焦化厂集气管压力优化调节技术

焦炉为4.3米56孔捣鼓焦炉，机侧单支集气管，装煤采用高压氨水倒烟除尘方式，鼓风机使用变频器控制，高压氨水压力采用恒压控制方式，集气管翻版执行器使用多年，存在精度低，有回差等问题；控制方式采用常规PID控制，焦炉翻版执行器与鼓风机分别单独控制，没有联系，对应装煤、交换等大的冲击没有相应的控制措施，集气管压力调节之间没有解耦。

针对以上设备、工艺情况控制方案分两部分

第一部分总体方案

1、技术规格：

软件采用“多焦炉集气管压力优化控制系统”，硬件采用DCS系统的，完成焦炉的集气管压力自动调节系统自动化更新改造。控制系统实施地点为化产中控室。

2、技术指标要求：

控制系统实现以下主要技术指标：

1、焦炉集气管压力相关信号全自动智能分析，全自动控制集气管翻版、煤气鼓风机转速，稳定集气管压力；不需要人工整定调节参数。

2、正常生产工艺条件下，在装煤、换向等导致压力升高时，发挥鼓风机变频器及集气管翻版的控制能力，使压力在30秒左右迅速接近正常，±10Pa合格率在60%以上，±30Pa合格率在90%以上，±50Pa合格率在97%以上，杜绝因焦炉集气管压力不稳导致的炉门跑烟冒火和负压运行的恶劣工况；

2、各焦炉压力控制设定值可相同，也可互不相同并能在线修改，可根据工艺要求，在装煤阶段自动调整压力设定标准，具体参数可在线修改。

3、根据集气管压力、高压氨水流量的变化，主动调节转速，实现初冷器前吸力提前控制，以主动适应焦炉生产，克服机后压力波动对集气管造成的干扰；特殊工况下也可通过大回流翻板进行控制，工艺正常尽量不投运大回流。

4、为了配合装煤，可以控制高压氨水变频器频率调节高压氨水压力，适应装煤情况。

5、实时趋势显示和历史趋势记录，工艺流程图画形直观，当某个参数超过报警限或者异常时，则相应文字部分会发生声光报警，不同级别的报警限显示不同的颜色提示。

3．技术方案

3.1控制特点

所使用的软件、硬件是和利时DCS系统，利用了DCS分散性控制系统的高可靠性的特点，避免了计算机死机等情况对控制过程的影响，保集气管压力控制系统的安全性、可靠性。
发挥和利时软件开发优势，结合焦炉发生煤气、鼓冷输送煤气、鼓风机后压力整体分析技术以及多集气管之间吸力动态协调分配、解耦技术，开发的专用软件。
应用了鼓风机的控制技术，使鼓风机转速在保证集气管压力的同时处于最低水平，达到连续控制，不接近喘振区和吸力超标，不需要人工干预，性价比高、节能、优化。
采用无线系统将装煤车的装煤信息发送到集气管压力控制系统，实时控制高压氨水压力，是高压氨水的变化与焦炉生产紧密结合，在装煤过程中适当提高高压氨水压力，保证装煤效果，在装煤结束后适当降低压力，兼顾氧含量，同时实现节能降耗、保证高压氨水泵轴封。
采用无线系统还可以将集气管压力、高压氨水压力、流量、变频器控制的泵转速、焦炉交换计时等信息送到装煤车，实现车上、车下信息共享，在装煤是适当兼顾减少冲突，起到优化操作的目的。

3.2 软件框图

混合解耦控制系统

3.3. 软件控制系统分为三个控制层

3.3.1 基础控制层

1焦炉部分：集气管压力自适应PID模块、模糊控制模块、智能切换模块，焦炉组内协调模块、解耦模块，快速补偿模块，线性补偿模块。

2 鼓风机吸力控制部分：煤气发生量模块，初冷器前吸力协调模块，综合控制变频器转速。

3.3. 2 协调控制层

焦炉组间协调模块（根据实际工况变化修正基础控制层的回路设定值变化率，自动完成系统的优化工作，是有一些规则库组成，在基础控制层预留控制接口），交换信号、装煤控制模块，实现装煤的预调。

