焦炉集气管

2024-06-05

焦炉集气管（共4篇）

焦炉集气管篇1

1 引言

焦炉集气管压力是焦炉生产中重要的工艺参数,控制目的是保证各焦炉煤气压力的相对稳定,若压力过高会导致炉子跑烟冒火,污染环境并且严重影响操作安全,造成能源的浪费;若压力过低.会使大量空气从炉门等不严密处进人炭化室,与焦炭及煤气燃烧造成损失,降低煤气质量,同时也影响炉子寿命[1].根据炉型与炉况的不同,一般要求集气管压力稳定在80-120Pa范围内,造成集气管压力频繁波动的因素很多,如:煤种、结焦时间、炉温、装煤量、出炉、换向、煤气鼓风机机前吸力及机后压力等。由于多座焦炉共用一套鼓风机冷凝系统,各焦炉集气管压力与鼓风机吸力之间存在着严重的串并联藕合,如图1所示,因此焦炉的集气管压力具有强耦合、非线性和时变的特点[2].许多专家学者对此进行了分析研究[3,4]。本文引进随机相关系数对耦合系统进行分析,利用此类系数构造出多维概率去耦控制器,起到了动态解耦的目的。

2 相关系数[5]

变量之间有无关系,要靠定性判断。当通过定性分析认定变量之间有关系时,就可以通过相关分析来考察关系的密切程度。反映关系密切程度的指标称为相关系数。设X=(x1,L,xn)',Y=(y1,L,yn)'为两个数据向量。它们可能是两个连续变量xt,yt的波形的采样序列,也可能是从两个总体进行抽样的数据。我们希望定量的刻划它们的相关程度。粗略地说,把它们平移到适当位置,如果其中之一是另一个的某个倍数,则应认为是完全相关的;如果其中之一与另一个的任何倍数都相差很大或者两者数据没有规则,则应认为是不相关的。因而,自然会想到用误差平方和的最小值来衡量它们的相关程度。如果有某个

a和λ使得0Q=0,则可以说X与Y完全相关,否则就以0Q的大小不同来描述它们的相关程度。为求0Q值,

对a和λ分别求导,并令其等于0,即

对式(3)和式(4)联立求解得

将式(5)、(6)代入式(2),即得

由此还可得到最小相对误差平方和

由于E0是消去了X,Y测量单位带来的影响,所以它比0Q用来衡量X,Y的相关程度更为合理,所以就以E0,等价地以来作为衡量X,Y相关程度的度量,并称ρxy为X,Y的相关系数,当越大(从而E0越小),则X,Y越相关;当越小(从而E0越大),则X,Y越不相关。

由许瓦兹不等式

可得到相关系数的一个重要性质:

特别地,当时,有线性相关,当=0xyρ时,有正交,即不相关。

3 耦合系统的相关分析

两个随机变量之间的相关系数描述了这两个随机变量间的相关程度。随机变量U、E(即控制量与偏差)两者的发生并获得在数学上是随机的,在物理关系上则取决于具体的控制对象和模型。按时间序列取一段时间或历史的信息,便有相关系数来表达两随机变量间的相关程度,为表达方便这里将相关系数ρxy记为β,即

其中,

β即为U、E间的相关系数。

U、E是可测数据,即能够得到输入与输出间的相关值。如图3所示,比如,第1回路的控制量u1在多大程度上影响其偏差e1,因耦合可能两者没有明确的关系式,但其序列在统计意义上是相关的,则u1与1e间的相关程度可用β1来表示。若β1=1,则说明二者完全相关,1u对1e具有完全确定的直接作用,从控制角度而言,1e对1u的作用已达到去耦。

4 相关去耦控制器

相关去耦控制器的原理如图4所示。

图中β1,β2分别为1u、1e与u2、e2间的相关系数,计算公式同式(11)。GC1、GC2、GC3、GC4分别为普通单变量PID控制器。

当系统不存在耦合时

此时β1=β2=1,说明1u与1e完全相关,u2与e2完全相关,第1回路与第2回路不存在耦合,这时只有控制器GC1和GC4起作用,而GC2、GC3不起作用,相当于两个单回路控制。

当系统存在耦合时

若0<β1<1,说明u1同时与1e、e2相关,1u、1e的相关系数为β1,则1u、e2的相关系数为(1-β1),这样分别通过控制器GC1、GC3消去与之相关的误差;

