專利名稱：焦爐加熱自動控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及焦爐加熱領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種焦爐加熱自動控制方法。

背景技術(shù)：
在煉焦的總能耗中，焦爐加熱耗用的能量約占煉焦總能耗的70％，所以焦爐加熱控制是煉焦生產(chǎn)中的關鍵環(huán)節(jié)，對溫度的控制效果的好壞將直接影響到煉焦產(chǎn)品質(zhì)量、焦爐的壽命、能源的利用以及環(huán)境保護等問題。
圖1所示為典型的焦爐爐體、焦爐基礎以及主要設備的剖面圖，焦爐最上部是爐頂區(qū)1，爐頂區(qū)1之下為彼此相間的燃燒室和炭化室2(圖中僅示出炭化室2，燃燒室與炭化室2在同一水平面上，并未示出)，爐體下部是蓄熱室4以及連接蓄熱室4與燃燒室的斜道區(qū)3，每個蓄熱室4下部的小煙道5通過交換開閉器6與分煙道7相連，分煙道7設在焦爐下部基礎兩側(cè)，根據(jù)位置分為機側(cè)分煙道和焦側(cè)分煙道。其中燃燒室分成許多立火道。通常，燃燒室立火道兩兩之間構(gòu)成雙聯(lián)火道，加熱煤氣和空氣在雙聯(lián)火道其中一個火道內(nèi)混合燃燒，燃燒后的廢氣由頂部的跨越孔進入另一火道，然后通過斜道區(qū)3、蓄熱室4、小煙道5及廢氣開閉器進入分煙道。間隔一定時間，加熱換向進行，如此往復。蓄熱室4下部的小煙道5的作用是在上升氣流時向蓄熱室4分配冷空氣，或在下降氣流時匯集蓄熱室4排出的廢氣。
在煉焦的實際生產(chǎn)中，焦爐的加熱過程是一個動態(tài)的熱平衡過程，一般來講，影響焦爐溫度波動的因素主要有以下幾方面(1)裝爐煤的揮發(fā)分、水分以及質(zhì)量等；(2)加熱煤氣的熱值、溫度以及壓力等；(3)生產(chǎn)操作中的周轉(zhuǎn)時間和檢修時間；(4)空氣過剩系數(shù)；(5)爐體散熱狀況和串漏。
從20世紀70年代開始，各個國家都在焦爐加熱自動控制方面研發(fā)出各種焦爐加熱自動控制系統(tǒng)，例如日本的焦爐自動燃燒控制系統(tǒng)(ACC)、法國的CRAPO系統(tǒng)、荷蘭的CETCO系統(tǒng)等等。中國也在20多年來研發(fā)出各種焦爐加熱自動控制系統(tǒng)。從控制策略的類別上看，現(xiàn)有技術(shù)中的焦爐加熱自動控制策略可以被分為三類，分別基于前饋、反饋和前反饋結(jié)合，其中前兩種控制較為簡單、效果不太理想，目前多以前反饋結(jié)合的控制策略為主，前反饋結(jié)合的控制策略又分為以反饋控制為主前饋控制為輔、和以前饋控制為主反饋控制為輔兩種。
現(xiàn)有的基于前反饋結(jié)合的焦爐加熱自動控制技術(shù)通常是將供熱量前饋和爐溫反饋相結(jié)合，以控制焦爐加熱煤氣流量和分煙道吸力以達到控制焦爐加熱的目的。其中，供熱量前饋主要考慮裝爐煤的水分和加熱煤氣的熱值變化，爐溫反饋主要將利用熱電偶測得的立火道溫度(直行溫度或代表直行溫度)或蓄熱室頂部溫度(將其擬合為立火道溫度值)與控制標準對比后進行調(diào)節(jié)。
現(xiàn)有的焦爐加熱自動控制技術(shù)存在著以下幾點不足 (1)前饋控制環(huán)節(jié)，只注意了裝煤水分和加熱煤氣熱值變化而引起的熱平衡改變，而沒有考慮焦爐作業(yè)過程中周期性的熱量需求變化；同時加熱煤氣流量調(diào)節(jié)(與焦爐溫度變化之間)的滯后問題沒能得到有效解決。
(2)在爐溫反饋環(huán)節(jié)中，由于立火道或蓄熱室頂部溫度較高，測量溫度使用的熱電偶成本較高，所以設置的測點較少，導致測點的代表性差。
此外，焦爐分煙道吸力調(diào)節(jié)也是控制焦爐溫度調(diào)節(jié)的另一重要環(huán)節(jié)，通過控制分煙道吸力來獲取適合于加熱煤氣流量的空氣量，其中機側(cè)和焦側(cè)的分煙道吸力是分別控制的。目前主要采用在線監(jiān)測分煙道的廢氣氧含量，根據(jù)氧含量的值與規(guī)定控制值相比較以進行控制，但是這種方式在一定程度上增加了成本。