3.3.3 综合管理层

1 对集气管系统的实际运行工况：压力趋势、趋势变化率关系、集气管翻板开度、开度与压力关系、鼓风机反馈转速等进行分析，经过综合推理，按规则库对控制目标进行决策，进而决定目前的控制策略输出给“协调控制层”和“基础控制层”。

2 可以选择，对氧含量、鼓风机后压力或者化产系统中的而的某些压力，在鼓风机调节时可能影响的因素进行分析，经过综合推理，按规则库（某些参数可工艺人员参与设定）对控制目标进行决策，进而决定目前的控制策略输出给“协调控制层”和“基础控制层”，保证对这些参数的保护。

3.4高氨水控制方案

采用无线系统将装煤电流、装煤前进、后退等信息送到控制系统，根据装煤操作，自动控制高压氨水压力，使压力处于高压、中压、低压三种状态；在保证无烟装煤的同时，实现保护泵轴封，节能降耗，而且在必要时高压设置值比以前还可以适当提高，以进一步保证装煤无烟的效果。

控制过程：高压氨水控制系统会根据信号情况来判断装煤情况，调节控制高压氨水压力，装煤过程中迅速提高变频器输出频率，满足装煤的要求的，最大限度的保持装煤不冒烟，在装煤后再移动车过程中、装炉门前降为中压，保证氧含量不超标；装煤结束后降为低压，并保持低压运行，直到再次装煤。

4，实现集气管压力的稳定将带来多方面效益：

（一）管理效益：

1）环保效益：减少烟尘排放和环保压力。

2）保护炉体，延长寿命：减少焦炉墙体剥蚀和内部串漏，保护炉体护铁件。

3）促进生产安全，杜绝焦炉压力振荡和负压运行现象，有利于降低煤气中的含氧量。

（二）直接经济效益

据《燃料与化工》2000年刊登的俄罗斯专家文章：集气管压力稳定可减少煤气散失0.5～1%，相应提高了其它化产收率,降低焦碳在炉内的损耗。效益可作如下分析：

1、煤气回收效益，减少烟尘排放也是效益。以某焦化企业（150万吨/年），从荒煤气实际发生量来看，由以前的平均7.36万方/小时，增加到目前的平均7.4万方/小时（结焦时间、加煤量、配煤比等外界因素基本保持不变）,煤气发生量增加（74000-73600）/73600×100%

≈0.5%，煤气年直接效益如下:

（74000-73600）×24×365×0.30≈150(万元/年) (每方煤气按0.30元计算)

2、其它化工产品效益：其它相关化工产品,如焦油、精苯等也就有相应比例的提高0.5%。

年产焦油60000吨，按增加0.5%产量,年增加效益计算如下:

60000×0.5%×1500≈100万元/年（焦油按每吨1500元计算）

年产苯20000吨，按增加0.5%产量,年增加效益计算如下:

20000×0.815%×2000≈35万元/年（苯按每吨2000元计算）

3、减少焦炭炉内烧损

焦炭灰份Ag在配煤质量和焦炉生产操作条件不变的条件下，主要取决于炭化室吸入空气量的多少，因集气管负压或压力振荡从焦炉炉门不严密处吸入空气烧损焦碳，出焦时炉门打开后可以看到在紧靠机侧和焦侧炉门焦碳表面有白灰现象，实际就是焦碳在炼焦过程中烧损造成。结焦周期23.5小时，集气管压力稳定后机侧和焦侧按照各减少烧损5公斤计算，每天出焦132炉，每天就可减少约1.5吨焦炭烧损。年可产生的效益为：

1.5*365*2000≈100（万元）

综上所述，集气管压力稳定后效益明显，每年可达300万至500万元，即使按一半也是可观的，投入产出比高。

5. 监控界面及曲线

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