焦炉自动测温、自动火落判断、自动加热系统可行性研究报告(编辑修改稿)

焦炉自动测温、自动火落判断、自动加热系统可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

增减煤气流量后，温度要在 4～ 6 小时以后才能反映出来，另外测温时间间隔大，温度调节不及时，炉温波动大。 ⑤ 空气过剩系数。 目前本厂在分烟道位置没有安装烟气含氧分析仪，主要在小烟道位置 取样化 验分析得出空气的过剩系数 ， 但人工取样、化验过程 费时多，周期长，不能实时地反映燃烧情况的变化。 ⑥ 单个炭化室的成焦状态没有有效的监测手段。 ⑦ 焦饼温度温度 10 焦饼中心温度 ，就是结焦末期 焦炉 炭化 室 中心 断面处 焦炭 的平均 温度。 焦饼中心温度是焦炭成熟的标志，也是标准温度制定的依据。 生产中达到 950～ 1050℃时焦饼便已成熟，焦饼成熟后，留一段焖炉时间，可以改善焦炭的质量，但焦炭质量的好坏主要取决于配煤质量和焦炉温度的均匀稳定，焖炉 时间过长，焦饼中心温度过高，则焦炭带走的热量越高。 当焦饼温度在 1000℃以上时再提高 50度每 千克 煤约增耗热量。 但焦饼中心温度难以直接测量，一般通过测量炉墙表面温度或焦饼表面温度间接反映。 测量炉墙表面温度还可以判断焦炉高向加热的均匀性、监测炉墙烧蚀情况。 国外目前测量炉墙表面温度的做法已经很常用，但国内用的不多。 由于技术进步， 目前 直接测量炉墙表面温度的技术措施已经具备。 综上所述， 旭阳焦化 有限公司 本次实施的 “ 焦炉 自动测温、自动火落判断与 加热系统 ”项目 ，对于 稳定炉温、降低能耗、提高焦炭质量，对推进 焦化技术进步， 实现了资源高效利用， 建设国内第一流的焦化企业都是 非常有 必要的。 ⒊ 项目主要 内容 火道温度全自动在线连续测量 测温原理 具有一定 温度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量 ， 物体的红外辐射能量的大小与它的表面温度有着十分密切的关系 ， 因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测 定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 物体向周围空间辐射红外的强度分布为： 152 )1(2),(   Tk hcehcTE  其中 C— 光速、 h— 普朗克常数、 k— 玻尔滋曼常数 、 T— 绝对温度、λ 光波波长、ε — 黑度系数（发射率） 所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料图 红外辐射强度分布规律 11 种类 、 表面状态和环境条件等因素有关 ，通常用发射率来描述这一特征。 发射率表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于 1的数值之间。 根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。 焦炉火道温度的全自动在线连续测量系统 的构成 测量系统系统由以下几部分构成： 光学镜头：光学系统直接安装在炉顶的看火孔小炉盖上，通过 目测瞄准对准鼻梁砖表面，光学系统的总高度低于 80mm。 防尘、防火、防水系统； 光导纤维（光纤）：把光学镜头 收集 的光信号传送 给仪表。 光纤为高纯度石英， 化学成分为 SiO2，物理化学性质非常好，它耐腐蚀，熔点非常高。 仪表系统：把光信号转化成温度信号，它的工作温度〈 60℃，该单元一般采用双层外壳，中间通压缩空气进行风冷却。 火道温度相关模型 由于工艺和成本的原因， 全自动测温系统 的测量点只能安装在靠近铁轨的若干个代表火道上，通过半年多的三班测温记录历史数据，反复抽样、回归分析，消 除人为的误差，找出最具代表性的测温点；在测温点安装后，再根据同一时刻取样的三班测温数据与全自动测温数据进行回归分析，得出火道温度相关数学模型， 并且 随着数据的更新，模型不断逼近真值。 