焦炉_冷鼓控制方案

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1、焦化厂焦炉－冷鼓控制系统实现方案１系统描述煤是自然界储量最丰富的能源之一，但是，刚从地下开采出来的原煤的还无法直接使用，为了进一步提高煤的综合利用率，通常要对原煤进行初选、水洗、配煤，然后将其送往焦炉进行炼焦，图1是一个典型的焦化过程：首先将煤通过加煤孔加入到碳化室中，而焦炉煤气通过管道输送至煤气预热器中预热，经过调节器1进行合适的流量调节进入蓄热室，调节阀2与调节阀3控制合适的焦侧和机侧分烟道吸力，维持蓄热室合适的燃烧状况，在隔绝情况下将碳化室中的煤加热到1000℃左右，其主要产品是焦碳，在规定的出焦周期用机车操纵杆将其推出碳

2、化室，然后进行冷却和过筛，形成焦碳产品。另一个重要的副产品是荒煤气，荒煤气通过煤气上升管到达集气管，集气管是各碳化室荒煤气集中的地方；然后荒煤气通过荒煤气输送管、汽液分离器、初冷器、冷鼓风机和电捕器等设备，在电捕焦油器中将其中的焦油提取出来，调节阀4控制集气管压力，要求将集气管压力P1控制在-15_15Pa之间；调节阀5用于控制冷鼓风机吸力，要求P2的波动范围为给定值的±10Pa。图1焦炉－冷鼓工艺流程２控制方案２.1控制系统分析。在炼焦过程中通常有两个控制中的难点：第一,集气管荒煤气压力自动调节；第二：冷鼓风机吸力调节和联锁保

3、护．在集气管压力控制中，系统通常存在着以下的扰动：①本坐焦炉在换向时造成的周期性压力扰动；②加煤、平煤、推焦、出焦时所产生的扰动；③冷鼓风机吸力变化造成的扰动；④相邻焦炉换向造成的总管压力变化的扰动；⑤煤气流体本身不定性造成的噪声干扰等，显然，由于上述原因的存在，集气管压力P1和冷鼓风机吸力P2的平稳调节是本系统的难点。另一方面，由于炼焦工艺及仪表安装（采样及控制点）方面的差异，不同装置的压力测量及控制点的位置也不尽相同，如有些系统是将P1作为主要测量控制点，其原因是该点位置离集气管最近，是名副其实的集气管压力调节；而本系统将P

4、2作为主要测控点，这实际上是调节冷鼓风机吸力，但从工艺流程上看，P1与P2并不是互相孤立的，而是通过管线互相联系的，从工程实践上看，将P2控制在合适的范围之内，P1也较容易控制在规定的范围内，这是因为：①稳定鼓风机的进口吸力；②应用大回流平衡焦炉不断变化的煤气产量；③间接稳定焦炉吸力；④防止鼓风机喘振。但反过来，如果只孤立地控制集气管压力P1而不管冷鼓风机吸力P2的控制，则集气管压力P1是无法控制好的，这是因为P1离碳化室较近，各种扰动对其的影响最快，也最直接，而P2离碳化室较远，长距离的管线输送和缓冲会使该压力的波动剧烈程度有

5、所降低，因此本系统采用P2作为主要测控点是有其理论依据的。从系统的观点看，无论是控制P1或P2，其最终目的都是为了使碳化室内处于合适的正压中（例如：0-20Pa），这样可以较好地满足碳化过程所需要的压力和温度条件，压力太高，碳化室外部烟气四溢，影响环境，也影响操作人员的身体健康,甚至混合着高压氨水的炉气会掀翻卸压盖而伤及人身；压力太低，如呈负压，虽然从外部看不到烟气，但此时大量空气会因负压而进入碳化室，造成炉墙的过早损毁。这也是工艺上不允许的。另外，本系统在压力数据采样中使用了“阻尼器”技术（这里是对别人专利技术的借鉴），阻尼器

6、的使用不需要电源、气源，靠阻尼器在0.1秒内直接阻尼平滑波动电压信号，以提高调节系统的品质（例如减少调节阀的频繁动作），其变换过程如图2所示，当然，在DCS控制系统中，可以采用特殊的滤波和延时手段来实现“阻尼器”的功能。图2阻尼器原理图3集气管煤气压力调节控制结构图２.2冷鼓风机吸力（集气管煤气压力）的调节方案。控制结构如图3所示，显然，这是一个经典PID调节器与模糊控制器的有机结合。根据被控点的偏差与偏差变化率情况，通过“比较/切换开关”环节将调节器切换到模糊调节器或经典PID调节器，现在分三种情况进行讨论。①系统处于稳定状态

7、时，此时，其压力偏差与偏差变化率小于规定值，经典PID调节器起调节作用。②系统处于较不稳定状态时，例如系统处于加煤、平煤、推焦或出焦状态，其压力偏差及偏差变化率较大，由于在模糊控制表内事先预制了一控制矩阵，其基本思想是：输入偏差及偏差变化率越大，输出调节作用越强，这样使系统较快的进入规定的工作压力范围，并使超调量最小；③极端情况处理，当本座焦炉或相邻焦炉换向时，此时系统的压力偏差及偏差变化率极大，但持续时间很短（约10秒），令模糊控制器维持在一个固定的开度上（根据经验获得），换向结束后，偏差也随之减少，系统继续采用经典PID调节

8、器或基本模糊控制器工作，两者之间的切换是平滑的或无扰动的。该控制器实现的关键是模糊矩阵的构造，它的实现是基于人工控制的思想，因此，矩阵行列数越多，“刻画”就越细，控制效果会越好。虽然模糊控制器的运用可以加快系统的动态响应速度，但它并不能消除静差，因此，在平稳时期