爐壓自動(dòng)調(diào)節(jié)在焦?fàn)t中的應(yīng)用

單炭化室壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)在焦?fàn)t中的應(yīng)用王秀娟、王志偉（唐山首信自動(dòng)化信息技術(shù)公司，063000）摘要：本文主要介紹某公司焦化作業(yè)部7.63m焦?fàn)t所使用的單炭化室壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能，并對(duì)其工藝原理、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)以及HMI監(jiān)控畫面進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。關(guān)鍵詞：工藝原理、爐壓調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制、HMI概述在焦?fàn)t生產(chǎn)中，炭化室作為煉焦主要的設(shè)備，其壓力調(diào)節(jié)擔(dān)負(fù)著十分重要的作用。某公司焦化作業(yè)部的7.63米焦?fàn)t采用的德國(guó)Uhde公司的單炭化室壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱PROven系統(tǒng)），針對(duì)焦?fàn)t各階段對(duì)炭化室壓力的不同要求提出的一套完整的解決方案。二、爐壓調(diào)節(jié)的工藝原理2．1主要設(shè)備PROven系統(tǒng)用于對(duì)單個(gè)炭化室的壓力進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)安裝在集氣管內(nèi)，對(duì)應(yīng)每孔炭化室的橋管末端安裝一個(gè)形狀像皇冠的管，上面開有多條溝槽，皇冠管下端設(shè)有一個(gè)“固定杯”，固定杯由三點(diǎn)懸掛，保持水平。固定杯內(nèi)設(shè)有氣缸控制的活塞桿及其相連的杯口塞，同時(shí)在橋管設(shè)有壓力檢測(cè)與控制裝置。炭化室壓力調(diào)節(jié)是由調(diào)節(jié)固定杯內(nèi)的水位也就是荒煤氣流經(jīng)該裝置的阻力變化實(shí)現(xiàn)的。在橋管上部有兩個(gè)噴嘴噴灑的氨水流入杯內(nèi)，鵝型管上裝有壓力表，實(shí)時(shí)檢測(cè)上升管內(nèi)部的荒煤氣壓力；氣壓缸通過(guò)ECKARDT公司的智能氣動(dòng)閥門定位器控制，氣缸連接活塞桿帶動(dòng)杯口塞升降,調(diào)節(jié)固定杯出口大小來(lái)調(diào)節(jié)固定杯內(nèi)的水位,水位越高,溝槽出口越小,荒煤氣導(dǎo)出所受阻越大;水位越低,溝槽出口越大,荒煤氣導(dǎo)出所受阻力越小。另外，有供水管道向鵝型管里噴灑氨水，以配合活塞調(diào)整水位。下圖1為PROven系統(tǒng)示意圖。圖1PROven系統(tǒng)示意圖而未使用PROven系統(tǒng)的焦?fàn)t，集氣管壓力一般控制在120Pa左右，爐門底部的壓力在結(jié)焦周期內(nèi)變化幅度很大。剛開始裝煤時(shí)，爐門底部壓力可以達(dá)到300Pa以上，很容易造成從爐體的不嚴(yán)密處逸出荒煤氣；而在推焦前，爐門底部壓力已經(jīng)降到0Pa附近，考慮到壓力的波動(dòng)，焦?fàn)t在結(jié)焦末期經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)壓，會(huì)抽入空氣。使用PROven系統(tǒng)后，焦?fàn)t集氣管壓力保持在-300Pa左右,爐門底部的壓力始終可控制在40~60Pa范圍內(nèi)變化。因此焦?fàn)t逸出的荒煤氣大大減少，改善了作業(yè)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)顯示，使用PROven系統(tǒng)后焦?fàn)t荒煤氣的逸出量和未使用前相比可降低近70%，數(shù)據(jù)對(duì)比圖2如下。圖2系統(tǒng)對(duì)比圖2．2工藝流程2．2．1煉焦過(guò)程在煉焦時(shí)，炭化室內(nèi)壓力根據(jù)工藝，需要隨著結(jié)焦進(jìn)程不斷進(jìn)行，其上升管內(nèi)壓力由20Pa開始逐級(jí)增加到170Pa，因此需要根據(jù)實(shí)際測(cè)量壓力與當(dāng)前設(shè)定壓力的差異，PROven系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)活塞，控制荒煤氣流量，以滿足工藝要求。