一、概述

    焦爐集氣管系統(tǒng)是焦爐系統(tǒng)的重要組成部分，它負責收集焦爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焦爐煤氣，對其進行氣液分離、冷卻、洗滌等凈化操作，提供給民用供氣，鍋爐或高爐加熱等進一步使用。

在焦爐工業(yè)中焦爐集氣管壓力的穩(wěn)定是焦爐正常生產(chǎn)的重要保證。生產(chǎn)中受到多種因素的影響，如出焦、裝煤、爐加熱換向，工藝設備及管道阻力變化都會引 起集氣管壓力大幅度波動。當壓力過低時，空氣就會進入爐體，導致焦碳燃燒，灰份增加，焦碳質(zhì)量下降，加重冷卻系統(tǒng)的負擔并縮短爐體使用壽命，當壓力過高 時，荒煤氣將會冒出，造成跑煙冒火，降低了荒煤氣的回收率并造成環(huán)境污染。因此，集氣管壓力的穩(wěn)定對焦爐壽命的延長、減少放散的煤氣量、減輕環(huán)境污染和節(jié) 約能源都具有重要的作用。

二、影響集氣管壓力控制的要素

　　1、集氣管壓力調(diào)節(jié)回路之間的強耦合效應。焦爐集氣管壓力系統(tǒng)是一個耦合嚴重、具有嚴重非線性、時變特性、擾動變化激烈的多變量系統(tǒng)，焦爐集氣 管到初冷器前管道互通，任何一座焦爐集氣管的壓力波動都將影響其它各座焦爐集氣管壓力。在常規(guī)調(diào)節(jié)方式下，各個集氣管壓力獨立調(diào)節(jié)，沒有溝通和協(xié)調(diào)，任何 一座焦爐集氣管壓力的調(diào)節(jié)過程必然影響到其它焦爐集氣管壓力的穩(wěn)定，進而觸發(fā)其調(diào)節(jié)機構的動作。不同焦爐集氣管壓力的調(diào)節(jié)過程相互影響，從而形成典型的集 氣管并聯(lián)耦合振蕩現(xiàn)象。這種振蕩在推焦、裝煤和噴灑高壓氨水（N+1倒煙方式下才使用）的過程中更加嚴重。由于焦爐數(shù)量較多，進一步增加了整個系統(tǒng)的不穩(wěn) 定因素，如果沒有有效的控制措施，必然導致系統(tǒng)常時間處于連續(xù)振蕩狀態(tài)，調(diào)節(jié)品質(zhì)嚴重惡化。

　　2、 初冷器前吸力不穩(wěn)定。鼓風機后的煤氣壓力波動劇烈導致鼓風機前吸力的持續(xù)變化，并通過初冷器前吸力的波動直接影響焦爐集氣管壓力及調(diào)節(jié)過程，如果初冷器前吸力不穩(wěn)定，將直接誘發(fā)集氣管壓力波動并觸發(fā)振蕩。目前，初冷器前吸力僅僅通過鼓風機轉速和大、小回流控制，吸力實際仍然處于連續(xù)的大幅度的波動狀態(tài)，而且不節(jié)能，這無疑嚴重破壞了集氣管壓力的穩(wěn)定。因煤氣鼓風機本身所配的電動執(zhí)行器DJK-210B/S或其它類似的執(zhí)行器，調(diào)節(jié)幅度大，風機轉速變化范圍大，無法精確調(diào)整到1轉或2轉狀態(tài)。

　　3、以前集氣管壓力控制采用DCS系統(tǒng)單回路控制處于孤立狀態(tài)，缺乏相互顧及和協(xié)調(diào)。后來對集氣管壓力的控制采用程序控制，針對不同的狀況采用不同的控制方式，但收效甚微。鼓風機后壓力調(diào)節(jié)、鼓風機前吸力的變化、初冷器前吸力監(jiān)控都是集氣管壓力控制的重要的因素，但這三個參數(shù)本身就變化大并且又相互影響，所以集氣管壓力的穩(wěn)定控制就無法保證。

