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      活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)題---控制系統(tǒng)新時(shí)代   

    1、概述

    煉焦化學(xué)工業(yè)是鋼鐵工業(yè)的一個(gè)重要部分，焦炭可用作高爐冶煉的燃料，也可用于鑄造、有色金屬冶煉、制造水煤氣；可用于制造生產(chǎn)合成氨的發(fā)生爐煤氣，也可用來(lái)制造電石，以獲得有機(jī)合成工業(yè)的原料。

    UW500集散控制系統(tǒng)是杭州優(yōu)穩(wěn)與浙江大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化國(guó)家工程研究中心聯(lián)合開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)不斷分析總結(jié)、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新、測(cè)試改進(jìn)與考核完善，推出的新一代集散控制系統(tǒng)。具有可靠性高、系統(tǒng)開(kāi)放、功能強(qiáng)大、維護(hù)簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)够a(chǎn)提供高效優(yōu)質(zhì)的監(jiān)控，提高控制的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成品并提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

    2、工藝簡(jiǎn)介

    現(xiàn)代焦?fàn)t爐體最上部是爐頂，爐頂之下為相間配置的燃燒室和炭化室，爐體下部有蓄熱室和連接蓄熱室與燃燒室的斜道區(qū)。在煉焦生產(chǎn)過(guò)程中，煤料從煤塔卸到煤車(chē)分別送至各碳化室裝爐再將一定量的煤氣和適當(dāng)比例的空氣經(jīng)蓄熱室預(yù)熱后，送至燃燒室混合燃燒，煤在炭化室內(nèi)由兩側(cè)燃燒室經(jīng)硅磚壁傳熱進(jìn)行單向供熱干餾。炭化室內(nèi)的煤在干餾過(guò)程中產(chǎn)生大量的荒煤氣，荒煤氣通過(guò)集氣管流往回收作業(yè)區(qū)進(jìn)行凈化與重利用。整個(gè)結(jié)焦周期一般為18.5h~23h，然后由推焦機(jī)把焦炭推出，并用惰性氣體進(jìn)行干熄焦。

    在焦化生產(chǎn)過(guò)程中，焦炭質(zhì)量、焦?fàn)t荒煤氣的回收利用效率，是焦化生產(chǎn)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。而影響要素焦?fàn)t爐溫、集氣管壓力、低水份水熄焦/干熄焦等則是生產(chǎn)過(guò)程中的重點(diǎn)控制對(duì)象，是保證焦化生產(chǎn)平穩(wěn)進(jìn)行的關(guān)鍵因素。
 
                   

                                 圖1 焦化工藝流程圖

    3、控制策略

    焦化生產(chǎn)的整體控制方案主要分為：

    1. 順序控制系統(tǒng)

    主要包括焦?fàn)t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(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的順序啟停、順序控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。

    2. 聯(lián)鎖系統(tǒng)

    主要包括鼓風(fēng)機(jī)和電捕塔（電捕焦油器）的運(yùn)行聯(lián)鎖、焦?fàn)t三大車(chē)或四大車(chē)（部分焦?fàn)t有除塵車(chē)）聯(lián)鎖及鼓風(fēng)機(jī)\油泵和電捕塔(電捕焦油器)的運(yùn)行連鎖等。

    三車(chē)聯(lián)鎖

    通過(guò)在推焦車(chē)、攔焦車(chē)和熄焦車(chē)上設(shè)置的爐號(hào)識(shí)別裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸裝置等，進(jìn)行各車(chē)輛位置識(shí)別和工作狀態(tài)的自動(dòng)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)雙向傳送，完成車(chē)輛間的信息傳遞和交換，實(shí)現(xiàn)推焦車(chē)、攔焦車(chē)、熄焦車(chē)聯(lián)鎖和操作管理功能。

    鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖

    焦?fàn)t荒煤氣系統(tǒng)主要的控制設(shè)備為鼓風(fēng)機(jī)，離心鼓風(fēng)機(jī)的喘振控制通過(guò)煤氣小循環(huán)手動(dòng)閥控制（一般不引入系統(tǒng)），煤氣總管吸力通過(guò)煤氣大循環(huán)或鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速控制實(shí)現(xiàn)；控制對(duì)象主要是∏形管后蝶閥，機(jī)前蝶閥，風(fēng)機(jī)變頻器或液力偶合器?？刂葡到y(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)鎖和聯(lián)鎖記錄。
 