若0<β2<1,说明u2同时与1e、e2相关,u2、e2的相关系数为β2,则u2、1e的相关系数为(1-β2),这样分别通过控制器GC2、GC4消去与之相关的误差;

若同时0<β1<1,0<β2<1,则可通过控制器GC1、GC2、GC3、GC4分别消去与之相关的误差,从而起到解耦作用。

由于β1,β2是在线滚动计算获得的,因而β1,β2是根据对象耦合情况动态变化的,从而对于时变性、非线性的耦合对象起到了动态实时解耦的作用。

5 集气管压力的相关解耦控制系统的实现

双炼焦炉系统中,任一集气管蝶阀的动作直接影响集气管压力P1、P2,反过来P1、P2的变化又会引起集气管蝶阀的动作,因此这是一典型的动态耦合系统,依靠传统的控制方法无法达到工艺控制要求,采用相关解耦控制可有效的解决系统因煤种、结焦时间、炉温、装煤量、出炉、换向、煤气鼓风机机前吸力及机后压力等不确定原因引起集气管压力波动的问题。系统控制原理图如图5所示。

6 结束语

利用过程控制实训装置搭建出与集气管相似的工艺流程,如图6所示,根据本文提出的相关解耦控制方法,通过在实训装置的实际控制使用,如图7、图8所示,结果表明,模拟集气管压力调节采用传统的PID控制,在扰动工况下各模拟集气管压力控制各自为政,难以满足要求,存在相互影响、耦合震荡等缺点,致使模拟集气管出现负压运行和较高正压等工况,显然将影响安全生产。采用相关解耦控制方法后在扰动工况下将模拟集气管压力稳定控制在设定值80Pa上下,压力波动范围控制在±15Pa的比传统的PID控制的动态特性要好,说明了该方法是解决类似焦炉集气管压力这一动态耦合系统的一种有效途径。

参考文献

[1]舒雄鹰,SIMATIC S7 PLC在集气管压力控制中的设计与应用[J].自动化与仪器仪表,2003(2):12-14.

[2]吴晓苏,张中明.焦炉集气管压力工业过程控制的研究煤炭转化[J].2007,(1):26-30.

[3]康春清,于振东,刘成汇.多焦炉集气管压力模糊控制系统[J].山东冶金.2006,(3):35-36.

[4]郭继平,陈洪文,冯亚军.焦炉集气管压力计算机控制改造[J].燃料与化工.2004,(4):17-19.

[5]胡国定,张润楚.多元数据分析方法[M].天津:南开大学出版社.125-147.

焦炉集气管篇2

焦炉集气管压力系统是一个多回路、强耦合、非线性、参数时变系统, 由焦炉、集气管、煤气管道、鼓风机和多个调节蝶阀组成, 通过对蝶阀开度的控制来稳定集气管的压力。集气管压力的稳定不仅关系到焦炉的寿命, 更直接影响着煤化工产品的质量和产量, 同时还对系统的寿命、节能、环保等有积极的作用。因此, 对焦炉集气管压力的稳定调节一直以来都是焦化厂普遍关心的问题。采用King SCADA开发焦炉集气管压力监控系统, 使风机吸力在初冷器前吸力进行一次分配, 进而在各焦炉间智能调配, 保证各焦炉压力得到精确控制, 使各焦炉得到的吸力始终与本身的生产保持匹配。

1 焦炉集气管工艺流程

1.1 工艺流程

集气管煤气压力变化受到煤气发生量、鼓风机吸力、阀门开度、管道阻力、机前机后阻力等多方面因素的影响, 多座焦炉并联时, 还存在严重耦合干扰, 这些影响因素均是动态的和不确定的。因此, 集气管煤气压力实质上是一个非线性的、具有较强耦合特性的时变参数, 其数学模型难以确定, 传统的PID控制方法也难起到有效的调节作用。系统采用大循环自动翻板实现初冷器前吸力的精确控制, 将各焦炉自动翻板电动执行器、大循环自动翻板全部归于控制系统, 其工艺流程结构如图1所示。

荒煤气流量q1, q2及鼓风机前流量q3发生扰动, 不仅影响到集气管压力P1, P2的变化, 而且影响初冷器出口负压q3′ (即风机前吸力) 的变化。因此, 要消除管道布局失衡和因焦炉加煤、换向、和机后阻力变化引起的煤气压力“涟漪叠加效应”。以互动平衡调节网络各参量, 对各焦炉吸力进行动态补偿, 快速消除煤气“积余”量, 以防止出现各焦炉压力差过大而引起的负压和焦炉跑烟冒火同时存在的恶劣工况, 这需采取在线调节方式。