由于現(xiàn)有的焦爐加熱自動控制方法存在以上不足，致使焦爐加熱自動控制長期處于高資金投入、低控制水平的狀態(tài)，這些大大制約了自動控制技術(shù)在焦爐加熱方面的推廣應用和提高。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于焦爐熱工理論的模糊控制技術(shù)，針對現(xiàn)有技術(shù)中的控制不精確、穩(wěn)定性不佳的缺陷，提供一種控制精確、穩(wěn)定性好的焦爐加熱自動控制方法。
焦爐傳熱是個復雜且不穩(wěn)定的過程，現(xiàn)有的焦爐加熱自動控制方法的研發(fā)大多基于對焦爐傳熱深入研究的基礎上。而本發(fā)明則避開了復雜的焦爐傳熱而基于基本的焦爐熱平衡和煉焦生產(chǎn)的實際過程進行研究。
發(fā)明人經(jīng)過大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，焦爐炭化室平均結(jié)焦時間是影響焦爐溫度的主要因素之一，并且其對焦爐溫度的影響具有周期性。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，i時刻的焦爐溫度Ti與之前某一時刻(即j時刻)時的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj之間具有較好的錯時對應的相關性。因此發(fā)明人建立了i時刻焦爐溫度Ti與j時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj之間呈正比線性關系的數(shù)學模型 Ti＝mtj+n 式(1) 其中i時刻比j時刻落后若干小時，也就表明了焦爐溫度與焦爐炭化室平均結(jié)焦時間之間是錯時對應的關系，經(jīng)過發(fā)明人多次實驗研究，i時刻與j時刻之間的時差為2-4小時時，相關性最好，相關性越好，焦爐溫度與焦爐炭化室平均結(jié)焦時間兩者的相關系數(shù)r越接近1，此時確定具有最佳的相關關系的為i′時刻焦爐溫度

與j′時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間

。需要說明的是，對于一確定的焦爐，本領域技術(shù)人員可以很容易地通過多次測量與計算得到多組T與t的數(shù)據(jù)，從而根據(jù)這些數(shù)據(jù)擬合出線性關系的曲線，以得到該曲線的斜率m和截距n，因此m、n以及i′時刻與j′時刻之間的時差對于一個處于一定生產(chǎn)狀況下的焦爐來說是可以唯一確定的。
其中，發(fā)明人提出的“焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj”，其具體定義是指截至到j時刻裝爐煤料在焦爐內(nèi)的平均停留時間，該值可以采用算術(shù)或加權(quán)兩種方法得到。假設一共有y個炭化室，任一個炭化室稱為第x號炭化室，即x＝1，2，3…y，一般地，當各炭化室之間裝煤量mx相差不大時(例如各炭化室的裝煤量mx與平均裝煤量m相差不超過±1％時)，則可以用截止到j時刻裝煤爐料在各個炭化室內(nèi)的各自停留時間txj的算術(shù)平均值作為焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj，即 其中x＝1，2，3…y 式(2) 反之，如果各炭化室之間裝煤量mx相差較大(例如各炭化室的裝煤量mx與平均裝煤量m相差超過±1％時)，則焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj等于截止到j時刻裝爐煤料在各個炭化室內(nèi)的各自的停留時間txj分別乘以平均裝煤量m與各個炭化室裝煤量mx的比值的加權(quán)平均值，即其中x＝1，2，3…y式(3) 本發(fā)明的發(fā)明人根據(jù)式(1)的數(shù)學模型進而建立適合焦爐加熱規(guī)律的加熱煤氣流量模型和分煙道吸力模型。
