宝钢三期焦炉加热控制系统.doc

宝钢三期焦炉加热控制系统宝钢三期焦炉加热控制系统邹肇村摘摘 要要 宝钢三期焦炉加热控制系统通过控制加热煤气量实现炉温的反馈调节， 通过烟气中含氧量校正的烟道吸力调节系统控制空气配比，根据上升管荒煤气 温度的变化进行火落时间的判定以免推出生焦或加热时间过长作者介绍了该 加热控制系统和系统中应用的特殊检测仪表，简单介绍了国内外焦炉加热控制 系统并对本系统进行了评价 关键词关键词 焦炉加热控制系统炉温控制烟道吸力控制火落时间判定Heating control system of coke oven for the 3rd phase of Baosteel Zou Zhaocun (Design Research Institute of Shanghai Baosteel Group Corporation Shanghai 201900) Abstract The heating control systems of coke oven at home and abroad are briefly introduced. The heating control system of coke oven for the 3rd phase of Baosteel is presented and its functions include oven temperature feedback control through regulating gas flowrate, air ratio control by use of smoke flue attraction force regulation system with correction for oxygen content in waste gas and determination of “ fire drop” time according to temperature change of crude gas through the rise tube to avoid unripe coke or heating time too long. The special measuring instruments used in the system are described. At last, the mentioned system is evaluated. Key words heating control system of coke oven; temperature control of coke oven; attraction force control of smoke flue; determination of “ fire drop” time 宝钢三期焦炉设计有 4 座，每座 50 孔，每孔(炭化室)高 6m、宽 450mm、长 15.98m，每 2 座炉合用 1 个煤塔，4 座炉共用 1 个控制室，设计生产能力年产 焦炭 171 万 t，现暂建 3 座焦炉，采用鞍山焦耐院设计的 58 型焦炉，三电控制 系统由日本三菱公司总包，其中焦炉加热控制技术由日本关西热化学公司提供。

3 座焦炉于 1998 年夏全部投产，加热控制系统亦随之投入，但尚未考核三期焦炉加热控制系统的硬件系统见图 1，它是整个煤焦 EI 控制设备(采 用 MELTAS 系统)中的焦炉控制站，此控制站、煤处理控制站、焦处理控制站及 干熄焦控制站用 EICBUS 与上位机相连所有控制站均包括电控及仪控 2 种功能， 本站的电控功能有：交换机油压泵控制；煤气切换控制；推焦车、装煤车、导 焦车及焦罐车控制；集尘机控制用 PLC 接口仪表的控制功能有：焦炉与混合 煤气流量控制；烟道吸力及烟气中含 O2量控制；燃烧孔及上升管温度监视；荒 煤气放散点火控制；地下室 CO 报警检出；煤气切换时间控制；火落时间判定； 装煤、出焦及干熄焦运送实绩管理等从煤处理控制站送入本控制站的信息有： 煤塔库存量及煤水分、粒度等仪表流程见图 2图 1 焦炉控制系统构成图图 2 焦炉仪表流程图 机侧 MG 煤气支管及烟道上的测控项目与焦侧相同，图中未表示焦炉加热控制系统主要完成：以燃烧孔温度测量为基础调节混合煤气流量 的炉温控制，以混合煤气流量及烟气中含 O2量进行烟道吸力的控制，以上升管 温度测量为基础进行焦炭火落时间判定，参见图 3，这也是宝钢三期焦炉控制 系统的特点。

