焦?fàn)t加熱智能控制系統(tǒng)

1、焦?fàn)t加熱的智能控制系統(tǒng) 蔣國(guó)璋 ,孔建益,李公法 2 0 0 6年 11月鋼 鐵 摘要 焦?fàn)t的加熱控制是焦?fàn)t生產(chǎn)中最重要的控制。傳統(tǒng)的焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)采用“ 間歇加熱控制” 的方法，難以滿(mǎn)足焦?fàn)t加熱控制的要求。在分析焦?fàn)t加熱控制的難點(diǎn)和策略的基礎(chǔ)上，采用“ 間歇加熱控制與加熱煤氣流量調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制原理，運(yùn)用線(xiàn)性規(guī)劃和模糊控制理論等方法 ，提出了焦?fàn)t加熱智能控制策略和模型，并設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)能使焦?fàn)t穩(wěn)定加熱，優(yōu)化焦?fàn)t的加熱控制， 實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱的智能控制。1 焦?fàn)t加熱控制的難點(diǎn) 焦?fàn)t生產(chǎn)中最重要的控制為焦?fàn)t溫度的控制，因?yàn)榻範(fàn)t溫度是影響焦炭質(zhì)量 、節(jié)約加熱煤氣、減少推焦煙塵污染

2、的關(guān)鍵因素。在相同的結(jié)焦周期 中， 如果焦?fàn)t溫度過(guò)低則焦炭未完全成熟 ，焦餅未完全收縮到正常狀態(tài)，焦炭硬度小、密度高，推焦電流大；相反如果在相同的結(jié)焦周期中，焦?fàn)t溫度過(guò)高，焦餅收縮過(guò)多，焦炭過(guò)于成熟， 焦炭硬度高、密度小，推焦電流小，而且增加在推焦過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵量。 實(shí)踐證明，焦?fàn)t加熱溫度控制具有很大的難度 ， 具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 ( 1 )焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程具有強(qiáng)非線(xiàn)性的特點(diǎn)。根據(jù)焦?fàn)t生產(chǎn)的特點(diǎn) ，焦炭結(jié)焦周期 、焦?fàn)t生產(chǎn)用煤種 、 焦?fàn)t蓄頂直行溫度、推焦生產(chǎn)計(jì)劃等因素都影響加 熱煤氣流量與蓄頂直行溫度之間的關(guān)系 ，從而造成 焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程具有強(qiáng)非線(xiàn)性的特點(diǎn)。 ( 2 )焦?fàn)t加熱過(guò)程具有很大

3、的慣性。由于焦?fàn)t體積龐大，因此熱容量非常大，升溫與降溫過(guò)程都非常緩慢。 ( 3 )相關(guān)工藝參數(shù)不容易測(cè)量。例如蓄頂直行溫度不容易在線(xiàn)測(cè)量，煤氣熱值、裝煤水分等參數(shù)不容易測(cè)量。 ( 4 )焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程存在許多干擾。由于焦?fàn)t加熱煤氣有焦?fàn)t煤氣和荒煤氣兩種，這兩種煤氣的熱值差別大，加熱時(shí)的流量不一樣。受氣候的影響，煤的水分存在較大的波動(dòng)，從而影響了焦炭的加熱溫度。焦?fàn)t生產(chǎn)的推焦操作計(jì)劃對(duì)焦?fàn)t加熱溫度也有很大的影響。焦?fàn)t加熱過(guò)程 是一個(gè)周期的時(shí)變過(guò)程。受市場(chǎng)需求、政府政策等因素的影響， 焦?fàn)t的結(jié)焦周期經(jīng)常變化 ，加熱煤氣的種類(lèi)也常常改變。這些變化對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程造成許多干擾。 2 焦?fàn)t加熱控制策略 焦?fàn)t

4、加熱控制策略一般可以采用 3種方案， 即反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)和反饋與前饋相結(jié)合的控制系統(tǒng)。 2.1 采用連續(xù)測(cè)溫的爐溫反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 根據(jù)實(shí)測(cè)的火道溫度、結(jié)焦終了時(shí)間或焦炭溫度與目標(biāo)火道溫度、 目標(biāo)結(jié)焦終了時(shí)間或目標(biāo)焦炭溫度的偏差 ，并考慮爐溫的滯后因素來(lái)調(diào)整爐組加熱煤氣流量的設(shè)定值，以實(shí)現(xiàn)爐組加熱的最佳控制。與此同時(shí)，一些控制系統(tǒng)還根據(jù)炭化室成焦的判斷、炭化室墻面溫度的測(cè)量或焦餅溫度及其分布的測(cè)量，提供燃燒室調(diào)節(jié)的操作指導(dǎo)。反饋控制的優(yōu)點(diǎn)是不需考慮各種參數(shù)的影響，利用被控量的偏差進(jìn)行控制，缺點(diǎn)是不能及時(shí)克服干擾，滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，因?yàn)榉答伩刂圃诟蓴_發(fā)生后才起作用。 2.2 采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷那梆?/p>

