級(jí)控制方案。煤質(zhì)、煉焦工藝條件111 hJ設(shè)定值11h分煙道吸力1 JL 一一一1吸力模型111T煤氣流量 控制單元（顯示）Al空氣煤氣

20、_<cS_*調(diào)節(jié)閥孔板流量計(jì)隹八'、火道溫度的多模 式模糊控制單元實(shí)測(cè)火道溫度粗煤氣橋管處溫度J b41標(biāo)準(zhǔn)溫度修正4煉焦指數(shù)模型£目標(biāo)火道溫度模型圖4.6控制系統(tǒng)框圖溫度控制焦?fàn)t立火道溫度控制系統(tǒng)是典型的大慣性、非線(xiàn)性、特性參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)，并且在 生產(chǎn)過(guò)程中，還經(jīng)常受到諸如延時(shí)推焦、變更結(jié)焦時(shí)間、裝爐煤水分波動(dòng)等因素的干擾， 故采用常規(guī)的PID控制難以保證爐溫的穩(wěn)定。根據(jù)生產(chǎn)要求，爐溫的波動(dòng)應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)溫度 ± 7C范圍內(nèi)，但實(shí)際生產(chǎn)中，在受到較大干擾下，爐溫的波動(dòng)往往超出±7C的范圍,針對(duì)焦?fàn)t這一特點(diǎn)，采用模糊控制算法較為合適，但普通的模糊算法亦有它

21、的不足之處， 若模糊輸入/出量的量化等級(jí)分得過(guò)細(xì)，則模糊控制規(guī)則變得很復(fù)雜，分得過(guò)粗，難以 滿(mǎn)足控制精度的要求。用多模式模糊控制可較好地解決這一矛盾。為了便于控制規(guī)則的 在線(xiàn)調(diào)整，采用解析式表述的控制規(guī)則是非常適合的。U = a *E + ( 1- a)* EC >( 0< a <1 )煤氣流量其它參數(shù)為取整運(yùn)算，式中a為調(diào)整因子，通過(guò)調(diào)整a的大小可以調(diào)整模糊控制規(guī)則， 亦即改變E、EC在控制輸出中的權(quán)重。當(dāng)偏差較大時(shí)，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是盡快消除 偏差，此時(shí)偏差E的權(quán)重應(yīng)大一些，而當(dāng)偏差較小時(shí)，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是使系統(tǒng)盡 快穩(wěn)定下來(lái)，這時(shí)偏差的變化 EC的權(quán)重應(yīng)大一些?？?/p>

22、制仿真研究也證明這種控制模式 的有效性。吸力控制圖4.7吸力前反饋控制采用前反饋控制相結(jié)合的模式，根據(jù)前饋吸力模型和加熱煤氣流量的變化前饋調(diào)整分煙 道吸力大?。桓鶕?jù)分煙道殘氧量的大小反饋調(diào)整、修正吸力目標(biāo)值，考慮到交換過(guò)程對(duì) 分煙道殘氧量影響非常大，氧化鋯測(cè)出的煙氣殘氧量不能直接作為控制參數(shù)，需要反饋 模型計(jì)算的數(shù)據(jù)作為控制參數(shù)。4.5火道溫度模型的建立主要是根據(jù)三班測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)與全自動(dòng)測(cè)溫進(jìn)行比較、統(tǒng)計(jì)分析、顯著性檢驗(yàn)等方法， 消除人為誤差和其它隨機(jī)性誤差， 建立全自動(dòng)測(cè)溫代表火道溫度與全爐平均溫度的關(guān)系 模型。4.6 結(jié)焦周期溫度變化規(guī)律的研究選擇一個(gè)工況條件比較好的炭化室，在兩側(cè)安裝紅外測(cè)溫