因此，本發(fā)明提供的焦爐加熱自動控制方法包括以下步驟a)測量焦爐溫度TM；b)根據(jù)測量的焦爐溫度TM確定加熱煤氣流量Q；c)根據(jù)加熱煤氣流量Q確定機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC；d)根據(jù)確定的加熱煤氣流量Q、機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC分別控制加熱煤氣流量、機側(cè)和焦側(cè)的分煙道吸力；其中，步驟b)包括以下步驟b1)獲得多組不同時刻的焦爐溫度T以及焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t的數(shù)據(jù)；b2)利用步驟b1)所獲得到的數(shù)據(jù)建立焦爐溫度T和焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t的錯時對應關系，得到i時刻焦爐溫度Ti與j時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj之間的數(shù)學模型Ti＝mtj+n，其中j時刻為i時刻之前一時刻，i′時刻焦爐溫度

與j′時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t′j之間有最佳的相關關系，確定斜率m、截距n，并確定i′時刻與j′時刻之間的時差；b3)利用測量的焦爐溫度TM、當前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t1、先前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t2，確定加熱煤氣流量Q，其中當前時刻與先前時刻的時差等于i′時刻與j′時刻之間的時差。
本發(fā)明所提供的焦爐加熱自動控制方法根據(jù)i時刻焦爐溫度Ti與j時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj之間的關系建立了線性正比的數(shù)學模型，確定相關性最好的i′時刻焦爐溫度

與j′時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t′j之間的關系，從而獲得了稍后會提到的優(yōu)選的精確的加熱煤氣流量模型和分煙道吸力模型，可以計算出精確的加熱煤氣流量Q、機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC，根據(jù)計算出的Q、aE和aC對焦爐的加熱進行控制。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明還提出了加熱煤氣流量和分煙道吸力模型，由于其所基于的參數(shù)(i時刻焦爐溫度Ti和j時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj)的相關性比現(xiàn)有技術(shù)中采用的數(shù)學模型中的參數(shù)要好，所以利用本發(fā)明所提出的數(shù)學模型得到的加熱煤氣流量和分煙道吸力進行控制可以更精準地控制焦爐溫度，焦爐溫度更穩(wěn)定，減小了檢修時間對焦爐溫度的影響，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式本發(fā)明可將焦爐直行溫度控制在理想溫度的±1℃以內(nèi)，并且選用了空氣溫度作為分煙道前饋項，可以將空氣過剩系數(shù)控制在1.20±0.05之內(nèi)，最大限度地降低了煉焦耗熱量，節(jié)約能源。并且根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，利用小煙道溫度來擬合焦爐(直行)溫度或直接建立小煙道溫度控制標準，從而不必使用昂貴的熱電偶，降低了成本，增加了測點的數(shù)量，測量溫度的代表性有很大提高。