5、爐溫調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 根據(jù)煤料的性狀和焦餅的平均溫度計(jì)算煉焦熱，再根據(jù)裝煤量、生產(chǎn)任務(wù)、廢氣熱損失和散熱等通過(guò)熱平衡計(jì)算煉焦耗熱量。最后根據(jù)煤氣熱值、空氣過(guò)剩系數(shù)等算出焦?fàn)t供熱量，進(jìn)而計(jì)算出煤氣流量，并用實(shí)測(cè)焦餅溫度校正煉焦耗熱量。前饋控制的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)不需考慮爐溫的影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)少，能減少儀表和測(cè)量誤差，缺點(diǎn)是結(jié)焦熱不易算準(zhǔn)，計(jì)算煉焦耗熱量的許多變量難以測(cè)定或難測(cè)準(zhǔn)確。 2.3 采用反饋與前饋結(jié)合的調(diào)節(jié)系統(tǒng) 以裝煤量和煤料性狀以及焦?fàn)t生產(chǎn)任務(wù)、操作時(shí)間等為輸入函數(shù)， 由供熱模型計(jì)算供熱量，然后用實(shí)測(cè)的全爐平均溫度與設(shè)定的焦?fàn)t平均溫度的偏差量來(lái)反饋調(diào)節(jié)設(shè)定的供熱量。該系統(tǒng)應(yīng)用了模糊控制技術(shù)、火落時(shí)間參數(shù)

6、等參加反饋對(duì)前饋供熱量進(jìn)行校正。在前饋與反饋結(jié)合的系統(tǒng)中，利用反饋控制消除未知和難測(cè)參數(shù)產(chǎn)生的影響， 同時(shí)利用前饋控制對(duì)干擾造成的影響進(jìn)行補(bǔ)償， 改善反饋控制的滯后，使焦?fàn)t處于最佳工作狀態(tài)。 3 焦?fàn)t加熱智能控制的模型和方式 本系統(tǒng)中焦?fàn)t加熱智能控制采用“ 間歇加熱控制” 與加熱煤氣流量調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制原理，綜合分析處理荒煤氣溫度、 加熱煤氣流量、 熱值、 推焦、 平煤、 煤重及水分、 計(jì)劃結(jié)焦時(shí)間等數(shù)據(jù)， 通過(guò)該模型計(jì)算并設(shè)定焦?fàn)t交換機(jī) P L C的“ 停止加熱時(shí)間” 和儀控 D CS的加熱高爐焦?fàn)t煤氣量， 使焦?fàn)t加熱均勻穩(wěn)定，智能控制焦?fàn)t的全爐加熱水平 ,實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱的智能控制。其控制系統(tǒng)

7、模型如圖 1 所示。 系統(tǒng)控制模型中結(jié)焦指數(shù)CI按下式計(jì)算式中,tmax為炭化室從裝煤到荒煤氣溫度達(dá)到最大值的時(shí)間；tcoking為各炭化室的結(jié)焦時(shí)間。CI作為結(jié)焦參數(shù)來(lái)控制煉焦生產(chǎn)管理，其波動(dòng)在 1.20 1.24為宜。預(yù)測(cè)各炭化室的結(jié)焦時(shí)間的模型如下： 式中，A、C為焦?fàn)t的特征系數(shù) 對(duì)焦?fàn)t加熱控制， 采用前饋-反饋-模糊智能控制相結(jié)合的組合控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采集焦?fàn)t生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)： 煤氣壓力、煤氣流量、熱值、溫度、配煤水分、加熱煤氣成分及動(dòng)態(tài)計(jì)劃等，通過(guò)能量預(yù)測(cè)模型， 計(jì)算出控制參數(shù)的設(shè)定值， 即前饋， 并將此設(shè)定值傳給基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)又依據(jù)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)提供的荒煤氣溫度、 焦餅溫度、 火道溫度、 廢氣含氧氣量等實(shí)時(shí)信息， 在加熱過(guò)程中不斷地按模糊智能控制模型， 對(duì)能量平衡進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)， 重新計(jì)算設(shè)定值，使結(jié)焦指數(shù) CI保持在一個(gè)控制范圍內(nèi)，既滿(mǎn)足煉焦所需的溫度，又可使煉焦加熱過(guò)程控制最佳化。其控制流程圖如圖2所示。 4 結(jié)語(yǔ) 采用“ 間歇加熱控制” 與加熱煤氣流量調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制原理， 綜合分析處理荒煤氣溫度、 加熱煤氣流量、 熱值、 推焦、