1.2 影响集气管压力的因素

(1) 炭化室内间歇地装煤和推焦对集气管压力产生较大的冲击。

(2) 因各焦炉之间相互耦合, 在吸力稳定的情况下, 任一焦炉压力的波动, 都会影响另一焦炉压力。

(3) 初冷器前吸力变化的影响。在鼓风机抽力不变的情况下, 后续设备的阻力发生变化, 都会引起机后压力的变化, 进而引起初冷器前吸力的变化, 在煤气发生量稳定的情况下, 该吸力势必引起集气管压力的波动。

(4) 结焦时间的变更和加热制度的变化会使产气量明显波动;煤的成分、装煤量以及实际推焦时间的变化也会引起集气管的压力变化。

(5) 循环氨水流量和温度的变化、荒煤气冷却系统是否畅通、阻力大小也会影响压力的稳定及气量传输的动态特性;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。

1.3 压力控制指标

各集气管压力应保持在100±20Pa可控范围内。压力控制指标主要包括:集气管混合气体温度、集气管混合气流量、集气管蝶阀的开度 (常用指标) , 及集气管执行器位反、初冷器混合气温度、冷器煤气出口吸力、初冷器前总管煤气吸力和温度、风机吸力及出口流量、大回流执行器位反等。

2 SCADA监控系统设计

2.1 设计目标

(1) 建立一个集中管理、分散控制及性能可靠的现场控制、过程监视和计算机管理一体化的系统。

(2) 完成对整个工艺过程及全部生产设备的自动监测和控制。

(3) 采集各工艺过程的工艺电气参数及主要设备的运行状态信息。

(4) 对现场数据进行分析、处理、储存, 对各类工艺参数做出趋势曲线并自动生成各表。

(5) 报警系统将现场设备的各种故障在中控室进行声、光报警, 并能将故障分类打印。

2.2 主画面

SCADA工程画面 (如图2所示) 整体布局分为3个部分:标题区域、左侧时间及按钮区域、画面展示区域。标题区域主要为SCADA系统的标题信息 (焦炉煤气集气管压力监控系统) 。左侧时间及按钮区域包含时间信息、用户登录信息及画面切换按钮。切换按钮包括:工艺图、报表系统、趋势曲线及系统安全。如果想了解某个工艺的现场情况, 点击相应的“工艺图”按钮, 可以切换到该工艺分画面。点击“报表系统”、“趋势曲线”、“系统安全”等菜单, 画面展示区域就会显示当前查看的画面。

2.3 集气管工作状态及控制画面

集气管工作状态及控制画面 (如图3所示) 显示4座焦炉生产工作状态, 即管内流量、管内气体温度、侧管的温度、执行器的位反以及压力状态等。其中压力状态分别采用指示灯和数据的形式来表达。可以通过手动输入开度值的百分比和加-减按钮来实现对执行器的调整。

2.4 其他画面

初冷器-电捕工作状态及控制画面显示初冷器前的温度和总管吸力以及1、2电捕的出口温度和吸力, 并显示1、2、3冷器出口吸力和煤气的温度, 以及用于冷却的轻焦油的喷洒温度。

风机工作状态及控制画面显示风机的运行状况, 分别采用指示灯和文字的形式进行显示和提示, 风机画面通过绿色罩子的显示、隐藏来表现风机工作状态。

大回流工作状态及控制画面显示风机出口的温度、总煤气流量、压力, 以及大回流执行器和排气阀执行器的位反。

报表系统画面包括3个子画面, 分别是“实时数据报表”、“历史数据报表”、“历史报警报表”。这3个报表对生产过程中的数据进行显示和储存, 方便以后对工程进行数据分析和事故评估。报警报表采用3种报警方式相结合的形式, 即实时报警、历史报警、选择报警 (报警查询) 。报表包括班报表、日报表以及月报表, 为数据分析和控制算法提供有效的参数信息。