其壓力的設(shè)定由系統(tǒng)接收機(jī)車協(xié)調(diào)PLC系統(tǒng)發(fā)出的“裝煤結(jié)束”信號(hào)，作為結(jié)焦的起始時(shí)間，實(shí)際結(jié)焦時(shí)間與計(jì)劃結(jié)焦時(shí)間比值，對(duì)應(yīng)不同階段的壓力設(shè)定值，以表1如下。在煉焦過(guò)程中，單個(gè)PROven單元每3小時(shí)將自動(dòng)打開快速氨水噴灑，并且在此過(guò)程中，活塞由閥門定位器驅(qū)動(dòng)于64%~100%的位置做往返運(yùn)動(dòng)3次，達(dá)到對(duì)固定杯口和活塞表面沖洗的目的。從而避免由于荒煤氣中焦油或氨水中雜質(zhì)在設(shè)備表面的附著，引起設(shè)備動(dòng)作失靈。表1時(shí)間與壓力的關(guān)系結(jié)焦階段實(shí)際結(jié)焦時(shí)間/計(jì)劃結(jié)焦時(shí)間壓力設(shè)定值（Pa）10~10%20210%~20%40320%~30%70430%~40%100540%~50%130650%~60%150760%~100%1702．2．2推焦過(guò)程在煉焦即將結(jié)束時(shí)，由煉焦控制系統(tǒng)給出信號(hào)，PROven系統(tǒng)進(jìn)入推焦過(guò)程，為使炭化室與集氣管斷開，需用活塞將固定杯完全關(guān)閉（“自動(dòng)模式”下，活塞下降到64%的位置，“手動(dòng)模式”下，活塞下降到0%的位置），同時(shí)打開快速填充閥，快速噴灑氨水以填滿固定杯，使荒煤氣無(wú)法進(jìn)入集氣管，此時(shí)單個(gè)炭化室與集氣管完全封閉，同時(shí)由于荒煤氣還在不斷產(chǎn)生，故壓力會(huì)逐漸增高，在壓力達(dá)到界值100Pa后，上升管蓋自動(dòng)打開，使荒煤氣點(diǎn)燃后排出大氣。此時(shí)，由PROven系統(tǒng)給推焦車允許推焦信號(hào)，推焦車開始推焦作業(yè)。2．2．3裝煤過(guò)程在推焦過(guò)程結(jié)束后，推焦車給出推焦完畢信號(hào)，PROven系統(tǒng)關(guān)上上升管蓋，進(jìn)入裝煤階段，為了不產(chǎn)生煙塵放散，要將炭化室和集氣管完全連通，這需要將活塞打到全開模式，并借助鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的吸力，使炭化室產(chǎn)生負(fù)壓，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)煙裝煤。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1硬件及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成PROven系統(tǒng)由一套獨(dú)立的西門子PCS7系統(tǒng)進(jìn)行控制，，系統(tǒng)包括一個(gè)S7-417H冗余站，并在3段吸氣管尾部平臺(tái)上裝有遠(yuǎn)程I/O站，其中東部的遠(yuǎn)程I/O站采集1~23號(hào)上升管的儀表數(shù)據(jù)信號(hào)并給出控制命令，中部的遠(yuǎn)程I/O站采集24~47號(hào)上升管的儀表數(shù)據(jù)信號(hào)并給出控制命令，西部的遠(yuǎn)程I/O站采集48~70號(hào)上升管的儀表數(shù)據(jù)信號(hào)并給出控制命令，主站與遠(yuǎn)程站之間通過(guò)光纖連接，保證信號(hào)傳輸?shù)母咚俸蜏?zhǔn)確，并且據(jù)有較好的抗干擾性能。該系統(tǒng)還通過(guò)以太網(wǎng)通信處理器CP443-1，將S7-400H站連接到工業(yè)以太網(wǎng)（IE）中，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和四大機(jī)車的協(xié)調(diào)PLC系統(tǒng)建立網(wǎng)絡(luò)連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，保證推焦、裝煤動(dòng)作在安全的情況下進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t從裝煤、煉焦到出焦的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)控制。網(wǎng)絡(luò)關(guān)系如下圖3所示。圖3系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖3.2軟件構(gòu)成及編程理念工程師站和操作員站均采用微軟英文版WindowsXP作為操作系統(tǒng)，服務(wù)器采用Windows2000Server

