专利名称：焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于焦炉自动化领域，具体涉及到焦炉炭化室压力与粗(荒)煤气传输的综合控制系统。
背景技术：
近年来，我国焦化行业已形成巨大的生产规模和实际生产能力，仅2009年焦炭生产量就达3. 5亿吨以上。但焦化生产能耗大、环境污染严重，其中主要的因素之一就是炭化室压力与粗煤气传输系统控制不完善，炼焦生产过程中推焦加煤、煤气换向、高压氨水消烟、结焦时间变化和机后压力变化等状态下，粗煤气传输系统波动极大，如不能及时调节， 将导致炭化室压力过低或过高，若炭化室压力过低，空气就从炉门、炉盖等处进入炉体，导致焦炭燃烧、灰分增加、焦炭质量下降；进入的空气不仅同炉体建筑材料发生化学反应，导致炉体剥蚀，缩短炉体使用寿命，还会促使荒煤气燃烧，使煤气系统温度增高，从而加重了冷却系统的负担，产生不必要的能源消耗。当炉体内的压力过高时，荒煤气将会从炉门、炉盖等处冒出来，一方面造成“跑烟冒火”，污染环境，另一方面降低了荒煤气的回收率，造成能源的浪费。多年来，这一问题一直未得到有效解决，成为困扰焦化企业重大技术难题。常规控制方法是将焦炉上升管蝶阀的控制回路与鼓风机及大循环控制回路作为各自独立的回路进行单回路控制，不能解决各系统之间的耦合问题，整个系统易频发振荡，稳定性得不到保障；70年代后期，国外开始焦炉集气管压力及鼓风机系统控制方面的研究与探索，迄今为止已形成了专家控制、模糊控制及复合控制等多种控制方案。近年来国内同样在理论与实践方面进行了大量探索，如将遗传算法和模糊神经网络相结合，用遗传算法对模糊神经网络的结构和参数进行优化，实现了焦炉集气管压力及鼓风机系统的单回路控制和解耦控制，具有一定的动态性；以及采用模糊控制实现了单回路控制和组内、组间解耦；采用补偿解耦算法实现了组内和组间解耦等系统。由于焦炉炭化室压力与粗煤气传输系统的复杂性，这些系统能起到一定的作用但是对于处理各子系统(压力控制系统、鼓风机调速控制系统和大循环控制系统)之间复杂的耦合影响及复杂工况下由结焦时间变化和煤质变化等因素造成的系统参数时变问题未见有有效的处理方法。
发明内容本实用新型目的是为解决焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制问题所设计一个集中控制系统。本实用新型涉及的一种焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统，其特征在于它包括集气管压力智能预测解耦控制子系统，鼓风机调速自适应预测控制子系统和大循环回路自适应预测控制子系统，初冷器前吸力检测信号、高压氨水流量检测信号和机后压力检测信号所构成的检测子系统和风机转速和电流检测子系统；各个子系统的检测信号和控制信号集中由焦炉集控室的DCS控制器实行采集与控制，实现各子系统的独立控制与协调控制。[0005]由于炭化室压力控制系统组间与组内之间及分管压力与总管吸力存在严重耦合关系，采用智能预测解耦控制器，进行对各集气管压力之间的解耦控制和集气管压力鼓风机调速系统之间的解耦控制，消除各控制系统之耦合干扰。采用实时模型在线辨识控制器，解决由于焦炉结焦时间变化导致煤气发生量变化而出现系统参数时变控制品质变差的问题。采用多参数数据融合及物料平衡与协调控制器，一方面依据多参数数据融合和控制决策判断方法克服焦炉推焦加煤、换向、高压氨水消烟操作对系统的干扰作用，另一方面运用物料平衡与协调控制方法使得上升管蝶阀的开度和鼓风机的转速达到最佳值。本实用新型的有益效果是系统投运后，基本杜绝了焦炉冒火冒烟现象的发生，实现清洁生产，达到环保要求；在具备机前自动调节翻板或者大循环自动调节翻板的情况下， 炭化室压力90%以上时间在设定值的士0.015KPa以内，如果没有则80%以上时间在设定值的士0. 025KPa以内；项目自投运以来，节能降耗明显，并取得了非常好的经济效益和社会效益，系统投运后，可实现风机节能6 10%左右；压力稳定可降低焦炭在炉内的损耗； 减少煤气散失广2%，相应提高了其他化产收率，同时杜绝由此产生的环境污染。
图1是焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统示意图。图2是1#2#焦炉集气管压力智能预测解耦控制系统示意图。
具体实施方式
焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统1由智能预测解耦控制器2、自适应预测控制器3、多参数数据融合及物料平衡与协调控制器4、实时模型在线辨识控制器5、实现炭化室压力环节(炼焦工段)的集气管压力智能预测解耦控制子系统6、粗煤气传输系统 (鼓冷工段)的鼓风机调速回路自适应预测控制子系统7、大循环调节回路自适应预测控制子系统8即炭化室压力与粗煤气传输系统综合协调平衡控制。其综合控制流程为1、检测鼓风机转速、上升管蝶阀开度、鼓风机调速执行机构反馈信号；检测各焦炉集气管压力、初冷器前吸力、机后压力、高压氨水流量、粗煤气温度等信号；2、将检测信号汇至焦炉集控室DCS，焦炉集控室DCS的控制量输出信号送至现场每个执行机构；3、焦炉集控室DCS中的焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统将各子系统的信号进行数据滤波和数字处理，综合应用智能预测解耦控制算法、自适应预测控制算法和模型在线辨识算法计算得到各单个输出的控制增量；再转化为各执行机构的开度增量的控制输出；实现焦炉炭化室压力与粗煤气传输系统的综合控制；4、综合监测各炭化室压力、鼓风机机前吸力、初冷器前吸力、机后压力、风机转速、 粗煤气温度等过程参数信号和推焦、装煤、平煤、高压氨水开启等操作动作信号，通过特征信息提取、推理机运算，进行综合决策判断，根据不同炉况，在线调整控制参数与控制策略。具体控制方法由以下几个部分组成(1)炭化室压力与荒煤气传输系统动态补偿解耦控制[0019]1#焦炉压力系统9和姊焦炉压力系统10 (可扩展到3#，4#，…)其各自π型管的大翻板的电动执行机构11、12，由于煤气传输管道先并联后，再与后续工艺串联，故炭化室压力控制系统组间与组内之间及分管压力与总管吸力存在严重耦合关系。13、14为本实用新型采用动态补偿快速解耦控制器，各控制系统之耦合干扰消除后，采用基于模型在线辨识的自适应预测控制器15、17和智能PID控制器16、18进行实时控制，控制的切换由切换开关19、20完成。在多座焦炉公用一套鼓冷系统的情况下，压力系统与鼓风机系统同样存在严重的耦合关系，则9、10分别为压力系统与鼓风机系统并由解耦控制器实现解耦。(2)鼓风机调速系统和大循环回路自适应预测控制焦炉鼓风机调速系统和大循环控制回路采用参数自动辩识技术，在线估计炉膛压力、炭化室温度等参数变化(如煤质变化、结焦时间变化导致的煤气发生量的变化)，动态调整控制参数，使得系统具备自适应功能，提高控制系统的鲁棒性及控制精度。(3)多参数数据融合和控制决策判断影响焦炉炉膛压力的因素非常多，在不同时刻是不同的因素在起主导作用，系统综合监测各炭化室压力、鼓风机机前吸力、初冷器前吸力、机后压力、风机转速、粗煤气温度等过程参数信号和推焦、装煤、平煤、高压氨水开启等操作动作信号，通过特征信息提取、推理机运算，进行综合决策判断，根据不同炉况，在线调整控制策略。(4)物料平衡与协调控制本系统以全流程“煤气输送平衡”为核心，通过实时采集炼焦、鼓冷、化产相关工序生产数据，监测煤气输送全流程状态，协调各个工序设备单元的操作控制，实现煤气生产和输送全流程各节点的煤气平衡。
权利要求1.一种焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统，其特征在于它包括集气管压力智能预测解耦控制子系统(6)、鼓风机调速自适应预测控制子系统(7)和大循环回路自适应预测控制子系统(8)，初冷器前吸力检测信号、高压氨水流量检测信号和机后压力检测信号所构成的检测子系统和风机转速和电流检测子系统；各个子系统的检测信号和控制信号集中由焦炉集控室的DCS控制器实行采集与控制。
2.根据权利要求1所述焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统，其特征在于其解耦控制采用的是智能预测解耦控制器(2 )。
3.根据权利要求2所述焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统，其特征在于系统参数时变控制采用的是实时模型在线辨识控制器(5 )。
4.根据权利要求3所述焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统，其特征在于系统中包括有多参数数据融合及物料平衡与协调控制器(4)。
专利摘要本实用新型提供了一种焦炉炭化室压力与粗煤气传输综合控制系统，包括集气管压力智能预测解耦控制子系统、鼓风机调速自适应预测控制子系统和大循环回路自适应预测控制子系统，各个子系统的检测信号和控制信号集中由焦炉集控室的DCS控制器实行采集与控制，实现各子系统的独立控制与协调控制，基本杜绝了焦炉冒火冒烟现象的发生，可实现风机节能6～10％，降低焦炭在炉内的损耗，减少煤气散失1～2%。
文档编号C10B41/00GK201962242SQ20112003508
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月9日 优先权日2011年2月9日
发明者周敏建, 宁芳青, 张世峰, 蔡景章 申请人:景德镇市焦化工业集团有限责任公司