参考文献

[1]卜建荣, 朱里红.基于GA优化的集气管压力无级模糊RBF系统[J].钢铁研究学报, 2011, 23 (7) :60-63

[2]马长富, 綦星光.多焦炉集气管压力智能控制系统[J].控制工程, 2008, 9 (15) :121-124

[3]朱里红, 王俊飞, 张峰.热轧过程加热炉能源监测系统的开发[J].工业控制计算机, 2011, (5) :70-73

焦炉集气管篇3

1 问题的发现

从焦炉炭化室导出的荒煤气温度高达650℃~700℃, 其中含有大量焦油、苯类、氨汽、水蒸汽以及硫化氢等, 送往后续工序进行净化处理并回收其中的副产品前需要将其温度降低到一定程度。冷却效果主要取决于循环氨水量和喷洒效果。一般循环氨水量按5m3/t干煤 (单集气管) 。循环氨水量偏低则会导致集气管煤气温度增高。喷洒效果就要看氨水雾化程度和均匀情况。如果循环氨水中含尘含渣含油过多, 导致氨水喷嘴堵塞, 循环氨水量和喷洒效果则都会受到影响。2010年5月份, 5#焦炉在生产过程中发现集气管温度偏高, 一般情况下集气管温度在90℃~100℃之间, 此时温度却在110℃以上, 并且还有继续升高的趋势。同时循环氨水的流量偏低, 焦油盒和吸气管处出现块状焦油渣。进一步检查发现集气管底部焦油渣平均厚度在30cm左右, 且硬度比较大。如不加以处理将直接影响焦炉的正常生产。

2 原因分析

经过认真地检查和分析, 我们认为造成焦油盒和吸气管堵塞的原因有以下几点。

(1) 集气管工艺设计上有千分之五的坡度, 但较短的距离不能体现高度差, 对焦油流动性改善不大;虽然5#炉是设两段集气管, 但集气管末端焦油堆积并没有更好办法解决, 长时间积累, 焦油也会越来越多。 (2) 在装煤和炼焦过程中, 有少量的煤粉随荒煤气吸入集气管而形成难以流动的焦油渣。观察结焦中后期的炉号, 部分从上升管冒出的荒煤气是黑色的, 说明荒煤气中夹带焦粉较多。 (3) 集气管压力自动调节电机的反馈控制不及时, 风机吸力过大, 造成集气管有时负压, 在此负压下, 易将刚装煤炭化室中的煤粉吸入集气管, 煤粉与焦油混合后使焦油粘度更大, 流动性更差。 (4) 循环氨水量不足, 流速慢, 净化不够, 杂质多, 温度低, 不能使集气管底部焦油融化, 导致焦油流动性差, 堆积越来越多。循环氨水量每小时1140m3, 循环氨水的温度低于75℃, 致使从荒煤气中冷凝的焦油粘度大, 且难以流动。循环氨水中杂质较多, 淤积在集气管底部, 长期在荒煤气温度的作业下, 水分被慢慢烘干, 导致其在底部板结。 (5) 由于集气管清扫属于调火, 调火工作面广, 任务多, 不能做到按时检查, 清扫工作同样滞后。焦炉清铲影响。在清铲作业的同时, 大块石墨、焦油块进入集气管, 造成局部堵塞, 影响焦油的流动。 (6) 由于焦油渣回配系统的上料线只对应5#焦炉使用, 使得5#焦炉石墨产生量高于另两座焦炉, 也加剧了堵塞现象。

总之, 集气管底部焦油等杂质淤积的主要原因是焦油与煤粉形成了流动性极差的混合物, 再加上循环氨水温度低, 流量小, 使其流动性更差。从而造成大量焦油渣淤积在集气管底部。

3 采取措施

3.1 改造氨水管道

对集气管两端的工业水阀门进行改造。将单向阀前的三通移至单向阀后, 在DN450mm的循环氨水管上新配DN50mm的低压氨水清扫管, 把低压氨水引入集气管底部, 对底部焦油进行长期冲刷, 保持底部流动性。使循环氨水真正循环起来, 杜绝死角。确保低压氨水流量稳定, 也可以排除部分氨水中的杂质, 保证单个上升管氨水喷洒量。同时遇到停低压氨水, 既能保证工业水冷却荒煤气, 又满足工艺的需要。 (详见图1和图2) 。

针对循环氨水杂质很多, 造成低压氨水管道管径减小, 阀芯及以下部分的管道堵塞严重, 影响到低压氨水的喷洒流量的问题, 分批对所有低压氨水管道进行更换, 同时逐一检查低压氨水喷头, 发现堵塞情况马上处理, 保证氨水喷洒效果。从焦油盒及∏型管顶部氨水喷洒管处通蒸汽熔化焦油堵塞物。尽管蒸气汽压力小, 焦油盒无法真正吹通, 只能在局部对焦油进行加温, 但也可以在一定程度上增加了其流动性, 对缓解淤积有一定的作用。

