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安徽润辉特自动化仪表有限公司
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一、概述焦炉集气管系统是焦炉系统的重要组成部分，它负责收集焦炉生产过程中产生的焦炉煤气，对其进行气液分离、冷却、洗涤等净化操作，提供给民用供气，锅炉或高炉加热等进一步使用
一、概述
焦炉集气管系统是焦炉系统的重要组成部分，它负责收集焦炉生产过程中产生的焦炉煤气，对其进行气液分离、冷却、洗涤等净化操作，提供给民用供气，锅炉或高炉加热等进一步使用。
在焦炉工业中焦炉集气管压力的稳定是焦炉正常生产的重要保证。生产中受到多种因素的影响，如出焦、装煤、炉加热换向，工艺设备及管道阻力变化都会引起集气管压力大幅度波动。当压力过低时，空气就会进入炉体，导致焦碳燃烧，灰份增加，焦碳质量下降，加重冷却系统的负担并缩短炉体使用寿命，当压力过高时，荒煤气将会冒出，造成跑烟冒火，降低了荒煤气的回收率并造成环境污染。因此，集气管压力的稳定对焦炉寿命的延长、减少放散的煤气量、减轻环境污染和节约能源都具有重要的作用。
二、影响集气管压力控制的要素
1、集气管压力调节回路之间的强耦合效应。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，焦炉集气管到初冷器前管道互通，任何一座焦炉集气管的压力波动都将影响其它各座焦炉集气管压力。在常规调节方式下，各个集气管压力独立调节，没有沟通和协调，任何一座焦炉集气管压力的调节过程必然影响到其它焦炉集气管压力的稳定，进而触发其调节机构的动作。不同焦炉集气管压力的调节过程相互影响，从而形成典型的集气管并联耦合振荡现象。这种振荡在推焦、装煤和喷洒高压氨水（N+1倒烟方式下才使用）的过程中更加严重。由于焦炉数量较多，进一步增加了整个系统的不稳定因素，如果没有有效的控制措施，必然导致系统常时间处于连续振荡状态，调节品质严重恶化。
2、 初冷器前吸力不稳定。鼓风机后的煤气压力波动剧烈导致鼓风机前吸力的持续变化，并通过初冷器前吸力的波动直接影响焦炉集气管压力及调节过程，如果初冷器前吸力不稳定，将直接诱发集气管压力波动并触发振荡。目前，初冷器前吸力仅仅通过鼓风机转速和大、小回流控制，吸力实际仍然处于连续的大幅度的波动状态，而且不节能，这无疑严重破坏了集气管压力的稳定。因煤气鼓风机本身所配的电动执行器DJK-210B/S或其它类似的执行器，调节幅度大，风机转速变化范围大，无法精确调整到1转或2转状态。
3、以前集气管压力控制采用DCS系统单回路控制处于孤立状态，缺乏相互顾及和协调。后来对集气管压力的控制采用程序控制，针对不同的状况采用不同的控制方式，但收效甚微。鼓风机后压力调节、鼓风机前吸力的变化、初冷器前吸力监控都是集气管压力控制的重要的因素，但这三个参数本身就变化大并且又相互影响，所以集气管压力的稳定控制就无法保证。
三、需要解决的问题
（1）压力调节各自独立,缺乏协调。焦炉压力被分别由各自独立的仪表调节,控制信号缺乏必要的联系，各炉翻板的动作缺乏协调，经常出现压力不平衡问题：如某座焦炉集气管压力升高后，在基本工况不变的情况下，引起其它1座或几座焦炉集气管压力同时升高；
（2）传统的PID控制原理不能适应在出焦、高压氨水除尘加煤、换向等引起的煤气压力无规律的复杂变化，不能解决焦炉间的强烈耦合振荡问题。
（3）需补偿煤气输送管道布置的不对称对风机吸力分配存在的影响。
（4）由于焦炉煤气用户的用量变化引起机后阻力变化频繁，范围较大，导致压力控制效果时好时坏。
（5）由于几座焦炉的几根集气管共用一套鼓冷，各焦炉与鼓风冷凝系统距离相差较大不一，煤气输送阻力有较大差异，压力反应速度不同。在加煤时耦合干扰较突出。
四、系统设计的重点
根据以上之具体情况，我们在设计焦炉集气管压力调节系统时，首先考虑以下问题：其中硬件的改造和选择以及软件及专家方案的选择具有同样的重要性。
1、硬件选择
（1）规范煤气管线，合理分配鼓风机吸力；
（2）保证选用的压力检测仪表压力变送器采用高精度的高稳定性的，抗力强的智能压力变送器；
