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焦炉回炉煤气控制方案的优化

1 引言

  南钢3#焦炉为捣固焦炉,2006年2月正式投产,随着设备投运,先后出现了一些问题,其中焦炉在交换结束时,频繁发生烟囱冒黑烟的现象,污染了环境,给整个工程形象造成了一定影响,为此我们组织人员进行分析,通过对焦炉回炉煤气控制方案进行优化,使这一问题得到了良好的解决。

2 问题分析

  烟囱冒黑烟实质就是煤气燃烧不彻底,而这一现象在3#炉生产调试期并没有发生。为此我们对现行及调试期易产生这一情况的主要生产记录数据进行了分析。

  2.1 机焦侧分烟道吸入压力控制

  机焦侧分烟道吸入压力控制不当,将使入炉空气量不足,继而使煤气燃烧不充分,这是产生黑烟主要因素之一。利用标准数字压力计检测吸入压力值,与现场变送器值一致,并且从记录曲线看控制是稳定的。

  2.2 焦炉回炉煤气量

  3#焦炉为捣固焦炉,采用的为劣质煤,回炉加热用煤气相对较大。在生产调试期,由于装煤量较小,焦炉煤气自用量并不大,只有5000-6000nm3/h。随着生产正常,装煤量增加,焦炉加热自用煤气量增加较多,正常时达到了10000nm3/h左右,当煤气开始交换时,由于工艺阀门全部关闭,焦炉回炉煤气流量急剧减小,低于控制系统的设定值,控制系统发出信号,全开回炉煤气执行机构(阀);当煤气交换结束时,工艺上相关阀门全开,由于回炉煤气执行机构全开,大量煤气涌入焦炉,回炉煤气量经常超过仪表测量上限,这时大量黑烟从烟囱中冒出。

3 回炉煤气控制原理

  3.1 控制系统组成

  回炉煤气控制系统主要由:测量元件(孔板)、智能变送器、电子式执行机构、ai模块、ao模块、计算机控制系统等几部分组成,图1为控制框图。

图1 控制框图

  式中:-偏差、xi-测量值、xs-给定值、习惯上称0为正偏差,0为负偏差。y-计算机输出。

  3.2 控制方案的实现
 
  整个控制系统采用的是西门子s7-300plc,与南钢1#、2#焦炉一样,由北京某公司提供设计方案,控制的过程是:现场回炉煤气流量检测变送器采集信号ft01到控制系统,通过控制系统组态,实现常规的pid控制(控制设定为内给定,控制参数为回炉煤气量),通过控制现场执行机构的开度来调节回炉煤气流量的大小,保证焦炉加热的均匀稳定。


4 回炉煤气控制优化

  4.1 优化控制的目的

  通过优化控制,实现在煤气交换时缓解回炉煤气流急剧增加,防止大量煤气涌入焦炉发生不完全燃烧而被吸入烟道,产生烟囱冒黑烟的现象。

  4.2 优化控制的方案

  通过对烟囱冒黑烟产生的原因分析、调试,我们发现只要在交换结束时,控制好回炉煤气量最大不超过12000nm3/h,就可以保证烟囱不冒黑烟、同时回炉煤气量满足工艺要求。要实现这一目的,就必需让回炉煤气流量控制的执行机构在交换时反向运动,也就是向关的方向运动,等交换完时,再进行正常自动控制。由于控制系统在设计时没有引入焦炉交换开始、结束的开关量信号,我们只能根据其它参数的变化来判断焦炉交换开始、结束的时间。通过分析,焦炉交换开始、结束时,煤气压力有较大的变化,为此利用煤气压力的变化作为判断焦炉交换开始、结束的信号。图2是优化控制流程图。

图2 优化控制流程图

 当煤气开始交换时,煤气主管压力p02开始增大,当p026.5kpa时,判断交换开始,触发延时功能块延时15秒,再触发加法功能块强制加上13000nm3/h值(因为15秒后回炉煤气流量已经急剧减小,大大低于当前给定值),在现场检测流量上强制加上13000nm3/h作为当前流量信号,与控制系统内给定值(一般设定为12000nm3/h)比较,由于当前流量高于内给定值,控制系统将向现场执行机构发出关指令;当交换结束时,煤气主管压力p02将减小,当p025kpa时,判断交换结束,强制值取消,这时计算机恢复正常对回炉煤气流量的自动调节。图3是控制系统中,优化后的控制梯形图,原理叙述略。

图3 优化后的控制程序梯形图

5 结束语

 焦炉运行一年来的实践证明,通过3#焦炉回炉煤气控制方案的优化,烟囱冒黑烟的现象得到了有效控制,改善了企业生产、生活环境、降低了能耗提高了生产效率,同时提示我们只有不断掌握新的生产工艺,才能找到更好的适应生产控制的方案。

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