粗煤气温度的测量与 火落时间（ 炼焦指数 ） 模型 粗煤气温度的测量位置，一般选择在上升管或桥管部分进行测量，粗煤气的温度一般不超过 1000℃，通常采用廉价的 K型测量。 在炼焦过程中， 煤中的挥发份就从炭化 室 中逸出，形成粗煤气，粗煤气经过上升管、桥管最后汇集到集气管中，进入下一道生产工序。 在装煤初期，挥发份的量大，炭化室红外光纤 探测器 前置放大 校正、线性化 峰值 /瞬时值 V/I 光学系统 标准信号 输入计算机 鼻梁砖 图 红外测温系统示意图 小炉盖 仪表 系统 12 温度 低，粗煤气的温度也相对较低，随着炭化室温度的升高，从炭化室内部逸出 粗煤气温度 也随之升高， 大约十几小时后上升至最高点，这一 时期，煤基本上变成了焦炭，挥发份很少，从炭化里带走的热量也很少，所以粗煤气的温度也缓慢下降 ，直到 推焦结束。 粗煤气的温度的变化在一定程度上反映了炭化室中煤变焦过程变化，因此通过对粗煤气温度变化的研究，可以间接地判断焦炭的成熟情况以及标准温度的高低。 国内外通过粗煤气温度判断焦炭成熟的方法有多种形式， 基本思路十分接近，但在具体的做法有一些差别 ，但 用热电偶在桥管处或上升管处测量 粗煤气温度，用 炼焦指数模型更适合我国焦炉生产操作的实际情况 ，实现方法也比较简单。 研究 工作内容有 ：  上升管处安装热电偶的安全防护；  自动生成炼焦指数模型。 火落时间（炼焦指数） 模型与标准温度修正 焦炭的成熟度是焦炉生产的主要质量指标，它由挥发份、焦炭强度等参数构成，在实际生产中这些参数又是通过焦饼表面温度或焦饼中心温度来控制的，由于工业现场的特殊环境的限制，焦饼 温度难以长时间在线连续测量，因而直接用焦饼表面温度或焦饼 中心温度来控制焦 炭的质量指标很困难。 在炼焦过 程中，要产生大量的粗煤气，粗煤气在炼焦周期的不同时间段是按一定规律在变化 的，通过测量桥管处粗煤气温度的变化（见图 ），可得出炼焦指数： CI = τ c /τ m 式中： CI— 炼焦指数 τ c – 结焦周期， h τ m – 从装煤开始到粗煤气温度到达最大值的时间， h 根据对焦饼表面温度的测量和焦炭质量指标的综合分析， 确定炼焦指数的合适 范围 ，在此范围内 ，焦炭的成熟度好，质量指标比较合理。 因而在生产过程中， 若 将炼焦指数稳定在上述的范围内，就可以较好地控制焦炭的质量。 τ c τ m 图 桥管处粗煤气温度的变化 时间 温度 13 因此最终的标准温度的模型是 ： Ts= Tf + F1（ CI） + F2（ Mt） + F3（τ） 其中： Ts 标准温度 Tf 理论（或经验）标准温度 F1（ CI） 标准温度的炼焦指数修正模型（反馈） F2（ Mt） 标准温度的水分修正模型（前馈） F3（τ） 标准温度的结焦时间修正前馈模型（前馈） 控制算法 焦炉加热控制的目的就是根据 生产工况 的变化，适时地调整供热量 ， 在各种干扰的作用下，能使炉温保持基本稳定。 焦炉的加热系统一般由相互关联的两个子系统即立火道温度系统和吸力系统（即燃烧室和烟道的负压控制系统）构成，它是一个双输入双输出的系统，但由于吸力系统的工作频率远高于温度系统，因此可将它分成两个独立的子系统。 焦炉立火道温度控制系统是典型的大惯性、非线性、特性参数时变的系统，并且在生产过程中，还经常受到诸如延时推焦、变更结焦时间、 煤质、 装炉煤水分波动等因素的干扰，故采用常规的 PID 控制难以保证炉温的稳定。 根据生产 工艺 要求，炉温的波动应 控制 在标准温度177。 7℃范围内，但实际生产中，炉温的波动往往超出177。 7℃的范围， 针对焦炉这一特点，采用模糊控制算法较为合适，但普 通的模糊算法亦有它的不足之处，若模糊输入 /出量的量化等级分得过细，则模糊控制规则变得很复杂，分得过粗，难以满足控制精度的要求。 用多模式模糊控制可较好地解决这一矛盾 ，图 为多模式模糊控制系统框图。 分烟道吸力模型 吸力控制的目标是实现最佳燃烧控制。 要求通过对分烟道翻板的自动控制，使分烟道吸力处于合适的范围，保证燃烧系统各区段吸力和看火孔压力合理，又保证适宜的烟道含氧 (空气系数 )和加热煤气的完全燃烧。 由于吸力控制一般受加热煤气流量、分烟道吸力、风门开度（供入空气量）、。