（3）集气管调节的执行机构必须是高灵敏度的，灵敏度要求控制在±0.6 – 0.8%左右。
（4）采用高可靠性的控制器和工业监控计算机以及通讯网络；
（5）采用进口数字电动执行机构（SZTBDKJ-100NB/S），精确调整风机转速；
2、软件选择
（1）采用高性能的工业控制软件，完成对焦炉集气管压力系统的监视和操作；
（2）采用智能专家控制方案；
五、控制结构
根据实际需要，我们提出一套分层结构的基于专家系统技术的“混合模糊智能控制"方案，（1）现场执行层
位于控制结构很底层的“基础控制级"是整个控制方案能顺利实施的关键。它主要包括：各分集气管压力独立翻板调节系统、集气管压力调节智能解耦系统、鼓风机转速调节系统、鼓风机后压力调节系统等控制子系统。
（2） 协调控制层
位于整个控制系统的中间层的是协调控制级，它的目的是根据实际工况变化修正上述基础控制级的回路设定值，完成系统的优化设定工作。
（3） 管理层
管理决策层位于整个控制方案架构的很上层。它实际上是一个专家系统，在整个控制方案中起到统帅和中枢的作用，地位极其重要。管理决策层负责对集气管系统的实际运行工况进行实时辨识，经过推理，按当时的工况和当时系统所具备的调节能力对控制目标进行决策，进而决定目前的控制策略，是否调风机转速、调多少并由此决定煤气大循环调节（为避开风机共振点时使用）的启动和停止等等。
六、技术方案简述
（1）采用集中控制方式。将几座焦炉几根集气管的压力变送器检测信号、初冷器前吸力信号、几台焦炉执行机构控制信号、1台大循环执行机构控制信号和位置反馈信号（检测、控制点）集中至总控室，送给工业控制计算机。实现集中控制可实时掌握各焦炉生产变化、机前机后阻力等情况，进行综合分析计算和控制，确保各焦炉翻板动作的协调, 避免相互干扰，大大增强系统的稳定性和可靠性，提高控制效果。
（2）开发运用多焦炉集气管压力模糊控制系统。模糊控制系统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，精确计算出各蝶阀所需改变的角度,快速而准确地发出动作指令,合理动态调整风机吸力及其在各炉管道中的分配，确保系统压力的高精度控制。输入变量采用几座焦炉集气管压力信号和初冷前吸力信号，控制变量分别用于控制几座焦炉集气管调节翻板和回流控制翻板，输入变量根据压力偏差和压力偏差变化率定确定控制策略。
控制系统简图
（3）采取相应技术措施克服生产系统的多项不平衡因素。鼓风机吸力首先在初冷器前横管分配，然后在各焦炉管道二次分配。如果不能正确控制和调配，风机吸力在各点会按管径自然分配,显然对系统压力调节是极为不利的。同时, 因各炉的煤气发生量和鼓风机后阻力随时变化,所以风机吸力大小及其分配也必须随动跟踪。否则，会使压力高的焦炉里单位时间“积余"的煤气量越来越大，压力居高不下；而另一些焦炉压力则可能越来越低，很终抽成负压，导致严重失衡。如果不能根据生产的变化及时调整风机吸力，也可能出现几座焦炉同时跑烟冒火，或同时负压的恶劣工况。
采取技术措施是：运用模糊控制法调配各炉吸力，并及时对初冷器前吸力进行动态调节。
通过翻板开度的动态协调,合理分配各炉所需吸力,以控制各炉管道中的煤气流量,使煤气既不能在炉内“停留",又防止被抽尽，避免了焦炉系统的压力失衡，确保压力的稳定。
七、控制效果
（1）在正常生产条件下，几座焦炉的几个集气管压力稳定控制在设定值内,压力波动范围控制在±20Pa。杜绝了炉门冒烟冒火、负压操作等现象的发生，对于改善环境，减少有害气体和颗粒物的排放、促进焦炉生产清洁化、无害化具有重要意义。同时也减少了焦炉墙体剥蚀和内部串漏，有利于保护炉体护铁件，延长焦炉寿命。
（2）在加煤及开关高压氨水引起的压力波幅较大时，在30－40s内能够恢复正常。
（3）促进安全生产，杜绝焦炉压力振荡和负压运行现象，有利于降低煤气中的含氧量。
（4）实现了全自动运行，无需人工干预。
（5）集气管压力稳定可减少煤气散失，相应提高了其它化产收率，降低焦炭在炉内的损耗。
（6）系统稳定可靠，故障率低，对于保证安全生产具有重要意义。
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