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智能协调控制系统优化焦炉集气管压力调节

作者:胡建钢 高丽萍2009.07.09阅读 9607

  1  引言
  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。
  2005年,我厂在原有两座4.3-80型顶装焦炉的基础上增建了一座60孔jndk43-03f型复热式、单集气管捣固焦炉,组成了共五根集气管,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新的生产工艺需要,并因此造成三座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,我厂对焦炉集气管压力调节系统进行了优化改进。
  2  原控制系统分析
  在3#焦炉投产初期,原1#、2#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,而3#炉是由交换机控制室的西门子s7-300plc计算机控制系统组成单回路控制系统分别控制a、b两根集

气管压力。机前吸力则由鼓风机控制室西门子pcs7控制系统

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,通过鼓风机转速的自动调节达到控制机前吸力的目的。
  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,送到数字调节器进行pid运算处理CONTROL ENGINEERING China版权所有,再根据当前压力值同内部给定值的偏差大小

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,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CONTROL ENGINEERING China版权所有,达到压力控制的目的。3#焦炉则将现场变送器将测得的焦炉集气管压力信号转换为4~20ma dc电信号送到模块转换成数字信号后再送至plc进行运算处理,然后再输出相应的4~20ma dc电信号给集气管a、b的电动执行机构,达到集气压力控制的目的。
  (2) 鼓风机前吸力调控。根据转速越大,吸力越大,反之转速越小CONTROL ENGINEERING China版权所有,吸力越小的控制规律,风机前吸力变送器检测出的初冷器前吸力信号转换为4~20ma
  dc电信号,送到模块处理后再送至plc进行运算处理,plc再根据上位机的判断确定当前压力值同内部给定值的偏差大小,从而发出相应的指令通过模块输出信号给电动执行机构控制工程网版权所有,控制风机转速,从而实现风机前吸力的控制。
  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www.cechina.cn,导致各个集气管压力的调节相互干扰,互相激励,难以稳定。
  (2) 推焦、装煤、喷洒高压氨水等强扰动。推焦、装煤,尤其是喷洒高压氨水,引起集气管压力大幅度波动,同时由于焦炉间的耦合效应,诱发整个集气管压力很长时间难以稳定下来,由此引起炭化室压力偏高或者偏低,出现冒烟冒火或者负压等情况。
  (3) 焦炉换向。焦炉换向期间www.cechina.cn,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,使得机后压力改变控制工程网版权所有,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。
  (4) 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。
  (5) 初冷器和管道阻力变化。荒煤气中部分杂质会粘凝在初冷器和煤气管道内,实际的煤气流通截面面积相应变化,导致阻力变化,风机的实际吸气量改变,进而影响集气管压力。这种阻力的变化也影响风机与集气管压力之间的动态特性。阻力越大,集气管压力对风机吸力越不灵敏。
  (6) 风机转速的问题。由于临界转速与设计转速不符,当风机转速达到2000转/分或小于1500转/分时,风机就会发生异常声音,加上集气管压力的不稳定,在自动调节吸力时,可能将风机转速调至过大,以致风机油温升高而烧坏鼓风机。
  因为上述原因造成1#、2#、3#焦炉集气管压力波动极大,焦炉浓烟滚滚,大火冲天,严重影响周边环境,并导致一度停产。
  3  改进方案
  为满足工艺要求,我们针对原控制系统设计的不足进行了一系列改进。
  3.1 第一次改进
  因为稳定的机前吸力是保证对集气管压力进行稳定调节的前提,所以在3#焦炉投产初期,针对自动调节风机转速仍难以把握鼓风机前吸力大小的现象,我们利用液力偶合器

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,通过盘装电动操作器手动调节翻板开关来控制、调节风机转速,以达到稳定控制吸力的大小。
  第一次改进后系统工作原理如图1所示。

机前吸力调节系统框图


  图1  机前吸力调节系统框图


  第一次改进后确实稳定了机前吸力,并在一定程度上满足了工艺对压力的要求。但人工调节又无法满足工艺

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