风机连锁智能控制改造分析范文

焦炉生产工艺中，集气管煤气压力的控制效果将直接影响焦炉的生产。如果炉内压力过高，会导致焦炉冒黑烟，煤气外泄，严重污染环境，同时对现场工人的工作和健康造成极大影响和危害;如果炉内压力过低，炭化室将出现负压操作，会吸入大量空气，浪费大量的煤气，严重影响焦炭和煤气的产量和质量，并且长期负压操作将会影响焦炉的正常生产及寿命。鼓风机实施两运一备运行方式，如果通过调整回流阀(也称小循环阀)的开度来调节煤气总管压力，由于鼓风机前后压差较大，使得调节阀轻微动作，总管压力就会发生剧烈波动，超过工艺容许范围。因此会引起回炉煤气压力及外网用户煤气量均发生剧变，造成焦炉煤气量不足或外网用户不能正常生产，并且煤气回流造成能量浪费。

1改造背景

滕州市盛源煤焦化有限公司原有JND－40型焦炉两座，以及配套的备煤、化工产品回收、污水处理等一套完善的生产系统(年产焦炭20万吨，焦炉煤气8000万m3)。滕州市盛源煤焦化公司建厂初期由于对自动化控制缺乏足够的认识，焦炉煤气的抽送完全人工操作，人工操作与自动化控制相比不仅效率低下，其精确度和速度都存在很大的差距，因此焦炉集气管经常出现负压、高压，造成了集气管堵塞、焦炉冒烟冒火等问题，焦炉无法正常生产，化产副产品回收难度加大，不合格的化产副产品难以找到客户。最后形成了恶性循环:焦炉制约化产，化产影响焦炉，生产举步维艰，安全没有保障，公司的面临着巨大的生存挑战。针对以上问题，2008年盛源煤焦化有限公司在考察对比了国内外多家煤焦化企业后决定使用焦炉集气管压力与风机连锁智能控制系统对集气管压力进行控制。并与唐山市卢氏自动化工程有限公司合作共同开发了适合盛源煤焦化有限责任公司的焦炉集气管压力与风机连锁智能控制系统。

2系统方案设计

2．1集气管压力控制系统设计

2．1．1炼焦压力测控系统设计难点炼焦生产过程中，由于每座焦炉集气管压力的相关性很强，各种干扰因素较多、干扰作用强，各集气管压力控制比较因难，一般常规控制方法很难达到控制要求。

2．1．2系统设计原则①以往的控制方法是保持初冷前吸力(或风机前吸力)恒定来保证集气管压力的稳定，实践证明这种控制方法是不行的。这种控制方法由于受初冷器等工艺、设备阻力的影响不仅不利于集气管压力的稳定，也会降低调节速度，无法克服象焦炉喷洒高压氨水这样的强扰动。因为每座焦炉集气管压力的变化，都要求初冷前吸力(或风机前吸力)向相反的方向变化。所以初冷前吸力(或风机前吸力)应根据煤气量、焦炉集气管压力的变化而变化。②取压点的选择取每个集气管压力值做为测量信号直接参与系统调节，因为只有集气管压力信号采集直观、滞后最小，最能及时准确的反映集气管的实际状态压力;煤气管道上的任何取压点的测量信号都不能参与控制，否则，系统的灵敏度和相关稳定性都会降低。考虑到根据各炼焦企业生产、工艺要求，风机前吸力也需保持在一定范围之间，所以，引入机前吸力信号做为系统辅助控制点。③控制点选择特点每座焦炉集气管调节翻板和煤气系统大回流调节翻板作为控制点，控制点选择的好，可以保证系统:(1)调节范围宽;(2)控制速度快;(3)系统的相关稳定性好;(4)为了降低费用，企业现有的测控设备适目前使用状况经调修后，仍可继续使用。(5)系统采用了光电隔离，数字滤波等抗干扰措施，保证了系统的安全可靠性。(6)结构简单，造价低，可操作性强，维修及投运简便。(7)采用Windows98操作系统及组态软件编程，人机界面丰富。其中包括控制图、趋势图、自动历史记录、报警显示等。

2．2风机变频器的选择变频器的产业化在80年代中期才开始形成，但随着大功率电力电子器件的迅速发展和巨大的市场推动力，高压变频器十多年来的发展非常迅速，使用器件已经从SCR、GTR、GTO发展到IGBT、IECT、IGCT(SGCT)等，功率范围从几百kW到几十MW，技术已经成熟，可靠性得到保证，应用越来越广。盛源煤焦化有限公司在考察对比了国内外多家高压变频器生产厂家后，决定选用法国施耐德公司生产的Altivar71系列低压变频器。Altivar71系列低压变频器性能稳定，可靠性高，并且已在电力、冶金、石化、市政供水、水泥等多个领域成功应用，得到了用户的普遍认可和市场的长久考验。

