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            UW500集散控制系統在焦化生產過程中的應用

            行業方案

            1、概述

              煉焦化學工業是鋼鐵工業的一個重要部分,焦炭可用作高爐冶煉的燃料,也可用于鑄造、有色金屬冶煉、制造水煤氣;可用于制造生產合成氨的發生爐煤氣,也可用來制造電石,以獲得有機合成工業的原料。
              UW500集散控制系統是杭州優穩與浙江大學工業自動化國家工程研究中心聯合開發,經過不斷分析總結、開發創新、測試改進與考核完善,推出的新一代集散控制系統。具有可靠性高、系統開放、功能強大、維護簡單等眾多優點,能夠對焦化生產提供高效優質的監控,提高控制的穩定性和協調性,降低產品生產成品并提高產品質量,提升產品市場競爭力。
            2、工藝簡介
              現代焦爐爐體最上部是爐頂,爐頂之下為相間配置的燃燒室和炭化室,爐體下部有蓄熱室和連接蓄熱室與燃燒室的斜道區。在煉焦生產過程中,煤料從煤塔卸到煤車分別送至各碳化室裝爐再將一定量的煤氣和適當比例的空氣經蓄熱室預熱后,送至燃燒室混合燃燒,煤在炭化室內由兩側燃燒室經硅磚壁傳熱進行單向供熱干餾。炭化室內的煤在干餾過程中產生大量的荒煤氣,荒煤氣通過集氣管流往回收作業區進行凈化與重利用。整個結焦周期一般為18.5h~23h,然后由推焦機把焦炭推出,并用惰性氣體進行干熄焦。

              在焦化生產過程中,焦炭質量、焦爐荒煤氣的回收利用效率,是焦化生產的主要經濟指標。而影響要素焦爐爐溫、集氣管壓力、低水份水熄焦/干熄焦等則是生產過程中的重點控制對象,是保證焦化生產平穩進行的關鍵因素。
                      


             圖1 焦化工藝流程圖

            3、控制策略
              焦化生產的整體控制方案主要分為:
            1. 順序控制系統
              主要包括焦爐換向、備煤、(配煤)篩焦、干熄焦(濕熄焦)等順序控制系統,用以實現對設備的順序啟停、順序控制和聯鎖保護等功能。
            2. 聯鎖系統
              主要包括鼓風機和電捕塔(電捕焦油器)的運行聯鎖、焦爐三大車或四大車(部分焦爐有除塵車)聯鎖及鼓風機\油泵和電捕塔(電捕焦油器)的運行連鎖等。
            3.車聯鎖
             通過在推焦車、攔焦車和熄焦車上設置的爐號識別裝置、數據采集裝置、無線數據傳輸裝置等,進行各車輛位置識別和工作狀態的自動采集,通過數據處理和數據雙向傳送,完成車輛間的信息傳遞和交換,實現推焦車、攔焦車、熄焦車聯鎖和操作管理功能。
            鼓風機聯鎖
              焦爐荒煤氣系統主要的控制設備為鼓風機,離心鼓風機的喘振控制通過煤氣小循環手動閥控制(一般不引入系統),煤氣總管吸力通過煤氣大循環或鼓風機調速控制實現;控制對象主要是∏形管后蝶閥,機前蝶閥,風機變頻器或液力偶合器??刂葡到y主要實現監控和風機系統的聯鎖和聯鎖記錄。

                   


            圖2 鼓風機聯鎖圖

            4.油泵聯鎖
            油壓低時,自動啟動油泵聯鎖保護。
            5.電捕箱聯鎖

                  

             圖3電捕箱聯鎖圖

            3.模擬量控制系統
              主要包括集氣管壓力控制系統、焦爐加熱系統(包含分煙道壓力控制、主煤氣流量控制等)、氣液分離器液位控制等。
            集氣管壓力控制
              焦爐集氣管壓力控制是焦爐控制的關鍵之一。采用先進控制手段,對焦爐焦氣管壓力進行長期穩定控制,對于改善環境、提高煤氣回收量和質量以及焦爐輔助產品產量和質量,具有重要的意義。
            分煙道壓力控制
              分煙道壓力控制的目的是保證煙道的吸力穩定,達到合理的空氣過剩系數,從而減少熱損失,提高熱效率。根據分煙道壓力變化自動調節煙道翻板的開度,穩定分煙道壓力。燃燒控制系統采用以加熱煤氣量作為前饋參數調節煙道吸力的方案,考慮到廢氣含氧量受諸多方面因素影響。
            主煤氣流量控制
              加熱系統控制采用前饋控制結合焦爐爐溫自動管理算法修正的方案,即將影響焦爐加熱的主要因素如加熱煤氣特性、配合煤的特性和焦爐操作等納入流量控制模塊。加熱控制采用前-反饋相結合的方式,根據實測的火道溫度反饋調節加熱煤氣流量;根據煤氣流量的變化前饋調節分煙道吸力的大小。
              由于火道溫度的多模式模糊控制單元中包含了影響焦爐加熱穩定的主要參數,以此為基礎的控制模式能正確反映焦爐加熱需求,具有很強的實用性,而且該模式還能夠對焦爐操作的狀態做出積極反應,使調火和操作管理相結合。
              另外,對整個生產過程特別是點火階段,我們充分利用DCS信息共享、歷史數據查詢及簡便的自定義控制算法編制等優勢,根據現場具體的工藝情況編制了控制程序。不但提高了控制水平,使產品質量得到穩定和增強。
            4、控制工程
              焦爐集氣管壓力系統作為一種強耦合、強干擾、嚴重非線性的控制對象,一直是焦化生產的控制難點,通過多年的經驗積累和轉向的技術攻關,浙大優穩已經開發了具有特色的焦爐集氣管壓力控制解決方案,既有效提高了集氣管壓力調節精度,有保證了系統的安全可靠運行。

             

             圖4 系統結構圖

             

             圖5 集氣管

            5、小結
                UW500集散控制系統——冗余設計方面采用雙重化冗余,零切換時間,保證連續控制性;系統內置輸入輸出表決、自檢和故障報告機制,無需用戶編程,只要組態配置即可自動實現冗余設計。高可靠I/O模塊:點點隔離、點點配電、在線點點更換。UW500集散控制系統集可靠性高、維護方便、配置靈活、功能強大等優點。
                焦化生產在使用了UW500集散控制系統之后,能夠明顯改善工人的工作強度,生產自動化水平得以實現,利用DCS強大集散控制能力,對現場儀表進行協調運行。產量和質量得到明顯提升,DCS特有的聯鎖控制也提高了焦化生產安全性,UW500集散控制系統的穩定性也使得生產過程安全可靠。

             

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