DCS控制系统在焦化的应用

《DCS控制系统在焦化的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《冶金自动化》2009年S1DCS控制系统在焦化的应用汪萌，邹渊，胡年松(湖北新冶钢有限公司二期工程项目部，湖北黄石435000)摘要：集气管压力是焦炉操作的重要参数之一，稳定集气管压力对延长焦炉寿命、稳定操作、减少煤气放散、减轻环境污染及节约能源具有重要作用。针对焦炉集气管压力系统具有多回路、强耦合、非线性的特点，提出了一种综合控制算法。实际应用表明，该控制策略有效解决了集气管压力控制过程中的多扰动、强耦合的非线性问题，具有良好的动态和静态特性，系统主要技术指标优于原指标。关键词：综合控制；焦炉集

2、气管压力；多变量；PlD调节O概述在焦炉炼焦过程中，会有大量的荒煤气产生，荒煤气由集气管收集，通过输气管网由鼓风机送往后续工段处理。由于产气量随结焦时间而变化，集气管中的压力不断改变，特别是在炭化室进行推焦、装煤时会造成集气管压力大幅波动。当炉体内操作形成负压时，空气就会从炉门、炉盖等处进入炉体，导致焦炭燃烧、灰分增加、焦炭质量下降。进入的空气还会同炉体建筑材料发生化学反应，导致炉体剥蚀，缩短炉体使用寿命；空气还会促使荒煤气燃烧，使煤气系统温度增高，从而加重了冷却系统的负担，产生不必要的能源消耗。当

3、炉体内的压力过高时，荒煤气将会从炉门、炉盖等处冒出，一方面造成跑烟冒火，污染环境；另一方面降低了荒煤气的回收率，造成能源的浪费。综上所述，集气管压力的稳定不但影响焦炭的质量，也关系到焦炉的寿命。因此，针对新冶钢2007年3月投产的90万t焦化厂集气管压力波动大的问题。我们对其控制系统进行了改造，通过近一年的运行情况看，作用显著，达到了预期的效果。1工艺分析目前冶钢90万t焦化现有2座焦炉4个集气管、3台初冷器(2开1备)以及2台鼓风机(1开l备)。焦炉煤气从各炭化室通过上升管，并在上升管被循环氨气冷

4、却到80～90℃，然后进入集气管。在气液分离器与焦油、氨水分离，进入初冷器，在初冷器冷却到35～40℃，然后通过鼓风机送往下道工序。如图l所示。图l焦化工艺流程管闻流阀通过分析，影响焦炉集气管压力的因素有：(1)炭化室内装煤和推焦时消烟除尘车的吸力对集气管压力产生较大的冲击。(2)各焦炉集气管压力之间波动相互耦合。(3)鼓风机抽力不变时，机后设备的阻力发生变化或煤气用户的用量发生变化的鬏响。(4)煤的成分、装煤量的变化以及实际推焦时间的变化也会影响到集气管的压力变化。(5)循环氨水流量和温度的变化，

5、荒煤气冷却系统阻力大小以及鼓风机入口排液系统、鼓风机后管线是否畅通直接影响压力系统的稳定。(6)荒煤气的温度高低直接影响输气系统正常运行，过高时风机负荷加重且易发生危险，过低时则会导致冷却系统结萘。(7)炉门、炉盖密封不严引起集气管压力降低。(8)氨水量的变化形成瀑布，从而增加荒煤气的流动阻力。(9)跟煤气产量和煤质有关。煤气产量越大j压力越大，反之压力越小；当煤质较好时，自动控制效果好；当煤质较差收稿日期：2008娟一16；修改稿收到日期：2008一l¨O作者简介：汪萌(1970．)，男，湖北鄂州

6、人，工程师，主要从事冶金自动化工表工作。·149·《冶金自动化》2009年S1时就常常出现震荡现象。(10)煤气交换机换相对管网所造成的影响。焦炉集气管压力系统是一个耦合严重、具有严重非线性、时变特性、扰动变化激烈的多变量系统，一般的经典PID调节和串级控制很难满足要求。针对焦炉集气管系统的结构和特点，新冶钢选用模糊神经网络的智能协调控制方案。其基本原理是将人的思维方式和操作经验赋予计算机，使之智能跟踪焦炉压力的变化，精确计算出各阀门所需改变的角度，快速而准确地发出动作指令，合理动态调整初冷器前吸力

7、及各炉管道中的分配，确保系统压力的高精度控制。2控制策略针对以上诸多影响，利用DCS系统的硬件高可靠性、软件灵活性与现代智能控制相结合的控制手段对各影响采取各个击破的方法，通过风机后流量对初冷器前压力串级调节，并引入集气管压力前馈对回流调节阀的控制来保持初冷器前压力稳定，从而消除耦合干扰。把换相信号引入回炉煤气控制系统，对回炉煤气流量实行延时控制，消除回炉煤气流量波动所造成的影响，各用户使用煤气量的变化也会影响管网的压力波动，通过加压站变频风机，调节机前压力来稳定外送压力已实施。执行器的机械间隙较大

8、，系统误差无法消除，因此更换新高精度执行机构，消除连杆的机械间隙，改进集气管压力的取压地点，消除消烟除尘车在装煤后吸力的影响。初冷器前吸力是对集气管压力稳定的一个重要的控制量，我们必须稳定初冷器前的吸力，只有这个吸力大致稳定了，集气管的压力才能得到很好的控制。因此，我们制定了下列的控制策略。2．1初冷器前吸力控制以初冷器前吸力为被调量j以横管上蝶阀的开度为控制量组成单回路的闭环控制系统，采用常规PID控制算法来控制蝶阀达到稳定器前吸力的目的。2．2集气管压力控制对于4