2．3焦炉集气管压力与风机连锁智能控制通过集气管压力控制系统设计和风机变频器控制系统设计相配合达到焦炉集气管压力与风机连锁智能控制的目的。集气管压力控制系统通过调节翻板进而改变管道特性来控制集气管压力;风机变频器通过调节风机转速进而改变风机特性来控制集气管压力，这两者相互配合共同反映在采用WindowsXP操作系统的显示屏上，直观人机界面丰富，具有很强的可操作性。

3控制方法

(1)集气管压力控制系统集气管压力控制系统见图1。(2)风机变频器控制系统风机变频器控制系统见图2。以1#鼓风机为例说明，由3个真空接触器KM11、KM12、KM13以及2个高压隔离开关QS11、QS12组成(见图2)，其中KM11、KM12、KM13为高压真空接触器，用于变频和工频的电动切换。QS11和QS12为高压隔离开关，一般情况下处于合闸状态，仅在变频器检修时拉开，用于电机工频运行情况下对变频器进行安全检修。特点:1)可以实现工/变频自动切换功能。在变频器出现严重故障时，系统能够自动切入工频电网中，断开变频器时，负载不用停机，满足现场不能停机要求。2)易实现一运两备和两运一备运行方式。即一台变频运行，一台变频备用，一台工频备用;两台变频运行，一台工频备用。

4控制方案

由一台工业控制计算机，相关的A/D采集卡和D/A控制卡及现有测控设备构成系统的硬件部分。根据实际生产状况，可考虑加手－－－自动切换操作器，实现生产、设备检修时的手动操作。

5实施方案

(1)对企业现有测控设备进行调校，保证测量信号准确，执行机构灵活、稳定、阀位反馈准确。(2)将压力信号线，执行机构控制线、反馈信号线集中敷设到控制室。(3)计算机接收来自压力变送器(集气管压力、风机前吸力等)的参数信号(4～20mA)，经分析、计算输出控制信号(4～20mA)分别控制生产工艺各相关的执行机构，达到生产、工艺系统稳定。

6控制指标

(1)焦炉集气管压力波动值控制在目标值±20Pa;焦炉使用高压氨水喷洒时，集气管压力波动峰值在短时间内迅速消除。(2)测控系统提供丰富的人机界面，实时运行时的趋势曲线;历史趋势曲线;报警发生、状态;实时、历史数据纪录等等。(3)系统相关稳定性好。

7智能控制图

智能控制见图3:

8经济效益与社会效益

焦炉集气管压力与风机连锁智能控制系统2006年12月开始调试，2007年2月正式投入运行。经过一年多的运行产生了较好的经济效益和社会效益。

8．1经济效益该系统投入运行后，由于生产稳定焦油回收和粗苯产量均有明显的提高。(1)焦油产量每月多回收20余吨;(2)粗苯产量由每天5吨增至6．5吨;(3)由于风机的变频系统，风机用电明显减少。经济效益统计:焦油按每吨2000元、粗苯按每吨5000元计每月可增加收入2000×20+5000×(6．5－5)×30=265000元;每年可增加收入265000×12=3180000元由于产量增加，基本不需要增加投入，增加的投入基本为增加的利润，经济效益相当可观。

8．2社会效益(1)该系统投入运行后，两集气管均控制压力均控制在70～80Pa，消除了集气管负压和超正压现象，避免了负压时空气进入炭化室和超正压时焦炉冒烟、冒火，改善了操作环境，减少了污染物的外逸，符合国家节能减排政策。(2)稳定了焦炭的炭化过程，对焦油、粗苯和煤气的质量均有不同程度的提高。(3)由于实现了自动化操作，相应减轻了工人的劳动强度。

9总结

通过智能控制系统保证焦炉集气管内压力符合工艺指标，实现鼓风机机前集气总管的压力恒定控制，大大改善了焦炉生产及现场环境，完全达到了生产工艺要求。新的智能控制系统有集成自动化程度高，运行稳定，操作简单，节能高效等明显优点。解决了两台鼓风机并列运行靠调节回流阀无法实现压力恒定和相互无扰动切换，这个困扰焦炉生产的难题。焦炉集气管压力智能控制系统的成功应用，对于改善环境、提高煤气回收量和质量，都具有很高的经济价值，值得推广。

作者：高海燕 王青 吴浩 单位：微山县同泰焦化有限公司 枣庄矿业集团