下面分别介绍图 3 焦炉加热控制系统总体功能图1 1 炉温控制系统炉温控制系统炉温控制系统是将全炉实际温度与全炉目标温度比较，得出调节煤气量的 控制信号，参见图 4图 4 炉温控制原理图1.11.1 全炉实际温度计算全炉实际温度计算宝钢三期每座焦炉有 50 个炭化室，51 个燃烧室炭化室装煤，与燃烧室 相邻，二者由耐火砖墙隔绝每个燃烧室有 32 个燃烧孔，每 2 个燃烧孔组成一 对，以 1＃、2＃燃烧孔为例，当 1＃孔燃烧时为上升气流，经 2＃孔排出废气， 为下降气流，交换后相反，其他 15 对燃烧孔也是如此现取焦侧 13＃、14＃一 对燃烧孔顶部连通处作为燃烧室的测温点，而整个燃烧室有 16 对燃烧孔，各燃 烧孔温度按工艺要求须有差异，对焦炉而言，这一差异即构成从机侧到焦侧的 横向温度曲线，因此 13＃、14＃孔的温度需要乘一个横向补正系数方能代表整个 燃烧室的温度，横向补正系数=16 对燃烧孔的平均温度/13＃、14＃燃烧孔的温度燃烧孔的温度受交换、装煤、出焦等影响呈周期性波动，其中主要是受交 换的影响空气、煤气都经蓄热室预热汇合而燃烧交换开始时蓄热室温度最 高，被预热的空气、煤气温度以及燃烧后的废气温度也高。

随着时间的推移， 因空气、煤气都从蓄热室带走热量，预热温度和燃烧后的废气温度逐渐降低， 直到下一次交换温度又逐渐上升交换时间为 20min，所以取 2 个交换时间 (40min)为一周期，以这周期内的温度平均值作为每个燃烧室的温度信号 t1，简 称 40min 平均因每个炭化室由相邻的两个燃烧室加热，故每个炭化室的温度 t2最终可取 其两侧燃烧室的平均温度，称为两侧平均最后将各炭化室温度乘以不同的系数(如反映测温热电偶老化程度的差异等)， 再取其平均值即为全炉的实际温度 t3t3=Bit2i/Bi式中 B 为补正系数；i 为炭化室号；t2为炭化室温度 1.21.2 全炉目标温度的计算全炉目标温度的计算根据装煤及计划出焦时间扣除焖炉时间后求出净结焦时间 NCT，根据 NCT 按预定关系曲线求得各炭化室基准平均温度 T0，根据装煤量、成型煤配比、装 入煤水分和粒度进行补正(补正值 Y0)，计算出炭化室目标平均温度 T1T1=T0＋Y0Y0=YK式中 YK 为对应各变量的温度系数，℃按经验公式YK=aK(XK－SK)2＋bK(XK－SK)式中 K=1 装煤量；K=2 成型煤配比；K=3 煤水分；K=4 煤粒度；XK=装煤量现在值； SK=装煤量基准值；aK，bK均为常数。

根据各炭化室不同的特性乘上不同的补正系数，再取其平均值即为全炉目 标温度 T2由于端部炭化室散热较多，焦炉使用一定年限后，个别炭化室会出 现漏气漏火等异常情况，致使耗热量较大，也需补正T2=CiT1i/Ci式中 C 为补正系数1.31.3 各补正系数的确定各补正系数的确定各补正系数都是根据焦炉运行稳定后，从实际数据中归纳出来的，例如每 个燃烧室 16 对燃烧孔与第 7 对测温燃烧孔的温度关系不是一成不变的，因此每 月或每周需用光学高温计测每个燃烧室各燃烧孔的温度，绘制各燃烧室机焦侧方向的温度曲线，并修正横向补正系数其他补正系数也要根据实际情况，定 期修正 1.41.4 炉温控制方式炉温控制方式将全炉目标温度 T2与实际温度 t3比较，得到炉温控制信号，再经过煤气发 热量补正后，即可调节加热用混合煤气流量焦炉煤气虽也用来加热，但不经 常使用，因此未参与炉温控制2 2 烟道吸力控制烟道吸力控制焦炉分烟道吸力根据混合煤气流量大小来控制，使烟道吸力与煤气压力相 适应，测量分烟道中废气的含氧量并加以校正，以保持一定的空气过剩系数， 使燃烧处于最佳状态O2测量信号有波动时，需做移动平均处理3 3 火落时间的判定火落时间的判定焦炉从装煤到出焦的整个炼焦过程中，上升管中荒煤气的温度变化曲线如 图 5 所示。

