專利名稱：焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于焦?fàn)t自動化領(lǐng)域，具體涉及到焦?fàn)t炭化室壓力與粗(荒)煤氣傳輸?shù)木C合控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，我國焦化行業(yè)已形成巨大的生產(chǎn)規(guī)模和實(shí)際生產(chǎn)能力，僅2009年焦炭生產(chǎn)量就達(dá)3. 5億噸以上。但焦化生產(chǎn)能耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重，其中主要的因素之一就是炭化室壓力與粗煤氣傳輸系統(tǒng)控制不完善，煉焦生產(chǎn)過程中推焦加煤、煤氣換向、高壓氨水消煙、結(jié)焦時間變化和機(jī)后壓力變化等狀態(tài)下，粗煤氣傳輸系統(tǒng)波動極大，如不能及時調(diào)節(jié)， 將導(dǎo)致炭化室壓力過低或過高，若炭化室壓力過低，空氣就從爐門、爐蓋等處進(jìn)入爐體，導(dǎo)致焦炭燃燒、灰分增加、焦炭質(zhì)量下降；進(jìn)入的空氣不僅同爐體建筑材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致爐體剝蝕，縮短爐體使用壽命，還會促使荒煤氣燃燒，使煤氣系統(tǒng)溫度增高，從而加重了冷卻系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生不必要的能源消耗。當(dāng)爐體內(nèi)的壓力過高時，荒煤氣將會從爐門、爐蓋等處冒出來，一方面造成“跑煙冒火”，污染環(huán)境，另一方面降低了荒煤氣的回收率，造成能源的浪費(fèi)。多年來，這一問題一直未得到有效解決，成為困擾焦化企業(yè)重大技術(shù)難題。常規(guī)控制方法是將焦?fàn)t上升管蝶閥的控制回路與鼓風(fēng)機(jī)及大循環(huán)控制回路作為各自獨(dú)立的回路進(jìn)行單回路控制，不能解決各系統(tǒng)之間的耦合問題，整個系統(tǒng)易頻發(fā)振蕩，穩(wěn)定性得不到保障；70年代后期，國外開始焦?fàn)t集氣管壓力及鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制方面的研究與探索，迄今為止已形成了專家控制、模糊控制及復(fù)合控制等多種控制方案。近年來國內(nèi)同樣在理論與實(shí)踐方面進(jìn)行了大量探索，如將遺傳算法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，用遺傳算法對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t集氣管壓力及鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的單回路控制和解耦控制，具有一定的動態(tài)性；以及采用模糊控制實(shí)現(xiàn)了單回路控制和組內(nèi)、組間解耦；采用補(bǔ)償解耦算法實(shí)現(xiàn)了組內(nèi)和組間解耦等系統(tǒng)。由于焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸系統(tǒng)的復(fù)雜性，這些系統(tǒng)能起到一定的作用但是對于處理各子系統(tǒng)(壓力控制系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)和大循環(huán)控制系統(tǒng))之間復(fù)雜的耦合影響及復(fù)雜工況下由結(jié)焦時間變化和煤質(zhì)變化等因素造成的系統(tǒng)參數(shù)時變問題未見有有效的處理方法。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是為解決焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制問題所設(shè)計一個集中控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型涉及的一種焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)，其特征在于它包括集氣管壓力智能預(yù)測解耦控制子系統(tǒng)，鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速自適應(yīng)預(yù)測控制子系統(tǒng)和大循環(huán)回路自適應(yīng)預(yù)測控制子系統(tǒng)，初冷器前吸力檢測信號、高壓氨水流量檢測信號和機(jī)后壓力檢測信號所構(gòu)成的檢測子系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電流檢測子系統(tǒng)；各個子系統(tǒng)的檢測信號和控制信號集中由焦?fàn)t集控室的DCS控制器實(shí)行采集與控制，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的獨(dú)立控制與協(xié)調(diào)控制。[0005]由于炭化室壓力控制系統(tǒng)組間與組內(nèi)之間及分管壓力與總管吸力存在嚴(yán)重耦合關(guān)系，采用智能預(yù)測解耦控制器，進(jìn)行對各集氣管壓力之間的解耦控制和集氣管壓力鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之間的解耦控制，消除各控制系統(tǒng)之耦合干擾。采用實(shí)時模型在線辨識控制器，解決由于焦?fàn)t結(jié)焦時間變化導(dǎo)致煤氣發(fā)生量變化而出現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)時變控制品質(zhì)變差的問題。