三、需要解決的問題

（1）壓力調(diào)節(jié)各自獨立,缺乏協(xié)調(diào)。焦爐壓力被分別由各自獨立的儀表調(diào)節(jié),控制信號缺乏必要的聯(lián)系，各爐翻板的動作缺乏協(xié)調(diào)，經(jīng)常出現(xiàn)壓力不平衡問題：如某座焦爐集氣管壓力升高后，在基本工況不變的情況下，引起其它1座或幾座焦爐集氣管壓力同時升高；

（2）傳統(tǒng)的PID控制原理不能適應在出焦、高壓氨水除塵加煤、換向等引起的煤氣壓力無規(guī)律的復雜變化，不能解決焦爐間的強烈耦合振蕩問題。

（3）需補償煤氣輸送管道布置的不對稱對風機吸力分配存在的影響。

（4）由于焦爐煤氣用戶的用量變化引起機后阻力變化頻繁，范圍較大，導致壓力控制效果時好時壞。

（5）由于幾座焦爐的幾根集氣管共用一套鼓冷，各焦爐與鼓風冷凝系統(tǒng)距離相差較大不一，煤氣輸送阻力有較大差異，壓力反應速度不同。在加煤時耦合干擾較突出。

四、系統(tǒng)設計的重點

根據(jù)以上之具體情況，我們在設計焦爐集氣管壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，首先考慮以下問題：其中硬件的改造和選擇以及軟件及專家方案的選擇具有同樣的重要性。

1、硬件選擇

（1）規(guī)范煤氣管線，合理分配鼓風機吸力；

（2）保證選用的壓力檢測儀表壓力變送器采用高精度的高穩(wěn)定性的，抗干擾能力強的智能壓力變送器；

（3）集氣管調(diào)節(jié)的執(zhí)行機構必須是高靈敏度的，靈敏度要求控制在±0.6 – 0.8%左右。

（4）采用高可靠性的控制器和工業(yè)監(jiān)控計算機以及通訊網(wǎng)絡；

（5）采用進口數(shù)字電動執(zhí)行機構（SZTBDKJ-100NB/S），精確調(diào)整風機轉速；

2、軟件選擇

（1）采用高性能的工業(yè)控制軟件，完成對焦爐集氣管壓力系統(tǒng)的監(jiān)視和操作；

（2）采用智能專家控制方案；

五、控制結構

根據(jù)實際需要，我們提出一套分層結構的基于專家系統(tǒng)技術的“混合模糊智能控制”方案，（1）現(xiàn)場執(zhí)行層

位于控制結構很底層的“基礎控制級”是整個控制方案能順利實施的關鍵。它主要包括：各分集氣管壓力獨立翻板調(diào)節(jié)系統(tǒng)、集氣管壓力調(diào)節(jié)智能解耦系統(tǒng)、鼓風機轉速調(diào)節(jié)系統(tǒng)、鼓風機后壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)等控制子系統(tǒng)。

（2） 協(xié)調(diào)控制層

位于整個控制系統(tǒng)的中間層的是協(xié)調(diào)控制級，它的目的是根據(jù)實際工況變化修正上述基礎控制級的回路設定值，完成系統(tǒng)的優(yōu)化設定工作。

（3） 管理層

管理決策層位于整個控制方案架構的很上層。它實際上是一個專家系統(tǒng)，在整個控制方案中起到統(tǒng)帥和中樞的作用，地位極其重要。管理決策層負責對集氣管 系統(tǒng)的實際運行工況進行實時辨識，經(jīng)過推理，按當時的工況和當時系統(tǒng)所具備的調(diào)節(jié)能力對控制目標進行決策，進而決定目前的控制策略，是否調(diào)風機轉速、調(diào)多 少并由此決定煤氣大循環(huán)調(diào)節(jié)（為避開風機共振點時使用）的啟動和停止等等。

