一种大型焦炉集气管压力自动控制系统及其控制方法 |
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| 申请号 | CN202311795553.6 | 申请日 | 2023-12-25 | 公开(公告)号 | CN117873195A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 铜陵泰富特种材料有限公司; | 发明人 | 陈亚明; 魏平; 安冬梅; 胡中平; 叶艳根; 汤瑞; 方梦伟; 汪志泽; 包新宇; 张鑫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种大型 焦炉 集气管压 力 自动控制系统，包括焦炉控制系统、化产冷鼓工段控制系统、高压 氨 水 控制和综合展示平台；在焦炉控制系统的各个集气管路上设有调节 阀 ；在焦炉控制系统的各个集气管路上，还设置用于对集气管路进行补充调节并与调节阀协调控制的工艺平衡阀；调节阀、工艺平衡阀均通过控制 电路 与焦炉控制系统连接。本发明还公开了该控制系统的自动控制方法。采用上述技术方案，通过将焦炉工段与回收工段统一控制，实现了吸气管调节阀、 煤 气鼓 风 机以及高压 氨水 泵 的多回路协调控制，并且引入工艺平衡阀与吸气管调节阀协调控制，解决了大型焦炉煤气 不平衡 的问题；实现了焦炉生产过程全流程监控，提高系统的安全性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种大型焦炉集气管压力自动控制系统，包括焦炉控制系统、化产冷鼓工段控制系统、高压氨水控制和综合展示平台；在所述的焦炉控制系统的各个集气管路上设有调节阀； |
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| 说明书全文 | 一种大型焦炉集气管压力自动控制系统及其控制方法技术领域[0001] 本发明属于焦化生产工艺及设备的技术领域。更具体地说，本发明涉及一种大型焦炉集气管压力自动控制系统。本发明还涉及该自动控制系统采用的自动控制方法。 背景技术[0002] 焦炉集气管压力就像人体血压一样，是焦化生产中极为重要的参数，对环境保护、焦炉寿命、焦碳质量、化产回收率与安全生产(煤气含氧量)等均起着极其重要的作用。焦炉为保证结焦末期炭化室底部微正压，焦炉集气管压力需保持一定的正压值；然而集气管压力过高容易造成荒煤气散逸；集气管压力过低容易造成炭化室吸入空气而影响焦炭质量；因此，焦炉集气管压力稳定，在焦化生产中至关重要。 [0003] 传统的集气管压力自动控制技术一般采用焦炉吸气管调节阀PID控制以及鼓风机频率PID自动控制。由于对集气管压力的影响因素十分复杂，煤气发生量、系统阻力、焦炉操作、集气管蝶阀开度、机后压力、鼓风机频率与调节方式等，对集气管压力控制都有影响。 [0004] 传统的单回路控制无法保证集气管压力稳定，尤其在多炉组以及大型焦炉的现场，压力波动更为明显。这样就对环境保护、焦炉寿命、焦碳质量、化产回收率、安全生产产生不利影响，甚至造成严重危害。 [0007] “捣固焦炉无烟装煤物联网全流程控制工艺，通过物联网系统将装煤、鼓冷、煤气净化3个工序的作业过程整合后统一由地面控制站控制，其中装煤工序包括装煤前准备阶段、装煤进行阶段及装煤结束阶段；控制参数至少包括：装煤车动作信号、高压氨水压力与流量、集气管压力、煤气鼓风机输送动力”； [0008] 其记载的技术效果是： [0009] “能够实现煤气发生和输送的动态平衡控制、烟尘控制和氧含量调节，并能实现装煤烟气的回收与利用，从而达到焦炉装煤烟尘的高效治理、节能及增加化产品收益的目的”。 [0010] 但是实质上，该文献记载的技术方案并未能解决现有技术中存在的“传统的单回路控制无法保证集气管压力稳定，尤其在多炉组以及大型焦炉的现场，压力波动更为明显，对环境保护、焦炉寿命、焦碳质量、化产收率、安全生产产生不利影响，甚至造成严重危害”的问题和缺陷。 