焦炉集气管压力调节优化实施方案

焦炉集气管压力调节优化实施方案金昌金川机场 摘要：园区焦炉集气管压力调节分别由DCS单回路PID控制系统来控制各自的集气管的压力，风机通过大循环调节。此调节不利于集气管压力的稳定，需要对集气管压力调节改进，结合风机转速、集气管翻板，对

摘要：园区焦炉集气管压力调节分别由DCS单回路PID控制系统来控制各自的集气管的压力，风机通过大循环调节。此调节不利于集气管压力的稳定，需要对集气管压力调节改进，结合风机转速、集气管翻板，对集气管压力实现自动调节。关健词：集气管压力、初冷器前吸力、浙大中控DCS系统、PID调节、压力解耦、转速调节

1前言

焦炉集气管压力、鼓风机前吸力是焦化生产工艺上需要控制好的两个重要参数。其中集气管压力直接影响焦炭的质量、炉体寿命、焦化化产品回收率、能源消耗和环境污染等，而风机前吸力则是整个焦炉和化产回收系统能否在设计工艺条件下运行的关键参数。

公司园区现有两座5.5米捣固焦炉，四个集气管，同用一套鼓冷系统的生产体系。复杂的工艺使各集气管压力自动调节相互间耦合现象严重，造成各集气管压力难以稳定，机前吸力也难以控制，原设计的集气管压力和机前吸力自动控制系统事实上难以完全满足生产工艺需要，并因此造成炉子冒烟冒火现象非常严重，直接影响了焦炉的正常生产以及生产环境。为此，需对焦炉集气管压力调节系统进行优化改进。

2原控制系统分析

原焦炉集气管压力调节分别由数字调节器、压力变送器等仪表组成单回路控制系统来控制各自的集气管的压力，风机通过大循环调节阀组成的单回路控制系统手动调节。

2.1 原控制系统工作原理

(1) 集气管压力调控。1#、2#焦炉现场变送器将测得的焦炉集气管压力信号转换为4～20ma dc电信号，送到DCS进行PID运算处理，再根据当前压力值同内部给定值的偏差大小，从而输出相应的4～20ma dc电信号给电动执行机构，控制阀门的开关，达到压力控制的目的。

⑵大循环调控。焦炉翻板调节不能保证设定压力，需要大循环干预，风机操作工根据集气管压力及机前吸力手动调节大循环，达到压力控制的目的。

2.2 系统存在问题

(1) 焦炉耦合。集气管系统包括四个集气管管段的压力控制，四个集气管压力控制之间由于管道互通，因此存在非常强的耦合效应，导致各个集气管压力的调节相互干扰，互相激励，难以稳定。

⑵焦炉换向。焦炉换向期间，焦炉停止加热。在使用焦炉煤气加热的情况下，回炉煤气量减少，使得机后压力改变，进而改变风机的吸气量，影响集气管压力，成为“诱发”集气管压力不稳定的根源之一。

⑶焦炉产气量波动。每座焦炉在结焦的不同阶段产生的荒煤气的量是变化的，对于同一座焦炉，不同的结焦周期下单位时间内产生的荒煤气的量也是不同的。任何一座焦炉荒煤气发生量的变化在改变自身集气管压力的同时，将改变整个集气管系统内各点压力。

（4）装煤盖炉盖集气管压力瞬间增高波动等。

3自动调压实施方案

为满足工艺要求，我们针对原控制系统进行了一系列改进。3.1 第一次改进

我们对焦炉四集气管压力调节改由风机DCS控制系统统一调节，根据四管耦合现象，加入各调节间相互补偿程序，以达到四管平衡。

第一次改进后集气管翻板自动调节，并在一定程度上满足了工艺对压力的要求。但人工调节大循环又无法满足工艺方面压力必须稳定均衡的要求，大循环调节造成资源浪费，并且耦合现象仍然存在，各集气管压力还难以稳定。

3.2第二次改进

为解决上述问题，改由调节风机转速，根据上升管翻板执行情况，调节风机转速达到调节目的。

(1)系统构成及工作原理。该系统主要由浙大中控DCS系统，液力偶合器，电动执行器，传感器等构成。由DCS系统进行实时监控，通过采集到的集气管压力，执行器状态，影响集气管压力波动的信号等参数，经DCS系统运算处理后，将控制信号送执行器执行——稳定集气管压力。其控制过程是：以DCS系统构成控制系统的核心,将集气管压力,翻板开度,机前吸力，风机转速等信号接入控制系统，控制系统根据设定的集气管压力对翻板开度进PID控制——当实际压力高于设定压力时开阀：当实际压力低于设定压力时关阀。当翻板关到一定程度(翻板调节下限，可外设定)集气管压力仍有低于设定压力的趋势时，控制系统将发出降低鼓风机转速的控制信号，以减小吸力，反之则提高转速，增加吸力。若鼓风机的转速已降到接近临界转速（根据操作经验得到临界转速上下限值），为避免鼓风机共振，此时控制系统将不再调节鼓风机转速，而通过语音报警通知操作工进行相应的手动调节。通过鼓风机转速的调节，可使集气管翻板角度在设定的范围内，增加调节的灵敏度。最终系统将稳定在至少有一翻板处于开度最大的状态下，以尽量减小系统的阻力，即最大限度地节省电能。由于在正常生产中，鼓风机机前(气液分离器，初冷器等)设备的阻力变化，为了保证生产的安全，设置鼓风机机前吸力上限指标——当机前吸力达到我们设定的上限时，不管集气管压力如何，鼓风机都将逐渐减速以使机前吸力恢复到安全值。每座焦炉及风机都有现场手操器，这样，当自动控制系统出现故障时可由风机操作工和上升管工在现场手动控制，直至系统被稳定为止。

(2)集气管压力自动控制系统主要功能有：稳定集气管压力，满足炼焦生产要求；采集焦炉、鼓风、化产数据，自动分析运行工况；动态调整系统运行参数；协调焦炉上升管翻板、初冷器前吸力、风机转速；降低设备损耗；降低生产能耗；降低人工劳动强度，提高系统运行可靠性。自动调节画面如图所示：

4.应用效果

经过上述改造后，系统控制不仅满足了新的工艺要求，还产生了良好的效益。稳定了集气管压力，在正常生产工艺条件下，集气管压力保证在设定范围内，满足了工艺要求。若由于装煤，交换等干扰因素使集气管压力超标时，将在2分钟内调回，在自动的集气管压力控制方式的同时，保留常规控制方式，二者可以平稳、快捷的切换，对生产没有扰动。实现了风机转速的自动调节，并具有主要参数高／低限报警功能。

5.结束语

焦炉集气管压力控制系统经过优化后，提高集气管压力满足工艺要求后，明显杜绝了焦炉冒烟冒火现象，对改善焦炉工作条件和适应新的环保要求产生了良好效益 。建议对焦炉四执行器更换，以达到更加快速的硬件跟踪，达到自动控制的进一步优化

参考文献：

⑴姚昭章，郑明东主编.炼焦学[M].(第3版).冶金工业出版社,2005

⑵李建锁，朱银惠主编，化产工艺学。河北工业职业技术学院出版 2002

⑶SUPCON DCS 浙大中控DCS组态监控系统 SUPCON DCS