圖1為典型的焦爐爐體、焦爐基礎以及主要設備的剖面圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明的焦爐加熱自動控制方法各要素之間的控制關系圖； 圖3為焦爐各部位溫度關聯(lián)關系圖。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
參見圖2，為本發(fā)明的焦爐加熱自動控制方法各要素之間的控制關系圖，一般地，現(xiàn)有的焦爐加熱自動控制方法包括以下步驟a)測量焦爐溫度TM；b)根據(jù)測量的焦爐溫度TM確定加熱煤氣流量Q；c)根據(jù)加熱煤氣流量Q確定機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC；d)根據(jù)確定的加熱煤氣流量Q、機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC分別控制加熱煤氣流量、機側(cè)和焦側(cè)的分煙道吸力，而本發(fā)明對其中步驟a)-c)都做出了改進，下面按發(fā)明重點依次分別闡述每一步驟。
其中步驟b)包括如上所述的各個步驟b1)-b3)，下面分別對各個步驟進行說明。
步驟b1)分別獲得多組焦爐溫度T以及焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t的數(shù)據(jù)，具體來說就是測量多個(不少于10個)煉焦作業(yè)小循環(huán)的焦爐溫度，并計算在不同作業(yè)小循環(huán)內(nèi)處于相同時刻焦爐溫度的算術(shù)平均值，用這個算術(shù)平均值作為該時刻的焦爐溫度T，并計算作業(yè)小循環(huán)內(nèi)不同時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t。以作業(yè)小循環(huán)的時間為20小時為例如果每30分鐘測量一次溫度(多點測量)，并計算出一個平均溫度，這樣每個小循環(huán)可以獲的40個平均溫度數(shù)據(jù)；10個小循環(huán)就獲得400個焦爐平均溫度的數(shù)據(jù)，將在不同小循環(huán)內(nèi)處于相同時刻的平均溫度數(shù)據(jù)再分別計算算術(shù)平均值，就可以得到最終的40個數(shù)據(jù)，即為不同時刻的焦爐溫度。溫度測量的頻率一般按照焦爐加熱換向時間確定測量頻率，例如30分鐘加熱交換一次，溫度測量就每30分鐘執(zhí)行一次。需要注意的是這些數(shù)據(jù)是對應各個時刻獲得的，其中焦爐溫度T可以通過計算機控制在線測量得到，焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t通過式(2)或式(3)得到，在此不再重復，焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t的計算時間間隔視需要而定，一般10分鐘的時間間隔比較合適。
步驟b2)利用上面得到的多組數(shù)據(jù)擬合出相關性最好的錯時對應的擬合曲線，確定斜率m、截距n，并確定i′時刻與j′時刻之間的時差。其中i′時刻與j′時刻之間的時差一般為2-4小時之內(nèi)的某一確定時差。本領域技術(shù)人員通過計算機的高速運算可以很容易得到相關性最好的式(1)的Ti＝mtj+n模型。其中式(1)的Ti＝mtj+n還具有高級形式，即其中x＝1，2，3…y 式(4) 其中txj為選定的一個炭化室的結(jié)焦時間，該炭化室的選擇可以使得焦爐溫度與炭化室的結(jié)焦時間之間的相關性提高。
