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焦炉集气管系统智能控制策略

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摘要:焦炉集气管系统属于焦炉系统中比较重要的组成部分,其主要负责对焦炉生产各个环节中所产生的焦炉煤气进行收集,然后对其进行气液分离、洗涤、冷却等一系列的净化操作,最终实现民用供气。然而,焦炉集气管具有耦合严重、扰动大、非线性等缺陷,此时就需要根据焦炉集气管压力系统的实际情况来制定智能控制对策,这样不仅可以确保焦炉集气管压力系统的稳定性、快速性和协调性,而且还可以有效抑制外界扰动的影响,提高焦炉集气管压力系统的运行效率。

关键词:焦炉集气管压力系统;影响因素;智能控制对策

在焦炉工业生产过程中,焦炉集气管压力的稳定与否将会直接决定焦炉生产效率的高低。在焦炉集气管压力系统运行过程中,出焦、装煤、煤气量发生变化、炉底换向、管道阻力变化等都会导致焦炉集气管压力出现比较大的波动。如果焦炉集气管压力比较低时,会导致空气进入炉体,从而诱发焦碳燃烧,焦碳质量下降,灰份增加,既增加了冷却系统的负担,而且还会缩短炉体使用寿命,反之如果压力过高时,会导致荒煤气冒出,引发跑烟冒火现象,既降低了荒煤气回收效率,又会引发环境污染。如今,大多数焦炉集气管压力存在比较大范围的波动,缺乏一定的自动化程度,从而导致焦炉集气管压力系统运行效率低下。此时就需要在对上述问题分析的基础上,制定出一套系统、完善的智能控制对策,其可以达到改善环境的目的,而且还可以有效提高煤气质量和回收量,提高焦炉集气管压力系统的运行效率。

1影响焦炉集气管压力系统的因素

通过大量的现场观察、分析研究、技术调研发现,影响集气管压力系统运行稳定性的因素比较多,尤其是多座焦炉并联生产,其常见的干扰因素包括了以下几个方面:(1)出焦计划在大范围内虽然力求产气量平稳均匀,但是其在小范围内往往会出现产气量明显波动的现象。(2)各焦炉工艺输气管线所存在的阻力存在一定的差异,导致集气管压力会在一定程度上受到鼓风机吸力变化的影响。(3)装煤扣盖现象一般会诱发集气管压力出现比较大范围内的冲击干扰。(4)多座焦炉工艺输气管存在不同的汇总方式,而且也会产生不同的相互耦合。(5)鼓风机后管线、鼓风机入口排液系统是否畅通会对压力系统的稳定性产生直接影响。(6)荒煤气冷却系统阻力大小、是否畅通也会对气量传输的动态特性及压力的稳定产生影响。(7)由于生产需要,会导致配煤比的设定发生改变。(8)荒煤气温度的高低将会对输气系统正常运行与否产生直接影响,如果荒煤气温度过低将会导致冷却系统结萘,反之如果荒煤气温度过高,将会加重风机负荷,从而诱发运行危险。(9)装煤量发生变化。(10)焦炭产量的变化,会导致出炉数发生相应的改变。(11)出焦事件发生变化。(12)炉盖、炉门密封不严会导致集气管压力下降。上述因素的存在都会对焦炉集气管压力系统的运行产生或多或少的影响,其中有的为脉冲型干扰,如换向操作、推焦等,有的为常值干扰如配煤比改变等。实际上,不同的干扰,其对焦炉集气管压力系统产生的影响程度存在一定的差异,因此需要采取有效的智能控制对策,以确保焦炉集气管压力系统的正常、高效运行。