六、技術方案簡述

（1）采用集中控制方式。將幾座焦爐幾根集氣管的壓力變送器檢測信號、初冷器前吸力信號、幾臺焦爐執(zhí)行機構控制信號、1 臺大循環(huán)執(zhí)行機構控制信號和位置反饋信號（檢測、控制點）集中至總控室，送給工業(yè)控制計算機。實現(xiàn)集中控制可實時掌握各焦爐生產(chǎn)變化、機前機后阻力等情 況，進行綜合分析計算和控制，確保各焦爐翻板動作的協(xié)調(diào), 避免相互干擾，大大增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，提高控制效果。

（2）開發(fā)運用多焦爐集氣管壓力模糊控制系統(tǒng)。模糊控制系統(tǒng)基本原理是將人的思維方式和操作經(jīng)驗賦予計算機，使之智能跟 蹤焦爐壓力的變化，精確計算出各蝶閥所需改變的角度,快速而準確地發(fā)出動作指令,合理動態(tài)調(diào)整風機吸力及其在各爐管道中的分配，確保系統(tǒng)壓力的高精度控 制。輸入變量采用幾座焦爐集氣管壓力信號和初冷前吸力信號，控制變量分別用于控制幾座焦爐集氣管調(diào)節(jié)翻板和回流控制翻板，輸入變量根據(jù)壓力偏差和壓力偏差 變化率定確定控制策略。

控制系統(tǒng)簡圖

　?。?）采取相應技術措施克服生產(chǎn)系統(tǒng)的多項不平衡因素。鼓風機吸力首先在初冷器前橫管分配，然后在各焦爐管道二次分 配。如果不能正確控制和調(diào)配，風機吸力在各點會按管徑自然分配,顯然對系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)是極為不利的。同時, 因各爐的煤氣發(fā)生量和鼓風機后阻力隨時變化,所以風機吸力大小及其分配也必須隨動跟蹤。否則，會使壓力高的焦爐里單位時間“積余”的煤氣量越來越大，壓力 居高不下；而另一些焦爐壓力則可能越來越低，很終抽成負壓，導致嚴重失衡。如果不能根據(jù)生產(chǎn)的變化及時調(diào)整風機吸力，也可能出現(xiàn)幾座焦爐同時跑煙冒火，或 同時負壓的惡劣工況。
　　采取技術措施是：運用模糊控制法調(diào)配各爐吸力，并及時對初冷器前吸力進行動態(tài)調(diào)節(jié)。
　　通過翻板開度的動態(tài)協(xié)調(diào),合理分配各爐所需吸力,以控制各爐管道中的煤氣流量,使煤氣既不能在爐內(nèi)“停留”,又防止被抽盡，避免了焦爐系統(tǒng)的壓力失衡，確保壓力的穩(wěn)定。

七、控制效果

（1）在正常生產(chǎn)條件下，幾座焦爐的幾個集氣管壓力穩(wěn)定控制在設定值內(nèi),壓力波動范圍控制在±20Pa。杜絕了爐門冒煙 冒火、負壓操作等現(xiàn)象的發(fā)生，對于改善環(huán)境，減少有害氣體和顆粒物的排放、促進焦爐生產(chǎn)清潔化、無害化具有重要意義。同時也減少了焦爐墻體剝蝕和內(nèi)部串 漏，有利于保護爐體護鐵件，延長焦爐壽命。

（2）在加煤及開關高壓氨水引起的壓力波幅較大時，在30－40s內(nèi)能夠恢復正常。

（3）促進安全生產(chǎn)，杜絕焦爐壓力振蕩和負壓運行現(xiàn)象，有利于降低煤氣中的含氧量。

（4）實現(xiàn)了全自動運行，無需人工干預。

（5）集氣管壓力穩(wěn)定可減少煤氣散失，相應提高了其它化產(chǎn)收率，降低焦炭在爐內(nèi)的損耗。

（6）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，故障率低，對于保證安全生產(chǎn)具有重要意義。