步驟b3)利用測量的焦爐溫度TM、當前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t1、先前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t2，確定加熱煤氣流量Q，本領域技術(shù)人員根據(jù)所考慮的前饋以及反饋可以設計出合適的計算加熱煤氣流量Q的模型，本發(fā)明給出了一種利用式(1)得到的優(yōu)選計算模型，即步驟b3)包括以下步驟 b31)確定焦爐的周轉(zhuǎn)時間τ，并計算當前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t1、先前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t2、前一周轉(zhuǎn)時間內(nèi)加熱煤氣的平均流量QP； b32)利用下面的加熱煤氣流量模型式(5) 計算出加熱煤氣流量Q。其中式(5)是針對式(1)得到的，而如果針對式(4)給出的高級形式的模型，則式(5)中

可以用

代替。
式(5)中，各參數(shù)的更具體含義、單位以及獲取方式如下 τ焦爐的周轉(zhuǎn)時間(小時)，指焦爐生產(chǎn)計劃的作業(yè)周期，即在焦爐操作中把某個炭化室從推焦(或裝煤)到該炭化室下一次推焦(或裝煤)的時間間隔，焦爐的周轉(zhuǎn)時間一般為16-32小時； t1當前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間(小時)，可以根據(jù)上面對焦爐炭化室平均結(jié)焦時間的定義很容易地獲得； t2先前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間(小時)，同樣可以根據(jù)對焦爐炭化室平均結(jié)焦時間的定義很容易地獲得，其中，先前時刻是指當前時刻之前的一時刻，當前時刻與先前時刻的時差等于i′時刻與j′時刻之間的時差； QP前一周轉(zhuǎn)時間內(nèi)加熱煤氣的平均流量(m3/小時)，可以根據(jù)截止到計算時刻為止的前一周轉(zhuǎn)時間內(nèi)加熱煤氣流量狀況由控制系統(tǒng)的計算控制單元自動獲得； TRef焦爐的標準溫度(℃)，為焦爐加熱領域規(guī)定的標準溫度，也就是焦爐生產(chǎn)的最佳溫度，對于特定的一個焦爐來說，焦爐的標準溫度是確定的。該焦爐的標準溫度可以由生產(chǎn)廠家提供(依據(jù)爐型、爐齡和生產(chǎn)工況(裝煤方式、周轉(zhuǎn)時間))； TM測量的焦爐溫度(℃)，之前在步驟a)中測得； k1平均結(jié)焦時間前饋系數(shù)，選值范圍為0-0.08，一般來講，

的值在一定范圍內(nèi)適度增大則會降低焦爐溫度的波動幅度，但是這個值越大則加熱煤氣流量波動越大，進而會影響焦爐加熱系統(tǒng)穩(wěn)定性，所以

的值應當小于0.1，如果控制思路是穩(wěn)定加熱煤氣流量，則k1可以取零，這種情況下加熱煤氣流量對焦爐炭化室平均結(jié)焦時間變化引起的焦爐溫度變化不進行調(diào)整，而只對其他因素引起的焦爐溫度變化進行調(diào)整，這樣加熱煤氣流量相對穩(wěn)定，但焦爐溫度波動相對來說稍大，而如果控制思路是可以允許加熱煤氣流量作周期性適度波動而盡量降低焦爐溫度的波動幅度，則k1在加熱允許的情況下(加熱煤氣流量的波動不大于±10％)，盡量取較大的值以降低焦爐溫度的波動幅度； k2溫度反饋系數(shù)，選值范圍為0.005-0.025，其具體取值與測溫部位有關，稍后將結(jié)合步驟a)測溫部位的選取進一步詳細劃分； k3動態(tài)標準溫度系數(shù)，選值范圍為0-2.5，其具體取值也與測溫部位有關，稍后也將結(jié)合步驟a)測溫部位的選取進一步詳細劃分，一般k1、k3可以聯(lián)合確定，k1取值越大，k3取值越小，如果k1取零，則k3等于Ti＝mtj+n模型的斜率m，但是k1的變化對k3的影響不大，例如可以通過k3＝(1-20k1)m得到，這僅是粗略的計算公式本領域技術(shù)人員可以對其進行調(diào)整；以上三個參數(shù)均可以在其各參數(shù)的選值范圍內(nèi)選定，只要在這個選值范圍選取均可實現(xiàn)本發(fā)明。