23、儀，記錄溫度隨結(jié)焦時(shí)間 的變化規(guī)律，并研究裝煤量、配煤水分、提前 / 推遲推焦時(shí)間等參數(shù)的影響。4.7 分煙道吸力模型建立采集一個(gè)月以上的煤氣流量、分煙道吸力、煙氣殘氧量、空氣參數(shù)等數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng) 計(jì)分析和顯著性檢驗(yàn)分析，找出影響吸力的主要參數(shù)，建立分煙道吸力模型4.8 煉焦指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)火道溫度關(guān)系模型的建立其一，根據(jù)一定的生產(chǎn)工藝條件（配煤穩(wěn)定、結(jié)焦周期穩(wěn)定）下，確定煉焦指數(shù)與 焦炭成熟度（或焦餅中心溫度）、標(biāo)準(zhǔn)溫度的關(guān)系；其二，配煤的變化對(duì)煉焦指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)火道溫度關(guān)系模型的影響；其三，結(jié)焦周期改變對(duì)煉焦指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)火道溫度關(guān)系模型的影響 ;其四，提前 / 延時(shí)推焦對(duì)煉焦指數(shù)的影響。4.9 高溫/

24、低溫炭化室、問(wèn)題炭化室以及邊爐的監(jiān)控把粗煤氣的溫度信號(hào)記錄到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中 , 可方便工藝人員進(jìn)行操作查詢(xún) , 通過(guò)對(duì) 歷史數(shù)據(jù)的比對(duì)、分析可發(fā)現(xiàn)異常爐號(hào) ;根據(jù)每個(gè)炭化室對(duì)應(yīng)的煉焦指數(shù)和工藝參數(shù)， 建立煉焦指數(shù)與異常爐號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 , 自動(dòng)進(jìn)行異常爐號(hào)的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)；根據(jù)煉焦指數(shù)和溫度曲線(xiàn)變化，自動(dòng)生成操作指導(dǎo)。5、項(xiàng)目實(shí)施后預(yù)期達(dá)到的最終目標(biāo) 實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t立火道溫度的直接測(cè)量 焦?fàn)t火道溫度是焦?fàn)t生產(chǎn)中最重要的工藝參數(shù)，一直難以在線(xiàn)直接測(cè)量，國(guó)內(nèi)外幾 十年來(lái)不斷地尋求解決方法，如用熱電偶等方法，但這些方法都是間接測(cè)量，測(cè)量的精 度不高，受干擾因素多。焦?fàn)t火道溫度直接在線(xiàn)連續(xù)測(cè)量技術(shù)為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)； 建

25、立火道溫度數(shù)學(xué)模型 通過(guò)數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)全爐立火道溫度的變化趨勢(shì)，可減少三班測(cè)溫次數(shù)，降低工 人勞動(dòng)強(qiáng)度；技術(shù)上達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。 實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱過(guò)程的全自動(dòng)控制 通過(guò)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可直接調(diào)整加熱煤氣流量和分煙道吸力，溫 度的波動(dòng)幅度減小； 自動(dòng)生成煉焦指數(shù)模型通過(guò)安裝在上升管根部的熱電偶實(shí)時(shí)檢測(cè)粗煤氣溫度的變化，準(zhǔn)確判斷火落時(shí)間， 并自動(dòng)生成煉焦指數(shù)， 指導(dǎo)工藝人員進(jìn)行生產(chǎn)操作， 并預(yù)測(cè)焦餅中心溫度或焦炭成熟度； 建立標(biāo)準(zhǔn)火道溫度模型 模型能根據(jù)生產(chǎn)工藝狀況的調(diào)整或變化，指導(dǎo)或自動(dòng)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)溫度； 模型能根據(jù)配煤水分的變化及時(shí)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)溫度； 模型能根據(jù)焦餅成熟度（煉焦指數(shù)）修正標(biāo)

26、準(zhǔn)溫度。 節(jié)能降耗達(dá)1.03%噸焦能耗指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平； 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全爐各炭化室的工作狀態(tài) 通過(guò)煉焦指數(shù)檢測(cè)各個(gè)炭化室的加熱狀況，并自動(dòng)判斷高溫 / 低溫號(hào)，生成操作 指導(dǎo)界面，指導(dǎo)工藝人員對(duì)個(gè)別爐號(hào)的供熱量進(jìn)行調(diào)整。技術(shù)上達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。 有利于延長(zhǎng)爐齡，穩(wěn)定焦炭質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；五、研制開(kāi)發(fā)的技術(shù)路線(xiàn)，實(shí)施的方式、方法、步驟。采用方案論證 - 試驗(yàn)- 驗(yàn)證- 改進(jìn)- 推廣的技術(shù)管理路線(xiàn)；1 、方案論證提出初步方案后 , 系統(tǒng)地查閱了國(guó)內(nèi)外有關(guān)焦?fàn)t加熱控制方面技術(shù)資料 ,并進(jìn)行了 分析、整理，同時(shí)針對(duì)焦化廠JN60的應(yīng)用實(shí)踐，提出合理的技術(shù)方案；方案提出以后，再請(qǐng)相關(guān)的焦?fàn)t專(zhuān)家、一線(xiàn)的