发明内容[0011] 本发明提供一种大型焦炉集气管压力自动控制系统，其目的是通过多回路协调控制，实现集气管道的煤气输送平衡，稳定集气管压力。 [0012] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为： [0013] 本发明的大型焦炉集气管压力自动控制系统，包括焦炉控制系统、化产冷鼓工段控制系统、高压氨水控制和综合展示平台；在所述的焦炉控制系统的各个集气管路上设有调节阀；在所述的焦炉控制系统的各个集气管路上，还设置用于对集气管路进行补充调节并与调节阀协调控制的工艺平衡阀；所述的调节阀、工艺平衡阀均通过控制电路与焦炉控制系统连接。 [0014] 所述的调节阀的执行机构采用电气液压控制机构。 [0016] 所述的焦炉控制系统的焦炉数据采集是通过一入两出安全栅，采集焦炉工段的相关反馈信号，所述的焦炉工段的相关反馈信号包括集气管压力、吸气管调节阀阀位、工艺平衡阀阀位、高压氨水流量的信号。 [0017] 所述的化产冷鼓工段控制系统设置化产PLC控制器。 [0018] 所述的化产冷鼓工段控制系统通过一入两出安全栅，采集回收工段相关反馈信号；所述的回收工段相关反馈信号包括高压氨水泵频率、鼓风机频率、鼓风机转速、鼓风机电流、初冷前吸力、鼓风机前吸力、鼓风机后压力、大循环阀门阀位信号。 [0019] 所述的高压氨水控制接入化产PLC控制器，所述的化产PLC控制器通过高压氨水泵对高压氨水的流速进行控制。 [0020] 所述的综合展示平台将从焦炉工段与冷鼓工段的关键工艺参数集中展示，并与既有的IFIX展示平台融合，便于生产人员的监护和操作，实现焦炉生产过程全流程监控。 [0021] 所述的综合展示平台融合到既有的化产和炼焦的平台里；在正常工况下无需进行人工干预；为了保证风机的安全运行，所述的综合展示平台设置电流保护、防喘振保护，并制作完善的历史记录。 [0022] 为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的大型焦炉集气管压力自动控制系统的自动控制方法，其具体技术方案是： [0023] 将风机大循环阀门加入所述的化产冷鼓工段控制系统，作为补充调节，提高调节精度； [0024] 所述的化产冷鼓工段控制系统对初冷前吸力及其变化率、整个集气管路压力信号及其变化率一起进行采集和综合分析，通过计算反馈给鼓风机，调节鼓风机的转速和风机大循环阀门的开度，保证整个煤气管路的吸力，达到初冷前吸力平衡的目的； [0025] 所述的化产冷鼓工段控制系统还采用分段快开模式来应对焦炉装煤和焦炉换向带来的系统压力瞬时冲击。 [0026] 所述的高压氨水控制方式是： [0027] 所述的高压氨水控制方式是：当化产PLC控制器接收到装煤信号后，化产PLC控制器对集气管路压力信号计算，计算得到集气管路压力信号变化的斜率；化产PLC控制器根据该斜率控制高压氨水在装煤时从低速切换到高速；装煤结束后，高压氨水再从高速切换到低速；一方面减少高压氨水突然打开对系统压力冲击，另一方面节约电能。 [0028] 本发明采用上述技术方案，通过将焦炉工段与冷鼓工段统一控制，实现了吸气管调节阀、煤气鼓风机以及高压氨水泵的多回路协调控制，并且引入工艺平衡阀与吸气管调节阀协调控制，解决了大型焦炉21串序煤气不平衡的问题；集气管压力自动调节系统在结构上与既有控制系统互为冗余，施工不影响整个焦炉的运行，在特殊情况下可切换至原系统控制，提高系统安全性；集气管压力自动调节系统与既有IFIX组态软件平台融合，实现了焦炉生产过程全流程监控，为安全生产提供数据支撑。附图说明 [0029] 图1为本发明的大型焦炉集气管压力自动控制系统示意图。 具体实施方式[0030] 下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。 [0031] 如图1所示本发明的结构，为一种大型焦炉集气管压力自动控制系统，包括焦炉控制系统、化产冷鼓工段控制系统、高压氨水控制和综合展示平台；在所述的焦炉控制系统的各个集气管路上设有调节阀。 [0032] 为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，通过多回路协调控制，实现集气管道的煤气输送平衡，稳定集气管压力的发明目的，本发明采取的技术方案为： [0033] 如图1所示，本发明的大型焦炉集气管压力自动控制系统，在所述的焦炉控制系统的各个集气管路上，还设置用于对集气管路进行补充调节并与调节阀协调控制的工艺平衡阀；所述的调节阀、工艺平衡阀均通过控制电路与焦炉控制系统连接。 [0034] 本发明通过煤气压力控制系统，使得整个煤气系统的管道压力，在焦炉集气管处的压力在设定值±40Pa内波动，从而保证焦炉炭化室底部微正压和减少煤气逸散。 [0035] 1、焦炉控制系统： [0036] 本发明针对大型焦炉21串序煤气不平衡问题，将工艺平衡阀纳入集气管压力自动控制系统，将炼焦工段与化产冷鼓工段看成一个有机整体，进行统一分析、协调控制，通过吸气管调节阀、工艺平衡阀、煤气鼓风机以及高压氨水泵的多回路协调控制，实现管道的煤气输送平衡，稳定集气管压力。 [0037] 所述的调节阀的执行机构采用电液控制机构。 [0038] 为了提高调节阀的精度和反应速度，将6个远程控制阀门执行机构由现有技术的电动机构改成电液控制机构，达到了系统快速准确响应的目的，并把6段集气管上的六个手动工艺平衡阀执行机构设置为电动机构，作为6段集气管压力控制的补充调节。调节阀采用精度0.5等级的电液执行机构，来保证焦炉集气管压力调节快速平衡。 [0039] 所述的焦炉控制系统设置炼焦PLC控制器。 [0040] 在焦炉控制室增加一套带通讯功能西门子PLC系统，通过一入两出安全栅对集气管压力信号采集分析后，对1号～6号调节阀进行控制。另外，为了保证调节的灵活性，每段吸气管上各新增一套平衡调节阀，作为补充调节，提高调节精度； [0041] 为了不影响现场生产，在焦炉控制室和化产风机控制室内各增加一套PLC系统，焦炉PLC系统和四车连锁信号进行通讯，便于采集焦炉的装煤信号和换向信号；当焦炉装煤和焦炉换向带来的系统压力瞬时冲击时，鼓风机按照系统固定频率快速响应。 [0042] PLC控制系统对集气管压力的变化率进行综合分析，再运行自动控制计算并将控制指令传送给现场执行机构，来稳定6段集气管的压力，整个控制系统可以对计算参数进行在线修正，来满足现场复杂的工况要求。 [0043] 所述的焦炉控制系统的焦炉数据采集是通过一入两出安全栅，采集焦炉工段的相关反馈信号，所述的焦炉工段的相关反馈信号包括集气管压力、吸气管调节阀阀位、工艺平衡阀阀位、高压氨水流量的相关信号。 [0044] 2、化产冷鼓工段控制系统： [0045] 所述的化产冷鼓工段控制系统设置化产PLC控制器。 [0046] 所述的化产冷鼓工段控制系统通过一入两出安全栅，采集回收工段相关反馈信号；所述的回收工段相关反馈信号包括高压氨水泵频率、鼓风机频率、鼓风机转速、鼓风机电流、初冷前吸力、鼓风机前吸力、鼓风机后压力、大循环阀门阀位信号。 [0047] 化产风机控制室内增加一套带通讯功能PLC系统，通过一入两出安全栅对集气管压力信号和初冷前压力采集分析后，对风机频率进行调节，保证整个煤气管道的吸力；另外，大循环阀门加入自动控制系统，作为补充调节，提高调节精度； [0048] PLC控制系统对初冷前吸力的变化率和整个集气管压力的变化率一起进行综合分析，通过计算反馈给系统来调节鼓风机的转速和大循环的阀门开度，达到初冷前吸力平衡的目的。 [0049] 另外，控制系统还采用了分段快开模式来应对焦炉装煤和焦炉换向带来的系统压力瞬时冲击。 [0050] 3、高压氨水控制： [0051] 所述的高压氨水控制接入化产PLC控制器，所述的化产PLC控制器通过高压氨水泵对高压氨水的流速进行控制。 [0052] 将原先离线恒转速控制的高压氨水控制接入到本系统；当系统接收到装煤信号后，高压氨水速度通过集气管压力信号计算后，用一种变化的斜率从低转速切换到高速；装煤结束后高压氨水又从高速切换到低速，一方面减少高压氨水突然打开对系统压力冲击，另一方面节约电能。 [0053] 4、综合展示平台： [0054] 所述的综合展示平台将从焦炉工段到冷鼓工段的关键工艺参数集中展示，并与既有的IFIX展示平台融合，便于生产人员的监护和操作，实现焦炉生产过程全流程监控。 [0055] IFIX是Intellution自动化软件产品家族中的一个基于Windows平台的HMI/SCADA组件，是功能强大的自动化监视与控制的软件解决方案。基于windowsNT/2000平台上的IFIX可以帮助用户精确地监视、控制生产过程，并优化生产设备和企业资源管理。能够对生产事件快速反应，减少原材料消耗，提高生产率，从而加快产品对市场反应速度，生产的关键信息可以通过IFIX贯穿从生产现场到企业经理的桌面的全厂管理体系，以方便管理者做出更快速更高效的决策。由于运用了直观的图形工具，IFIX的用户可以快速上手，简单快捷地为他们的生产过程创建。其功能结构特点是可以减少开发自动化项目的时间，缩短系统升级和维护的时间，与第三方应用程序无缝集成，增强生产力。 [0056] IFIX的SCADA部分提供了监视管理、报警和控制功能，能够实现数据的绝对集成和实现真正的分布式网络结构。IFIX的HMI部分是监视控制生产过程的窗口，提供了开发操作员熟悉的画面所需要的所有工具。 [0057] 所述的综合展示平台融合到既有的化产和炼焦的平台里；在正常工况下无需进行人工干预；为了保证风机的安全运行，所述的综合展示平台设置电流保护、防喘振保护，并制作完善的历史记录。 [0058] 新编程一套上位机展示平台，并融合到目前已有的化产和炼焦的平台里面，正常情况下不需要人工干预，系统安全可靠。 [0059] 5、控制系统的自动控制方法： [0060] 为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的大型焦炉集气管压力自动控制系统的自动控制方法，其具体技术方案是： [0061] 将风机大循环阀门加入所述的化产冷鼓工段控制系统，作为补充调节，提高调节精度； [0062] 所述的化产冷鼓工段控制系统对初冷前吸力及其变化率、整个集气管路压力信号及其变化率一起进行采集和综合分析，通过计算反馈给鼓风机，调节鼓风机的转速和风机大循环阀门的开度，保证整个煤气管路的吸力，达到初冷前吸力平衡的目的； [0063] 所述的化产冷鼓工段控制系统还采用分段快开模式来应对焦炉装煤和焦炉换向带来的系统压力瞬时冲击。 [0064] 所述的高压氨水控制方式是： [0065] 所述的高压氨水控制方式是：当化产PLC控制器接收到装煤信号后，化产PLC控制器对集气管路压力信号计算，计算得到集气管路压力信号变化的斜率；化产PLC控制器根据该斜率控制高压氨水在装煤时从低速切换到高速；装煤结束后，高压氨水再从高速切换到低速；一方面减少高压氨水突然打开对系统压力冲击，另一方面节约电能。 [0066] 本发明采用上述技术方案取得的有益效果是： [0067] 1、通过将焦炉工段与回收工段统一控制，实现了吸气管调节阀、煤气鼓风机以及高压氨水泵的多回路协调控制，并且引入工艺平衡阀与吸气管调节阀协调控制，解决了大型焦炉21串序煤气不平衡的问题； [0068] 2、集气管压力自动调节系统在结构上与原控制系统互为冗余，施工不影响整个焦炉的运行，在特殊情况下可切换至原系统控制，提高系统安全性； [0069] 3、集气管压力自动调节系统与IFIX组态软件平台融合，实现了焦炉生产过程全流程监控，为安全生产提供数据支撑。 [0070] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。 |
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