当焦炭成熟、煤的干馏结束时，几乎不产生煤气，此时荒煤气的颜 色由黄变青，CH4急剧减少，H2增加，煤气热量从 18×106J/m3降至(13.8～14.2) ×106J/m3由于煤气量减少，温度下降，从最高点下落超过 50℃时即为火落时 间但此时还不能出焦，需再放置一段时间，使焦炭完全成熟、温度全部均匀 后方可出焦图 5 从装煤到出焦焦炉上升管煤气温度的变化曲线据此原理，本系统在每个上升管上安装 1 支 K 热电偶(共 50 支)，监测每个 炭化室上升管的温度，当温度自最高点下降超过 50℃时，即判定为火落时间 (即焦炭成熟时间)，再加上一定的放置时间后，便发出信号，提示操作人员进 行推焦4 4 系统中应用的特殊仪表系统中应用的特殊仪表煤水分分析仪用以分析煤塔入口处的水分，使用红外线水分分析仪煤气热量计用以测量混合煤气总管的煤气发热量，利用样气燃烧后废气的 温度反映出煤气热量的大小，样气的流量与助燃空气的流量成正比R 热电偶用以测量燃烧孔温度，该处温度较高(可达 1300℃)，故用 R 热电偶另外气流中可能有氢，为防止氢对 R 热电偶的侵害，设置了热电偶保护管O2分析计用以分析分烟道中废气的 O2含量，使用氧化锆 O2分析计。

以上为测量仪表，此外如成型煤配比、装入煤粒度等信号均用人工定 期输入5 5 国内外焦炉应用的加热控制系统概况及对宝钢三期焦炉加热系统的国内外焦炉应用的加热控制系统概况及对宝钢三期焦炉加热系统的评价评价焦炉加热控制技术在国外应用已有多年，现较为成熟，目前推广应用的系 统就有七、八种之多国内引进的有其中 3 种：宝钢二期焦炉引进美国凯撒公 司的 COHC 技术，三期焦炉引进了关西热化学技术，酒钢焦炉引进了德国 OTTO 公司的 ABC 技术国内焦炉加热控制技术从 1969 年在鞍钢开发并使用后，相继 在本钢、上海焦化厂、包钢、武钢、梅山、通化等厂使用、开发，也积累了许 多经验，但整体技术不如国外成熟，技术推广也处于初级阶段尽管焦炉加热控制方法多种多样，但可基本归纳为基于连续测量炉温的温 度反馈系统和基于经验模型的前馈控制系统 5.15.1 前馈系统前馈系统如宝钢二期焦炉引进的 COHC 即属前馈系统，它是根据热量收支平衡来调节 燃料煤气量的热量支出方的有关参数有：煤的水分、粒度，成型煤配比，装 煤量和推焦速度等热量收入方的有关参数有：煤气热值、流量、水分等当 热量收入或支出方的任一参数发生变动而造成热量不平衡时，则调节燃料煤气 量使热量再次平衡。

5.25.2 反馈系统反馈系统以炉温测量为加热控制的主要依据，但因焦炉结构的特殊性，测温方法也 有多种，不同的测温方法使用不同的温度信号处理方式测温是焦炉加热控制 中最主要的环节，衡量的标准是看这种测量方法能否全面、准确、及时地反映 炉温，当然也要考虑其投资费用下面列举几种测温方法1)在推焦杆上安装特制的光学测温装置，推焦时可测得炭化室两侧炉墙上、 中、下部的温度，反映出各炭化室纵向和横向的加热效果，还能进行全炉平均 状况的计算用于加热控制由于所测得的只是各炭化室结焦末期的温度，故不 能用于连续的反馈控制酒钢引进德国 OTTO 公司的 ABC 系统就使用这种测温方 式2)用热电偶或红外高温计测一个炉组(10 个蓄热室、机焦侧)的蓄热室顶 部温度，利用蓄热室顶温度与燃烧室温度之间的相关系数求取炉温这种方法 国内应用较多，如包钢、武钢等，但较为间接，即以一炉组的蓄热。