27、工程技術(shù)人員審核，提出修改和補(bǔ)充 意見(jiàn)，最后形成執(zhí)行的技術(shù)方案。如項(xiàng)目實(shí)施方案中的關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量方案、測(cè)量點(diǎn)的安 裝、控制方案等都經(jīng)過(guò)有關(guān)人員反復(fù)調(diào)研、比對(duì)以及到現(xiàn)場(chǎng)考察得出的。測(cè)試。300C的烘箱里，連續(xù)運(yùn)在不吹風(fēng)的情況下，2、技術(shù)方案關(guān)鍵點(diǎn)的前期試驗(yàn) 對(duì)方案中采用的一些新技術(shù)或創(chuàng)新內(nèi)容 , 需經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、 焦?fàn)t立火道溫度的全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)試驗(yàn)： 光學(xué)鏡頭在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行高溫?zé)釕B(tài)性能測(cè)試，放臵在 行一周，測(cè)試光學(xué)鏡頭特性改變情況； 把一個(gè)光學(xué)鏡頭安裝在焦?fàn)t中間爐號(hào)的看火孔小爐蓋上， 放臵一周時(shí)間，測(cè)試它的耐熱性能；光纖在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行高溫?zé)釕B(tài)性能測(cè)試，放臵在 300C的烘箱里，連續(xù)運(yùn)行一 周，測(cè)試

28、光纖的通光特性改變情況，并與在常溫下的通光特性進(jìn)行比較；選一根 1.0 米長(zhǎng)度的光纖 ,放臵在爐頂?shù)蔫F軌邊 ,不進(jìn)行防護(hù) ,連續(xù)放一周 ,觀察 它的外觀特性、通光特性； 儀表系統(tǒng)是常規(guī)設(shè)備，不需要前期測(cè)試。 粗煤氣溫度測(cè)量 前期先定制一根熱電偶，安裝在上升管運(yùn)行一個(gè)月取出，測(cè)試分析； 若發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題在重新設(shè)計(jì)制作，再測(cè)試，直到合格為止。 控制算法先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立焦?fàn)t模型控制特性參數(shù)，然后把“焦?fàn)t模型控制特性參數(shù)” 輸入計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行控制算法仿真研究和控制參數(shù)尋優(yōu)。 數(shù)學(xué)模型的前期準(zhǔn)備根據(jù)生產(chǎn)記錄的歷史數(shù)據(jù)， 初步建立各類(lèi)數(shù)學(xué)模型， 編寫(xiě)建模程序， 進(jìn)行程序調(diào)試。3、驗(yàn)證階段在這一階段 , 對(duì)

29、控制方案各分項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容在焦?fàn)t現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行逐個(gè)驗(yàn)證，檢驗(yàn)其 可靠性和可能存在的問(wèn)題 焦?fàn)t立火道溫度的在線(xiàn)連續(xù)測(cè)量技術(shù)的驗(yàn)證 選取一套完整的焦?fàn)t立火道溫度的在線(xiàn)連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)， 放臵在焦?fàn)t實(shí)際的環(huán)境下運(yùn) 行，檢驗(yàn)在生產(chǎn)情況下的穩(wěn)定性、安全性以及對(duì)生產(chǎn)操作的影響； 煉焦指數(shù)自動(dòng)生成系統(tǒng) 在生產(chǎn)工況下，驗(yàn)證煉焦指數(shù)自動(dòng)生成系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度，以及改進(jìn)措施。 控制系統(tǒng)在驗(yàn)證階段， 把控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備安裝調(diào)試好， 并進(jìn)行離線(xiàn)模擬測(cè)試、 模擬運(yùn)行， 觀察系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、電磁抗干擾特性、安全性能以及可能對(duì)其它系統(tǒng)產(chǎn)生的干 擾特性； 控制算法的驗(yàn)證 對(duì)控制算法控制仿真研究之后，還需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、驗(yàn)證： 第