對于步驟c)，本領域技術(shù)人員可以根據(jù)所考慮的前饋以及反饋設計出合適的計算出機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC的模型，本發(fā)明給出了一種優(yōu)選的計算方式，即步驟c)包括以下步驟 c1)測量空氣溫度Ta； c2)利用步驟b)中確定的加熱煤氣流量Q，分別根據(jù)下面的機側(cè)和焦側(cè)分煙道吸力模型 式(6) 式(7) 計算出機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC。
其中，各參數(shù)的具體含義、單位以及獲取方式如下 Ta空氣溫度(K)，可以采用本領域人員公知的各種測溫方法測量焦爐環(huán)境內(nèi)不受熱源干擾(交換機外)、不被太陽直曬的位置的空氣溫度，一般將測量點設在分煙道走廊的兩端； QRef加熱煤氣的基準流量(m3/小時)，為同一工況下(焦爐生產(chǎn)的周轉(zhuǎn)時間不變)多個焦爐生產(chǎn)小循環(huán)(一般不少于5個)的加熱煤氣的平均流量。采用高(貧)爐煤氣加熱時加熱煤氣的基準流量也被分為機側(cè)和焦側(cè)兩個基準流量； aERef機側(cè)分煙道基準吸力(Pa)，為同一工況中使用所確定的加熱煤氣的基準流量的情況下確定的能夠使得焦爐加熱空氣過剩系數(shù)和看火孔壓力保持適宜值的機側(cè)分煙道吸力； aCRef焦側(cè)分煙道基準吸力(Pa)，類似地，為同一工況中使用所確定的加熱煤氣的基準流量的情況下確定的能夠使得焦爐加熱空氣過剩系數(shù)和看火孔壓力保持適宜值的焦側(cè)分煙道吸力； TaRef空氣基準溫度(K)，可以根據(jù)當?shù)厝隃囟冉y(tǒng)計值確定的在當前時刻所處的時間段的空氣平均溫度，例如可以簡單地將全年溫度統(tǒng)計值劃分幾個時段，每個時段的平均氣溫就是空氣基準溫度，通常情況下，將設置測溫點地溫度視作空氣溫度使用，并以此確定空氣基準溫度，測溫點設置在焦爐分煙道走廊的兩端； PERef機側(cè)進風門的基準阻力(Pa)，在周轉(zhuǎn)時間確定的情況下，對應每一個空氣基準溫度就有一個適宜的進風門開度，在使用所確定的加熱煤氣基準流量和分煙道基準吸力的情況下測得的機側(cè)進風門的平均阻力即為機側(cè)進風門基準阻力； PCRef焦側(cè)進風門的基準阻力(Pa)，類似的，即為在上面的條件下測得的焦側(cè)進風門的平均阻力；以上七個參數(shù)為本領域人員通過慣常操作可以獲得的值，或者是在現(xiàn)有的自動控制單元上可以獲取的值； μ吸力的煤氣流量指數(shù)，選值范圍為1-2； ξ空氣溫度系數(shù)，選值范圍為0-1； 實際應用中可將μ、ξ的初始值分別確定為1.5和0.5，再由專業(yè)人員依據(jù)焦爐加熱的調(diào)節(jié)情況進行調(diào)整。
其中步驟a)測量的焦爐溫度TM可以為立火道溫度、蓄熱室頂部溫度和小煙道溫度中的一者，優(yōu)選為小煙道溫度。優(yōu)選情況下，按照焦爐作業(yè)的箋號設置多個測溫點，取其測量溫度的平均值作為焦爐溫度TM。
在焦爐的各個部位的溫度中，加熱控制的最終目標是焦餅中心溫度，其他各溫度均與焦餅中心溫度存在不同程度的相關，見圖3。其中火落溫度、焦餅(表面)溫度、爐墻(炭化室)溫度與焦餅中心溫度的相關性最好，但是如采用這些溫度則測量全爐溫度周期過長，投資較高，并不適合用于焦爐加熱控制?；鹇錅囟饶芊从辰癸灣墒烨闆r，對于修正焦爐標準溫度有很強的指導性。而立火道溫度在使用人工測量時，其測量溫度為立火道底部的磚的溫度，這個溫度可以使用，但是其易受爐體串漏、空氣過剩系數(shù)等因素影響，使其測量結(jié)果的真實性和代表性變差。自動測量的立火道底部溫度，與人工測量有著相似的缺陷，且如前所述采用的熱電偶成本較高。蓄熱室頂部(廢氣)溫度的特性使其作為焦爐溫度測量點較為合適，但缺點在于蓄熱室頂部部位的溫度較高，能夠測量這種高溫度的測量儀器的投資很大，所以設置的測點通常不是很多，費用高且代表性不好。分、總煙道溫度與焦餅中心溫度的相關性最弱，誤差較大。而小煙道溫度與焦餅中心溫度的相關性適中，符合焦爐加熱的自身特點，小煙道溫度與兩個燃燒室和三個炭化室直接相關，同時又與全爐其他燃燒室和炭化室間接相關，整體性較強，并且小煙道溫度相對較低，使用熱電阻或熱電偶價格低廉，可以安裝更多的熱電阻或熱電偶，這樣成本低，測點多，代表性強。并且小煙道在焦爐中所處的位置，方便了焦爐的日常維修。
