浅析自动化控制系统在焦化行业中的应用

摘 要：随着中国经济的迅猛发展，现代工业化也在不断发展。我国的工业早已脱离人工操作时代，由自动化的程度来衡量一个行业的现代化发展水平。自动化技术是各项高端技术的综合体，它主要体现在自动化控制系统中，焦化产业的发展遇到了环保、低效等发展瓶颈，自动化控制正好“对症下药”，通过精密的自动化控制，降低了人为操作的误差，从而自动化控制得到了在焦化行业中迅速发展的良机。

关键词：自动化控制系统；焦化行业；应用

随着我国加入世贸组织以后，我国的焦炭行业在国际分工中的地位日益提高。与此同时，伴随我国的经济迅猛发展，国内的焦炭需求也逐渐加大。但由于受到环境保护等因素制约，尤其是国家在逐步限制焦炭行业的过度发展，从而导致焦炭产量逐渐减小，调查表明我国焦炭产量增速回落，市场需求明显放缓，企业效益大幅下滑，表明焦化行业正面临严峻考验。减亏扭亏已成为焦化企业生存发展面临的严峻考验。因此在焦化行业产量的增幅在全国范围内减缓，越来越多的焦化企业严重亏损的情况下，一批企业开始积极采用适用技术，完善提高产业链延伸建设，创新发展，创造出企业较好的经济效益。自动化控制系统以其高效、精密等特点，在焦化产业走入低迷的情况下，自动化控制无疑注入了一针强心剂，为焦化产业的发展提供了新的契机。

伴随着环保意识的不断提高，同时相关环保标准的和检测体系不断完善，原来许多规模小、工艺落后的土法炼焦已不再能适应现代工业发展的需要，当务之急是扩大规模、进行深度加工的机焦的自动化控制水平。就过程控制方面来说，在经历了从气动仪表、电动仪表、多回路控制器到集散控制系统（DCS）的一步步发展后，焦化行业采用DCS作为过程控制系统已成为当前的主流趋势。

众所周知炼焦工业的主要加工方法是利用煤炭在高温（950-1050℃）的环境中生成焦炭，同时回收在炼焦过程中产生的其他化学产品。产品焦炭不仅可作为燃料用来供给高炉冶炼，同样也可用于冶炼有色金属、锻造钢铁、水煤气制造等。利用在炼焦过程中产生的化学产品，通过加工、提纯等方法，可以得到焦油、氨、萘、粗苯、硫化氢、氢化氰等产品，并获得纯净的焦炉煤气。

现阶段的焦化厂一般是“由备煤、炼焦、回收、化验和修理等车间组成。其中化验和修理车间为公用辅助生产车间。”其中备煤车间主要是设备的启、停控制，利用DCS等自动化控制手段实现其逻辑联锁。炼焦车间、煤气回收车间及及公用工程部分采用DCS等自动化手段来实现其控制。

以目前比较广泛采用的DCS系统在焦化厂中的回路控制为例，对自动化控制的应用进行介绍：

实现加热模糊控制。热工窑炉中最为复杂的热工设备是炼焦炉，以结构复杂、大时滞、非线性极强、多因素耦合的控制对象著称，若控制不好，不仅会严重地污染环境，更会对焦炭质量和炉体寿命产生重要影响。正因为如此，传统的PID和串级控制技术很难对其实现有效地控制。针对这种工况，采用多变量模糊控制和动态神经网络建模技术，通过对煤气流量和焦测、机测烟道吸力的调节，并充分考虑历史信息的作用，来很好地控制焦测、机测的直行温度，实现了全炉直行温度的稳定性和均匀性，实现了焦炉温度的自动控制，控制效果优于人工操作和进口的DCS控制；在实施这一先进控制后，直行平均温度波动范围±5度；可节约焦炉加热煤气3%（使用焦炉煤气作为加热煤气时），保证了焦炭质量，节约了大量能源，从而延长了炉体寿命，降低了对环境污染。

实现精确集气管压力控制。焦炉集气管压力的控制在焦化生产中是一个至关重要的参数，煤气的产量和质量与它的稳定与否有直接关系。集气管压力大，引起炭化室内的压力增大，压力大时焦炉冒烟严重，大量焦炉媒气进入空气中，污染环境；而压力小时空气吸入严重，炭化室内产生负压，导致煤气中的CO2和N2含量增加会使得煤气热值降低，同时会减少焦炉寿命。