作為操作系統(tǒng)，工程師站及服務(wù)器安裝PCS7V5.4及SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)，操作員站安裝上位監(jiān)控組態(tài)軟件WINCCV6.2,各站均安裝西門子授權(quán)軟件包。PROven系統(tǒng)是通過(guò)西門子PCS7系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，根據(jù)工藝需要，采用SFC順序控制語(yǔ)言編寫主流程的步序控制，并通過(guò)CFC連續(xù)控制語(yǔ)言編寫其他的輔助控制，并實(shí)現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的功能。PROven系統(tǒng)在煉焦過(guò)程中，根據(jù)設(shè)定壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)的系統(tǒng)是一個(gè)具有嚴(yán)重非線性、時(shí)變特性的多擾動(dòng)、多變量耦合系統(tǒng)。焦?fàn)t與焦?fàn)t之間并聯(lián)，爐間集氣管壓力存在負(fù)耦合關(guān)系，焦?fàn)t與鼓風(fēng)機(jī)之間串聯(lián)，機(jī)前吸力與集氣管壓力存在正耦合關(guān)系，隨工藝管路設(shè)置方式及管道阻力和對(duì)各焦?fàn)t裝煤等操作時(shí)間的不同，耦合強(qiáng)弱有所不同，交叉耦合嚴(yán)重，擾動(dòng)因素較多。針對(duì)這些問(wèn)題，PROven系統(tǒng)通過(guò)實(shí)際測(cè)量壓力與設(shè)定壓力的差值，采用PID優(yōu)化控制算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)專業(yè)人員在多次系統(tǒng)調(diào)試中積累的大量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況反復(fù)測(cè)試，設(shè)定了比較合適的參數(shù)，使整個(gè)煉焦生產(chǎn)過(guò)程的壓力控制在快速性和穩(wěn)定性之間達(dá)到比較合理的平衡，具有很好的控制效果。爐壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的上位監(jiān)控PROven系統(tǒng)采用西門子PCS7系統(tǒng)的WINCC作為上位監(jiān)控軟件，該系統(tǒng)與西門子的PLC控制系統(tǒng)結(jié)合緊密，是簡(jiǎn)單和高效的組態(tài)工具，也是直觀、友好的系統(tǒng)。由PROven系統(tǒng)主畫面，可以監(jiān)控一座焦?fàn)t所有70個(gè)炭化室的當(dāng)前壓力，點(diǎn)擊相應(yīng)炭化室圖標(biāo)，進(jìn)入到具體的操作畫面，如下圖4所示。通過(guò)該操作畫面的左半部分，操作人員可以很直觀的監(jiān)控該爐號(hào)的PROven系統(tǒng)各設(shè)備和信號(hào)的狀態(tài)，包括壓力、定位器位置、上升管蓋的開閉等。在該畫面的右半部分，可以查看當(dāng)前SFC順序控制執(zhí)行的情況，以便于維護(hù)人員通過(guò)其了解系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行情況并迅速查出系統(tǒng)存在的問(wèn)題。另外還有一些快捷按鈕，可以在出現(xiàn)緊急故障，例如與機(jī)車系統(tǒng)的通訊發(fā)生故障，由操作人員手動(dòng)控制PROven系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，以保證生產(chǎn)不受影響。圖4操作畫面結(jié)束語(yǔ)某公司焦化作業(yè)部的7.63米焦?fàn)t自投產(chǎn)以來(lái)，PROven系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，充分滿足了生產(chǎn)中對(duì)炭化室壓力的要求，提高了生產(chǎn)效率，并避免了放散焦?fàn)t煤氣造成的能源浪費(fèi)。該系統(tǒng)的使用大大減少了對(duì)環(huán)境的污染，特別是符合興建大型化焦?fàn)t的要求，適合被廣泛推廣，以加速煉焦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，使煉焦產(chǎn)業(yè)健康地向前發(fā)展。參考文獻(xiàn)【1】姚昭章，鄭明東.煉焦學(xué)【M】.北京：冶金工業(yè)出版社，2005【2】張玠.7.63m焦?fàn)t集氣管壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)-PROven系統(tǒng)調(diào)節(jié)概述【J】.科技