由于測量的焦爐溫度的測溫點的不同，所以步驟b32)中的標準溫度TRef可以為基于上述各種焦爐溫度的標準溫度，例如測量點設置在立火道時，使用常用立火道標準溫度(直行標準溫度)，測量點設置在小煙道時，采用小煙道標準溫度，這些標準溫度對于本領域人員可以根據(jù)焦餅成熟情況確定，或者通過已經(jīng)確定的直行溫度標準和獲取的各部位溫度之間的關系數(shù)學模型來獲得相關部位的標準溫度。實際控制中，也可以將測量的其他部位的溫度通過模型擬合為立火道溫度，再與立火道的溫度標準比較進行調(diào)節(jié)。
對于上面提到的參數(shù)k2、k3其選值范圍當分別選擇小煙道溫度和立火道溫度或蓄熱室頂部溫度作為反饋的測量的焦爐溫度時也有具體的選值范圍，如表1所示。
表1 此外，如圖2所示，在自動控制系統(tǒng)中，前饋包括主前饋和輔助前饋，對于本發(fā)明來說，在計算加熱煤氣流量Q的數(shù)學模型中，主前饋為全爐各炭化室平均結(jié)焦時間t，輔助前饋可以為裝爐煤水分、加熱煤氣熱值等等，可以預留并根據(jù)企業(yè)的經(jīng)濟實力和煉焦生產(chǎn)的實際需要進行調(diào)整，而在計算焦爐分煙道吸力的數(shù)學模型中，前饋為加熱煤氣流量Q和空氣溫度Ta，反饋為人工或在線測量廢氣中O2含量，再通過專業(yè)人員建立的O2含量與分煙道基準吸力之間的數(shù)學模型，來調(diào)整分煙道基準吸力實現(xiàn)加熱用空氣量的控制。
上述的步驟b)和步驟c)可以由自動加熱控制單元執(zhí)行，步驟d)由自動加熱控制單元發(fā)出的控制信號來操縱機械機構(gòu)(例如控制加熱煤氣流量的調(diào)節(jié)翻板等)的運行，以達到控制焦爐溫度的目的，其中該自動加熱控制單元和機械機構(gòu)可以應用現(xiàn)有的基本的焦爐自動加熱控制單元和機械機構(gòu)，不同點僅在于，焦爐自動加熱控制單元中執(zhí)行的應用程序為根據(jù)本發(fā)明所提供的方法編寫的程序，本領域普通技術(shù)人員根據(jù)上述對本發(fā)明的描述可以得到該程序。
本發(fā)明所提供的方法在實施時只需對現(xiàn)有的焦爐加熱自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)略加改動，主要改變控制模型中的相關參數(shù)，就可以實現(xiàn)高效、精準控制焦爐加熱的目的，在這里不再贅述。
采用本發(fā)明提供的方法，可以利用現(xiàn)有焦爐加熱自動控制系統(tǒng)，實施成本低，在實際應用中可以達到理想的控制效果。此外，本發(fā)明在高爐煤氣加熱領域也可以實施，根據(jù)說明書公開的內(nèi)容本領域技術(shù)人員結(jié)合高爐加熱的特點僅需稍加改動就可以獲得高爐自動加熱控制方法，在此不再詳細介紹。
權(quán)利要求
1.一種焦爐加熱自動控制方法，該方法包括以下步驟
a)測量焦爐溫度TM；
b)根據(jù)測量的焦爐溫度TM確定加熱煤氣流量Q；
c)根據(jù)加熱煤氣流量Q確定機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC；
d)根據(jù)確定的加熱煤氣流量Q、機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC分別控制加熱煤氣流量、機側(cè)和焦側(cè)的分煙道吸力；
其特征在于，步驟b)包括以下步驟
b1)獲得多組不同時刻的焦爐溫度T以及焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t的數(shù)據(jù)；