                  

                     圖2 鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖圖

    油泵聯(lián)鎖

    油壓低時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)油泵聯(lián)鎖保護(hù)。

    電捕箱聯(lián)鎖

                 圖3電捕箱聯(lián)鎖圖

    3.模擬量控制系統(tǒng)

    主要包括集氣管壓力控制系統(tǒng)、焦?fàn)t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?fàn)t集氣管壓力控制是焦?fàn)t控制的關(guān)鍵之一。采用先進(jìn)控制手段，對(duì)焦?fàn)t焦氣管壓力進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定控制，對(duì)于改善環(huán)境、提高煤氣回收量和質(zhì)量以及焦?fàn)t輔助產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，具有重要的意義。

    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(dá)到合理的空氣過(guò)剩系數(shù)，從而減少熱損失，提高熱效率。根據(jù)分煙道壓力變化自動(dòng)調(diào)節(jié)煙道翻板的開(kāi)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(shù)調(diào)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

    加熱系統(tǒng)控制采用前饋控制結(jié)合焦?fàn)t爐溫自動(dòng)管理算法修正的方案，即將影響焦?fàn)t加熱的主要因素如加熱煤氣特性、配合煤的特性和焦?fàn)t操作等納入流量控制模塊。加熱控制采用前-反饋相結(jié)合的方式，根據(jù)實(shí)測(cè)的火道溫度反饋調(diào)節(jié)加熱煤氣流量；根據(jù)煤氣流量的變化前饋調(diào)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?fàn)t加熱穩(wěn)定的主要參數(shù)，以此為基礎(chǔ)的控制模式能正確反映焦?fàn)t加熱需求，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，而且該模式還能夠?qū)範(fàn)t操作的狀態(tài)做出積極反應(yīng)，使調(diào)火和操作管理相結(jié)合。

    另外，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程特別是點(diǎn)火階段，我們充分利用DCS信息共享、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)及簡(jiǎn)便的自定義控制算法編制等優(yōu)勢(shì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體的工藝情況編制了控制程序。不但提高了控制水平，使產(chǎn)品質(zhì)量得到穩(wěn)定和增強(qiáng)。

    4、控制工程

     焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)作為一種強(qiáng)耦合、強(qiáng)干擾、嚴(yán)重非線性的控制對(duì)象，一直是焦化生產(chǎn)的控制難點(diǎn)，通過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)積累和轉(zhuǎn)向的技術(shù)攻關(guān)，浙大優(yōu)穩(wěn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了具有特色的焦?fàn)t集氣管壓力控制解決方案，既有效提高了集氣管壓力調(diào)節(jié)精度，有保證了系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

                 

                            圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

                   

                              圖5 集氣管

    5、小結(jié)

    UW500集散控制系統(tǒng)——冗余設(shè)計(jì)方面采用雙重化冗余，零切換時(shí)間，保證連續(xù)控制性；系統(tǒng)內(nèi)置輸入輸出表決、自檢和故障報(bào)告機(jī)制，無(wú)需用戶(hù)編程，只要組態(tài)配置即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)。高可靠I/O模塊：點(diǎn)點(diǎn)隔離、點(diǎn)點(diǎn)配電、在線點(diǎn)點(diǎn)更換。UW500集散控制系統(tǒng)集可靠性高、維護(hù)方便、配置靈活、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。

    焦化生產(chǎn)在使用了UW500集散控制系統(tǒng)之后，能夠明顯改善工人的工作強(qiáng)度，生產(chǎn)自動(dòng)化水平得以實(shí)現(xiàn)，利用DCS強(qiáng)大集散控制能力，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行。產(chǎn)量和質(zhì)量得到明顯提升，DCS特有的聯(lián)鎖控制也提高了焦化生產(chǎn)安全性，UW500集散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也使得生產(chǎn)過(guò)程安全可靠。