2焦炉集气管压力系统智能控制理论及方法

通过对影响焦炉集气管压力系统现有控制弊端及频繁波动原因进行分析后可以得出如下结论:从最初的分散式控制方法转变为集中控制,该过程中主要的采样信号包括各焦炉集气管道碟形翻板阀门开度、集气管压力变送器、初冷器前压力变送器、推焦及装煤周期、炉下交换工作状态、风机小循环与大循环电动阀门开度、机后压力、螺丝鼓风机吸力、煤气的瞬时流量等,需要借助相关的算法来对上述信号进行分析和处理。焦炉集气管压力系统智能控制理论主要是在智能模糊协调控制原理的基础上,将日常实际工作经验与人脑的逻辑思维方式结合在一起,借助计算机系统,来对焦炉集气管压力及相关数据信息进行采集,并对集气管压力变化情况给予自动跟踪,以便能够及时、准确地对外部设备动态参数进行调整,确保集气管压力处在一个相对比较稳定的运行状态。2.1焦炉集气管压力参数设定要想实现对集气管压力的偶合震荡和周期性突变现象进行有效控制时,就需要引入集气管压力在单位时间内的平均差异量和集气管压力差异量的计算方法来进行计算,该过程中一般还需要根据现场的实际情况进行测试,设定时间周期在8~10s,并借助计算机完成如表1所示的运算参数。2.2模块化控制系统在焦炉集气管压力系统智能控制过程中,一共设计了补充模块、优先使用模块、应急处理模块3个模块,并按照集气管压力变化范围和外部设备运行状态,来完成3个控制模块的有效切换,其切换流程如图1所示。(1)优先使用模块。该模块的启动条件D>30%且D<90%,并借助计算机完成对焦炉集气管压力信号的有效采集。(2)补充模块。在调整焦炉集气管压力时,一旦电动碟形翻板阀门开度大于规定范围D<90%时,且未达到调整要求时,此时计算机将会直接启动第二个控制模块来达到补充调节的目的。如果D=90%,则可以判定电动碟形翻板阀门处于全开状态,无法满足焦炉集气管压力调节需求,此时只能通过提高螺丝鼓风棚的瞬时流量的方法,使上述问题得到有效改善。实际上,可以选择多台鼓风机同时并用,并设定一台变频调速鼓风,并把其运行频率控制在35Hz以下,借助计算机系统就可以完成对焦炉集气管压力的循环采样工作,随后就可以通过提高风机工作频率的方式,来使机前吸力提高,并达到降低集气管压力的目的。在压力调节过程中,如果风机的工作频率趋近或等于35Hz时,将会引发第二个控制模块暂停工作,并完成对第一控制模块的有效启动,以达到继续调整集气管压力的目的。如果D=30%时,则可以判定电动碟形翻板阀门处于全关状态,无法满足焦炉集气管压力调节需求,此时可以适当地降低风机小循环的阀门开度,从而达到降低机前吸力,提高焦炉集气管压力的目的。在进行压力调整过程中,小循环的阀门开度为0时,将会引发第二个控制模块停止运行,并调整为第—控制模块运行,以完成对焦炉集气管压力的有效调整。(3)应急处理模块。如果遇到特殊情况或焦炉气体交换时,将会导致焦炉集气管压力迅速增高,甚至能够超过400Pa,此时计算机将会直接启动第三个控制模块,并根据实际情况发出交换指令,首先系统会把电动碟形翻板阀门调节至90%左右,其次逐渐地提高鼓风机的频率,通过增大风机流量的方式来实现对焦炉集气管压力的有效调节。待交换时间(46.6s)结束时,还能够将鼓风机的频率还原为到35Hz,此时将会引发第三控制模块关闭,并调整为第一控制模块继续工作。