30、一步，在確保生產(chǎn)安全的前提下，對(duì)各個(gè)控制回路分別進(jìn)行短期的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，驗(yàn) 證過(guò)程必需是逐個(gè)的、單獨(dú)的進(jìn)行，測(cè)試、驗(yàn)證的時(shí)間嚴(yán)格控制，把對(duì)生產(chǎn)的影響控制 安全范圍內(nèi)。第二步，在各個(gè)控制回路短期驗(yàn)證完畢后，還需對(duì)各個(gè)回路進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證； 第三步，在各個(gè)控制回路經(jīng)過(guò)驗(yàn)證、確保安全以后，再進(jìn)行短期的全系統(tǒng)的安全性 驗(yàn)證，短期驗(yàn)證可靠后再進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證。4、試運(yùn)行階段在上述兩個(gè)階段成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行試運(yùn)行。第一步，檢查新增的檢測(cè)點(diǎn)、控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，有無(wú)異常情況，在通過(guò)較長(zhǎng)時(shí) 間的觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，進(jìn)入第二步。第二步，分煙道吸力優(yōu)化控制的投運(yùn) 首先對(duì)分煙道的吸力優(yōu)化值設(shè)臵安全限值，即在優(yōu)化

31、控制程序萬(wàn)一出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，吸 力也在生產(chǎn)安全允許的范圍內(nèi)；然后依次把前饋控制投入進(jìn)去，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行確保沒(méi)有問(wèn)題后，再把反饋控制加進(jìn) 去；機(jī)側(cè)分煙道吸力、焦側(cè)分煙道吸力控制分別進(jìn)行；第三步，優(yōu)化加熱控制 首先對(duì)優(yōu)化控制程序計(jì)算值進(jìn)行安全限制，即在優(yōu)化控制程序萬(wàn)一出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)， 優(yōu)化控制程序計(jì)算的值也在生產(chǎn)安全允許的范圍內(nèi)；其次，對(duì)優(yōu)化控制程序計(jì)算值進(jìn)行觀察、監(jiān)測(cè)，以發(fā)現(xiàn)有無(wú)異?；驔](méi)有考慮到的問(wèn) 題；再次，在確保沒(méi)有問(wèn)題后，把優(yōu)化控制投入試運(yùn)行。 第四步，煉焦指數(shù)的修正模型投運(yùn) 先離線(xiàn)觀察煉焦指數(shù)模型的運(yùn)算結(jié)果是否合理、有無(wú)異常； 其次，用計(jì)算結(jié)果人工修正標(biāo)準(zhǔn)溫度，觀察是否合理； 再次，確保計(jì)算合理、

32、可靠后投入自動(dòng) 第五步，用煉焦指數(shù)模型監(jiān)測(cè)或預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)異常爐號(hào)； 在試運(yùn)行期間，密切觀察、記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)再進(jìn)一步完善和優(yōu)化，分析可能 出現(xiàn)的問(wèn)題，試運(yùn)行時(shí)間為一個(gè)月。5、改進(jìn)階段對(duì)試運(yùn)行期間出現(xiàn)的問(wèn)題和不足進(jìn)行改進(jìn)、完善 , 特別是可能存在的安全隱患要有 相應(yīng)的應(yīng)急處理程序、安全措施或安全預(yù)案。6、正式運(yùn)行在試運(yùn)行一個(gè)月以后，沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題后，再投入正式運(yùn)行。在正式運(yùn)行以后， 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄和觀察由操作工進(jìn)行。六、實(shí)施進(jìn)度安排5 月份完成項(xiàng)目實(shí)施方案及審批工作67 月份完成招標(biāo)申請(qǐng)及招標(biāo)工作89 月份進(jìn)行備品、備件等材料計(jì)劃上報(bào)、領(lǐng)取10月 1 日開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)安裝施工。11月底施工完畢12

33、月調(diào)試，成功后正式投用。七、原材料準(zhǔn)備項(xiàng)目序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)單位數(shù)量備 注火 道 溫 度 測(cè) 量 設(shè) 備1紅外測(cè)溫儀表IR-AH-3000套80每座焦?fàn)t40個(gè)測(cè)點(diǎn)。2防火防塵件非標(biāo)套803單向閥非標(biāo)個(gè)804儀表安裝盒非標(biāo)（304不銹鋼件）套85空氣過(guò)濾器（細(xì)）AA151 （英國(guó)）個(gè)46空氣過(guò)濾器（粗）AO151（英國(guó)）個(gè)4724V直流電源24VDC/5A西門(mén)子個(gè)88信號(hào)線(xiàn)（屏蔽）2x5x1.0米20009電源線(xiàn)2x1.0米90010防火材料鐵銹紅防火玻璃纖維帶100x3米20011防火材料鐵銹紅防火玻璃纖維管30米25自動(dòng) 火落 判斷 設(shè)備12K型熱電偶K型/耐高溫套管套13013補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)耐高溫KC