3.2 对现有集气管调节系统进行改造

增加集气管压力检测表, 做到多点压力测量, 提高调节系统的反馈精度。

3.3 改进现有的清铲方法

以前一般采用高压氨水冲刷的方法, 哪里焦油渣多就清扫哪里, 没有合理安排规划, 往往这个点清扫完成, 前面清扫的又有淤积。现在采取专人定期检查、清扫, 发现问题部位, 采用高压氨水和蒸汽交替冲刷的方法, 取得了很好的效果。

3.4 加强上升管清铲长效管理

加强上升管清铲长效管理, 杜绝突击任务式。对焦油盒进行不定期检查, 发现焦油盒氨水水位高时, 马上进行人工清理, 确保焦油盒不发生堵塞情况。同时对桥管上的清扫孔不定期抽查, 杜绝由于长期不清扫产生的大块石墨, 焦油块等。

3.5 提高氨水流量和温度稳定性

协调化产作业区, 提高氨水流速, 每小时氨水量增加至1260m3, 氨水温度保持在77±2℃。

4 效果及建议

(1) 通过以上的多项措施, 集气管底部焦油渣基本上清除完全, 低压氨水流量在改造后增加约220m3/h。集气管温度明显下降, 趋于正常。

焦炉集气管篇4

关键词：焖炉,集气管压力

我国的焦炉大多采用多焦炉配置, 共用一套风机、冷凝系统。在生产过程中, 从各个炭化室出来的粗煤气汇集到集气管中, 再由横贯管会合进入吸气管道, 经气液分离器、初冷器等中间环节处理后, 由鼓风机送往下道工序。风机选型是根据煤气总量与输送要求来选择。焦炉在设备故障、其他情况下长时间焖炉时, 原有的集气管压力控制系统无法满足工艺要求, 集气管压力的控制需要配套调整, 以保证集气管压力稳定在工艺要求范围内。

一、生产正常情况下焦炉集气管压力的控制

焦炉集气管压力是焦炉生产中重要的工艺参数, 生产中需保证各焦炉集气管煤气压力的相对稳定, 若压力过高会导致炉子跑烟冒火、污染环境并且严重时影响操作安全, 造成能源的浪费;若压力过低, 会使大量空气从炉门等不严密处进入炭化室, 与焦炭及煤气燃烧造成损失, 降低煤气质量, 同时也影响炉子寿命。集气管压力是根据吸气管正下方炭化室底部压力在结焦末期不低于5Pa来确定。

焦炉集气管压力控制调节方式如下:

(1) 在每座焦炉的集气管上分别设置一个单回路调节系统, 采用常规的PID控制, 根据焦炉煤气主管压力扰动规律及相应的控制理论, 采用专家规则的控制算法实现对集气管蝶阀的控制, 来控制单座焦炉的集气槽压力;

(2) 风机的控制也采用常规的定值PID控制, 通过风机前吸力的调节即满足对集气管压力的控制;

(3) 正常状态下:集气管压力调节的范围小, 没有大的干扰下, 均在调节翻板阀的调节范围。

因此采用常规的方法, 4.3米焦炉集气管压力可以稳定在90~110Pa。控制调节模式如下图所示:

二、焦炉长期焖炉过程中的集气管压力存在的主要问题:

焦炉长期焖炉过程中煤气发生量会逐渐减少, 煤气风机转速不断下降至风机临界转速以上, 自动调节功能无法正常使用, 集气管压力控制存在的问题主要表现在以下几个方面:

*焖炉焦炉煤气发生量大幅减少, 自动调节翻板如图N12N22逐渐关闭, 失去调节功能。

*多座焦炉共用一套风机、冷凝系统, 各集气管之间以及集气管与风机之间存在着严重的串并联耦合 (相互干扰) , 加剧了集气管压力的波动。

*处于焖炉状态的焦炉碳化室底部将处于负压或压力偏低现象;

*煤气含氧量会逐渐上升至超标, 给系统带来严重的安全隐患;

*焖炉至一定周期后煤气两不断降低, 煤气小流量运行给风机操作带来一定影响;