集气管压力又是一个很难控制的量，影响它的因素比较多，自动化实现的控制也相应增加：

不仅跟煤气产量和煤质有关。同时，几个焦炉共用一套煤气输送系统，一个焦炉集气管压力的波动均会影响总管压力的波动，自动调节回路之间也会相互影响。并且.装煤操作对集气管压力影响很大。还需要注意鼓风机转速调整、用户煤气使用量的变化、煤气交换机交换时等产生的对集气管压力的影响。系统通过采用高精度的连续动态的电子皮带秤和调速装置实现对配煤量的精确计量和配比的自动控制。可储存多组配方，动态调整煤料的配比并对配比情况记录，可对配比的历史曲线进行查询。对从粉碎机配煤开始到煤塔的驱动设备的状态进行实时的检测，包括顺序起停及连锁报警、停车等功能。系统采用现场总线的通信接口可方便的同其他系统进行整合。

实现荒煤气集中管压力控制。为保证焦炉压力稳定，根据集气管压力变化自动调节荒煤气管道上的翻板开度，从而稳定集气管压力。

实现鼓风机吸入压力自动控制。针对不同形式的鼓风机，该控制可通过调节鼓风机转速，或调节风机入口蝶阀，以及控制风机旁路等方法来实现。从而保证煤气吸力稳定，从而保证集气管压力稳定，进一步保证鼓风机后续工段的压力稳定。

实现荒煤气集中管压力控制和鼓风机吸入压力自动控制，也是炼焦过程中的两个主要控制难点。

实现主煤气流量控制。根据主煤气流量变化自动调节主煤气管道上的翻板开度，稳定主煤气流量，将焦炉温度控制在1250-1350℃上保证焦炉温度。在炼焦煤性质稳定的情况下，加热温度的变化会对炼焦化产品的质量和产率产生影响。在煤气性质稳定的前提下，通过控制燃烧室煤气流量来保证焦炉加热。

实现分烟道压力控制。达到合理的空气过剩系数使得烟道的吸力稳定，从而减少热损失，提高热效率。根据分烟道压力变化自动调节烟道翻板开度，稳定分烟道压力。

实现初冷器后煤气温度控制。出口温度高，煤气中的萘含量会过高，影响洗涤塔的稳定运行。出口温度过底，会造成煤气过冷凝，导致初冷器阻力增大，同时增大制冷水量，能耗增加。通过调节初冷器下段制冷水流量，煤气经初冷器后温度可降至21-22℃，从而达到调节初冷器煤气出口温度稳定。

实现上段冷凝液槽液位控制。冷凝液含有轻质焦油和氨水，一旦溢出会造成环境污染，很难用常规办法清除。该控制通过调节至初冷器前荒煤气管道上的调节阀门来实现，防止冷凝液溢槽。

实现电捕焦器绝缘箱压力控制通过控制饱和蒸汽的压力，从而保证绝缘箱温度不低于90℃，防止绝缘瓷瓶表面结露，造成瓷瓶损坏。

实现高压氨水压力控制。只有高压氨水的压力稳定，才能在上升管产生稳定的吸力，将装煤过程中产生的煤气吸入到集气管中，从而改善炉顶操作环境，实现无烟装煤。该控制可通过控制高压氨水泵调频电机转速实现。

实现鼓风机机组自身的监控。包括润滑油压力、温度、机组转速、轴振动、轴位移以及机组轴承温度、电机定子温度等。

除了DCS控制外，还有一些新的技术不断在运用和发展。例如：开放的现场总线技术。无须安装各种仪表的专用组态软件，仅导入每个仪表的设备参数文件（GSD文件），就可以实现在统一的系统编程软件下对所有PA标准的仪表的参数编程组态的功能，该功能有效节省软件成本，提高工程组态的效率。又如，开放的控制功能。程序采用任务运行方式，每个任务都可以设定运行的周期和运行优先级。所以既可以满足复杂调节回路控制要求（一般要求控制周期较长），又可以满足快速电气开关量控制，从而一个控制器就可以覆盖工厂所有环节控制要求。同时还有以数据库核心技术即“分散存储，全局管理”的系统全局数据库技术和在操作员站、工程师站、和过程站之间采用以太网的方式，使系统与各种第三方数据库或软件的数据交换将更加容易的开放的TCP/IP协议以太网技术。

自动化控制在焦化行业的应用已经日趋成熟，越发广泛，我们有理由相信，在不远的将来，能够实现焦化行业的全范围自动化控制，那时必将实现焦化行业的跨越式发展。

参考文献

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