3焦炉集气管压力系统智能控制策略

3.1压力回路级控制

通常情况下,焦炉集气管压力系统的控制流程如图2所示。从图2中可以发现4座焦炉分为2组,在组内每2个焦炉集气管汇总后,继续向下汇总,并通过鼓风机侧单集气总管上,然后借助各蝶阀开度的调节,来确保焦炉集气管压力的稳定运行。实际上,各焦炉集气管压力回路级控制中被调量为各集气管压力,控制量为集气管蝶阀开度,该过程需要对集气管压力回路的特点给予充分的考虑。如果系统的偏离或偏差趋势相对比较大时,需要尽可能地降低偏差;如果偏差适中时,需要尽可能地抑制偏差;如果偏差较小时,需要适当地提高调节精度;如果偏差达到了工艺要求时,需要以减小蝶阀动作次数和保持稳定为主。压力回路级智能控制策略如下:(1)各集气管压力调节回路。其一般需要借助可变凋节因子模糊控制算法,来确保各集气管压力回路超调小、调节快、精度高。(2)模糊解耦控制。根据各耦合的关系和程度,来选择组间解耦和组内解耦2种解耦规则对压力系统进行控制。(3)总管吸力监督控制。其一般是借助总管吸力来实现对焦炉集气管压力系统的有效调节,从而确保各焦炉控制蝶阀具有非常理想的调节功能,避免诱发蝶阀开度极限状态。

3.2解耦级模糊控制

3.2.1组内解耦某焦炉集气管压力如果出现波动时,往往会对组内另一座焦炉压力产生或多或少的影响,此时需要通过组内解耦来确定蝶阀控制增量的修正量,从而在短时间内实现组内平衡。同时,对各焦炉集气管压力回路进行分析后可以发现,在其回路调节增量中可以对压力的波动给予有效地反映,此时组内解耦控制规则的输入一般需要选择2个控制回路的控制增量U1和U2,同时所得到的输出通常是控制增量的修正量V。

3.2.2组间解耦通常情况下,组内焦炉之间管道具有相对比较短的距离,且组间的集气管道相对比较长,这样以来组内焦炉间耦合的时间往往要高于组间耦合时间。同时,组间解耦一般可以在组内解耦的基础上来对其进行单独处理,从而确保两组之间的压力处于平衡状态。

3.3总管级吸力监督控制

在焦炉集气管压力系统中,鼓风机的吸力(总管吸力)一般可以作为焦炉集气管压力调节回路的有效控制级,而总管蝶阀度属于空置量。

4座焦炉集气管蝶阀

所处的位置状态是被控量,此时可以通过对总管吸力进行相应的调整,来确保焦炉的控制蝶阀达到比较理想的调节功能,避免由于焦炉供气量出现大范围的变化,而使各焦炉控制蝶阀开度处于全开或全关的极限状态。实际上,如果总管调节量大时,一般会使各焦炉调节回路出现大范围的波动,此时可以选择渐次调节方法,在炉蝶阀位簧偏离范围达到一定要求时,就能够对总管蝶阀进行调节,偏离大,调节大,偏离较小,调节较小,有效降低系统调节的波动。各蝶阀所定义的位置偏差语言值变量一般是K1、K2、K3、K4,而且总管蝶阀的语言值变量(调节量)是U,此时可以借助经验规则来得到总管调节量的控制范围,并得到等级值控制表u=h(k1、k2、k3、k4)。

5结束语

综上所述,焦炉集气管压力系统属于焦炉工作过程中比较重要的组成部分,如果压力出现较大范围变动时,将会对焦炉的运行效率产生不利影响,此时就需要根据实际情况制定一套针对性、系统性的智能控制对策,以实现对焦炉集气管压力的有效调整,提高焦炉集气管压力系统的运行效率。

参考文献:

[1]高海燕,王青,吴浩.焦炉集气管压力与风机连锁智能控制改造分析[J].山东化工,2015,3(18):38-39.

[2]骆长平,李朝光.焦炉集气管压力智能控制策略的应用[J].科技传播,2015,12(18):177-178.

[3]符峣,孙红星,姜明.焦炉多集气管压力智能控制系统的研究[J].燃料与化工,2016,7(1):90-91.

作者:宋宏鹏 单位:山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司

焦炉集气管系统智能控制策略责任编辑:张雨    阅读:人次