b2)利用步驟b1)所獲得到的數(shù)據(jù)建立焦爐溫度T和焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t的錯時對應關系，得到i時刻焦爐溫度Ti與j時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間tj之間的數(shù)學模型Ti＝mtj+n，其中j時刻為i時刻之前一時刻，i′時刻焦爐溫度
與j′時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t′j之間有最佳的相關關系，確定斜率m、截距n，并確定i′時刻與j′時刻之間的時差；
b3)利用測量的焦爐溫度TM、當前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t1、先前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t2，確定加熱煤氣流量Q，其中當前時刻與先前時刻的時差等于i′時刻與j′時刻之間的時差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦爐加熱自動控制方法，其中，相關性最好的i′時刻焦爐溫度
與j′時刻焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t′j的i′時刻與j′時刻之間的時差范圍為2-4小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦爐加熱自動控制方法，其中，該方法的步驟b3)包括以下步驟
b31)確定焦爐的周轉(zhuǎn)時間τ，并計算當前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t1、先前時刻的焦爐炭化室平均結(jié)焦時間t2、前一周轉(zhuǎn)時間內(nèi)加熱煤氣的平均流量QP；
b32)利用下面的加熱煤氣流量模型
計算出加熱煤氣流量Q，其中TRef為焦爐的標準溫度，k1為平均結(jié)焦時間前饋系數(shù)，選值范圍為0-0.08之間，k2為溫度反饋系數(shù)，選值范圍為0.005-0.025之間，k3為動態(tài)標準溫度系數(shù)，選值范圍為0-2.5之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的焦爐加熱自動控制方法，其中，該方法的步驟c)包括以下步驟
c1)測量空氣溫度Ta；
c2)利用步驟b)中確定的加熱煤氣流量Q，分別根據(jù)下面的機側(cè)和焦側(cè)分煙道吸力模型
計算出機側(cè)分煙道吸力aE和焦側(cè)分煙道吸力aC，其中QRef為加熱煤氣的基準流量，aERef為機側(cè)分煙道基準吸力，aCRef為焦側(cè)分煙道基準吸力，TaRef為空氣基準溫度，PERef為機側(cè)進風門的基準阻力，PCRef為焦側(cè)進風門的基準阻力，μ為吸力的煤氣流量指數(shù)，選值范圍為1-2之間，ξ為空氣溫度系數(shù)，選值范圍為0-1之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦爐加熱自動控制方法，其中，測量的焦爐溫度TM為立火道溫度、蓄熱室頂部溫度和小煙道溫度中的一者。
全文摘要
一種焦爐加熱自動控制方法，該方法通過測量焦爐溫度，并使用焦爐加熱煤氣流量模型和分煙道吸力模型，計算出加熱煤氣流量Q和分煙道吸力a，并且分別對這兩者進行控制而實現(xiàn)對焦爐溫度的控制。本發(fā)明的方法在焦爐加熱自動控制過程中可以把握和運用焦爐溫度的變化規(guī)律，從而達到提高焦爐溫度控制精度、改善焦炭質(zhì)量、最大限度降低煉焦耗熱量、節(jié)約能源的目的。
文檔編號C10B41/00GK101372622SQ20071012048
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者尚文彬 申請人:尚文彬