34、 2x1.0米1600014防火材料鐵銹紅防火玻璃纖維帶100x3米20015防火材料鐵銹紅防火玻璃纖維管30米60計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng)16DCS控模塊熱電偶模塊塊18與原DCS系統(tǒng)銜接17DCS控模塊4-20mA模塊塊1118DCS控制柜含機(jī)籠套1軟 件19加熱控制系統(tǒng)軟件（含以下部分）套1火道溫度監(jiān)控軟件套1數(shù)學(xué)模型軟件套1加熱控制軟件套1火落時(shí)間自 動(dòng)生成軟件套1隹八'、 餅 溫20焦餅溫度測(cè)量系統(tǒng)（含以下部分）專(zhuān)利設(shè)備套2測(cè)溫鏡頭D/L 150件12鍍膜鏡片德國(guó)進(jìn)口度 測(cè) 量 系 統(tǒng)耐高溫光纖FC/PC 400/440根12光纖進(jìn)口，鎧裝國(guó)內(nèi)測(cè)溫儀表AHIR-1000套12光敏元

35、件德國(guó)進(jìn)口， 關(guān)鍵的電子元器件為日本原裝進(jìn)口防火、防塵裝置非標(biāo)套12無(wú)線(xiàn)發(fā)送裝置DTD110F套2無(wú)線(xiàn)接收裝置DTD110H套2計(jì)算機(jī)終端DELL套2焦餅溫度處理 軟件非標(biāo)套2安裝 材料21電纜橋架、角鋼、 槽鋼、焊條等其它雜件若干根據(jù)需要投標(biāo)方供應(yīng)八、環(huán)境保護(hù)、控制措施及指標(biāo)1、光學(xué)鏡頭安裝在小爐蓋上，主要的影響是煙塵和高溫 光學(xué)鏡頭前有煙塵防護(hù)罩，或氮?dú)饩S持微正壓；看火孔小爐蓋的表面溫度煙塵難以進(jìn)入光學(xué)鏡頭,（在夏天測(cè)試）不超過(guò)并且在光學(xué)鏡頭前用清潔空氣200 r,而光學(xué)鏡頭工作溫度可達(dá)i5or；光學(xué)鏡頭的溫度不超過(guò)250 r；通過(guò)隔熱處理，但不吹風(fēng)， 在吹微風(fēng)的情況下，光學(xué)鏡頭的溫度不超

36、過(guò) 9or；2、光纖光纖本身為石英材料，耐溫可達(dá)300r，把它布臵在靠近鐵軌的5#槽鋼，內(nèi)鋪設(shè)隔 熱材料石棉，正常情況下的溫度為大約在 5080r左右；主要的問(wèn)題是避免火焰長(zhǎng)時(shí)間（超過(guò) 10分鐘）直接燒光纖。3、儀表（電信號(hào)處理單元） 設(shè)計(jì)溫度為060r；安裝在爐間臺(tái)，該處的溫度不會(huì)超過(guò) 50r結(jié)論：在實(shí)際使用中，經(jīng)過(guò)合理的防護(hù)處理，可確保焦?fàn)t立火道全自動(dòng)在線(xiàn)連續(xù)測(cè) 溫系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。4、粗煤氣的溫度為1000r以下，采用K型熱電偶完全可行，選擇特種耐高溫鋼 （CH3039作為保護(hù)套管主要問(wèn)題是結(jié)石墨，可采用定期更換熱電偶套管的方法。5、設(shè)備主要安裝在控制室中，工作環(huán)境好，另外無(wú)線(xiàn)通訊的載波頻率為2.4GHz的高頻信號(hào)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工頻干擾對(duì)傳輸信號(hào)影響小，若工作頻率附近有同樣的無(wú)線(xiàn)通訊 設(shè)備，則干