[科普中国]-煤气加热

简介

按热源的不同，金属热处理加热方法大致可分为燃料燃烧加热法、电加热法和高能量密度能源加热法3大类。燃料燃烧加热法所用燃料可以是固体（煤）、液体（油）和气体（煤气、天然气、液化石油气）。用于加热的气体燃料有煤气、天然气和液化石油气等。调节空气与气体的比值可以获得氧化或还原的燃烧气氛，从而减少工件加热时的氧化脱碳程度。这种加热方法适用于大件整体加热和燃气供应充足的地区1。

高炉煤气加热方案相对于焦炉煤气加热而言，高炉煤气的加热控制更为复杂，其发热量低、耗热量高、废气量大。由于火焰长，焦饼上下方向加热的均匀性好，但煤气流量受环境温度及压力的影响较大，热值没有焦炉煤气稳定。因此，系统采用了精确的焦炉加热数学模型，利用DCS较强的控制功能和一些传统的控制方法及40多条生产操作经验，对焦炉生产过程进行了有效的控制，结合生产工艺研制了3个主要控制模型。

焦炉目标温度控制模型由于焦炉结构复杂，直接连续测量立火道温度比较困难，且成本高，因此，我们采用蓄热室顶部为间接测量点，考虑到用高炉煤气加热时，蓄热室上升气流和下降气流温度变化较大，我们将其温度分为两段建立数学模型，通过人工多次测量立火道温度与蓄顶温度的比较，用回归分析法可得到立火道温度与蓄热室顶部温度关系的数学模型。

由此模型实施对燃烧温度的控制。此外，计算机程序还可自动屏蔽偶然发生故障的热电偶的信号，确保了计算的平均温度准确、可靠。根据温控数模的判别计算及与标准温度的比较，进行PID调节，输出炉温控制信号给执行器控制煤气调节阀，达到既稳定炉温控制又不频繁变换煤气操作的目的。

烟道吸力控制模型焦炉的压力制度及空气过剩系数的控制直接影响到炼焦的耗热量和焦炉的热效率。在系统中，烟道吸力控制是根据目标炉顶压力和实测炉顶压力的偏差来实现对烟道吸力的反馈控制。

前馈供热控制模型前馈供热控制的关键是炼焦耗热量的确定。通过实践中收集的大量数据进行统计处理，并根据焦炉的生产周期和高炉煤气受温度和压力影响较大等加热特点，选择前馈控制方式，同时对温度、压力进行补偿校正2。

系统组成及软件功能系统组成系统以FREEELANC2000为编程平台，通过组态程序及VB高级语言对系统进行了全面的编程设计。考虑到系统的稳定性，采用了结构化的程序设计，整套程序结构简捷、层次分明。

系统软件及功能评价应用软件为Digitool组态软件，监控软件为Digivis其他运行软件有DDE数据交换软件、数模控制软件、数据采集软件、打印软件等。通过上述软件下列多项管理、技术、统计等功能得以实现：

各检测点和控制点相应参数（温度、流量、压力、阀位、报警等）的实时显示；生产报表、历史趋势曲线、参数设定、定时采集、自动记录、自动生成日报表；在线阅读报表、调度联网；手动/自动切换方式；全自动燃烧控制，实现无人操作模式；温度超差、煤气压力超限、CO超差及外围设备故障报警等。

除上述外，本系统有下列新的功能及特点：

1.可通过操作界面进行高炉煤气和焦炉煤气2种加热方式的相互切换；系统设有4幅工艺流程画面，以备不同操作方式下使用。

2.系统增设了烟道及交换设备的巡检记录，备历史记录，规范管理。

3.操作方式更贴近用户，所有工艺参数的设置及修改均可由现场操作人员在操作站上自行设定，无须在工程师站上设定。

4.数学模型精确，智能化程度高，能使计算机技术与生产操作经验实现最大程度的融合。

5.投资小，性价比好，与国内外同类控制系统的投资比为1:10。

6.重复性投资小，维护费用低，热电偶可长期使用；系统中无昂贵的特殊仪表，靠完善数学模

型和人工操作技能的结合实现了较好的控制效果。

系统投入运行以来，取得了明显的运行效果。焦炉的稳定性良好，安定系数由0.58提高到0.9，耗热量降低2.5%，M40提高1.4%，M10降低0.3%。对炉温控制精度，分2次做了两种燃料加热时的测定，其中焦炉煤气测定的平均偏差为1.2℃，最大偏差为2℃；高炉煤气的平均偏差1.6℃，最大偏差为3.4℃3。

总结1.采用高炉煤气加热的自动加热控制系统，对温度、供热量、烟道吸力等技术参数进行优化建模，焦炉加热自动控制系统运行良好。

2.在焦炉加热系统中引入人工智能的控制方法与传统的控制方法相结合可取得较好的控制效果2。