采用多參數(shù)數(shù)據(jù)融合及物料平衡與協(xié)調(diào)控制器，一方面依據(jù)多參數(shù)數(shù)據(jù)融合和控制決策判斷方法克服焦?fàn)t推焦加煤、換向、高壓氨水消煙操作對系統(tǒng)的干擾作用，另一方面運(yùn)用物料平衡與協(xié)調(diào)控制方法使得上升管蝶閥的開度和鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到最佳值。本實(shí)用新型的有益效果是系統(tǒng)投運(yùn)后，基本杜絕了焦?fàn)t冒火冒煙現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，達(dá)到環(huán)保要求；在具備機(jī)前自動調(diào)節(jié)翻板或者大循環(huán)自動調(diào)節(jié)翻板的情況下， 炭化室壓力90%以上時間在設(shè)定值的士0.015KPa以內(nèi)，如果沒有則80%以上時間在設(shè)定值的士0. 025KPa以內(nèi)；項(xiàng)目自投運(yùn)以來，節(jié)能降耗明顯，并取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，系統(tǒng)投運(yùn)后，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能6 10%左右；壓力穩(wěn)定可降低焦炭在爐內(nèi)的損耗； 減少煤氣散失廣2%，相應(yīng)提高了其他化產(chǎn)收率，同時杜絕由此產(chǎn)生的環(huán)境污染。

圖1是焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)示意圖。圖2是1#2#焦?fàn)t集氣管壓力智能預(yù)測解耦控制系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)1由智能預(yù)測解耦控制器2、自適應(yīng)預(yù)測控制器3、多參數(shù)數(shù)據(jù)融合及物料平衡與協(xié)調(diào)控制器4、實(shí)時模型在線辨識控制器5、實(shí)現(xiàn)炭化室壓力環(huán)節(jié)(煉焦工段)的集氣管壓力智能預(yù)測解耦控制子系統(tǒng)6、粗煤氣傳輸系統(tǒng) (鼓冷工段)的鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速回路自適應(yīng)預(yù)測控制子系統(tǒng)7、大循環(huán)調(diào)節(jié)回路自適應(yīng)預(yù)測控制子系統(tǒng)8即炭化室壓力與粗煤氣傳輸系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)平衡控制。其綜合控制流程為1、檢測鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、上升管蝶閥開度、鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋信號；檢測各焦?fàn)t集氣管壓力、初冷器前吸力、機(jī)后壓力、高壓氨水流量、粗煤氣溫度等信號；2、將檢測信號匯至焦?fàn)t集控室DCS，焦?fàn)t集控室DCS的控制量輸出信號送至現(xiàn)場每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)；3、焦?fàn)t集控室DCS中的焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)將各子系統(tǒng)的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波和數(shù)字處理，綜合應(yīng)用智能預(yù)測解耦控制算法、自適應(yīng)預(yù)測控制算法和模型在線辨識算法計算得到各單個輸出的控制增量；再轉(zhuǎn)化為各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度增量的控制輸出；實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸系統(tǒng)的綜合控制；4、綜合監(jiān)測各炭化室壓力、鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前吸力、初冷器前吸力、機(jī)后壓力、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、 粗煤氣溫度等過程參數(shù)信號和推焦、裝煤、平煤、高壓氨水開啟等操作動作信號，通過特征信息提取、推理機(jī)運(yùn)算，進(jìn)行綜合決策判斷，根據(jù)不同爐況，在線調(diào)整控制參數(shù)與控制策略。具體控制方法由以下幾個部分組成(1)炭化室壓力與荒煤氣傳輸系統(tǒng)動態(tài)補(bǔ)償解耦控制[0019]1#焦?fàn)t壓力系統(tǒng)9和姊焦?fàn)t壓力系統(tǒng)10 (可擴(kuò)展到3#，4#，…)其各自π型管的大翻板的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)11、12，由于煤氣傳輸管道先并聯(lián)后，再與后續(xù)工藝串聯(lián)，故炭化室壓力控制系統(tǒng)組間與組內(nèi)之間及分管壓力與總管吸力存在嚴(yán)重耦合關(guān)系。13、14為本實(shí)用新型采用動態(tài)補(bǔ)償快速解耦控制器，各控制系統(tǒng)之耦合干擾消除后，采用基于模型在線辨識的自適應(yīng)預(yù)測控制器15、17和智能PID控制器16、18進(jìn)行實(shí)時控制，控制的切換由切換開關(guān)19、20完成。在多座焦?fàn)t公用一套鼓冷系統(tǒng)的情況下，壓力系統(tǒng)與鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)同樣存在嚴(yán)重的耦合關(guān)系，則9、10分別為壓力系統(tǒng)與鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)并由解耦控制器實(shí)現(xiàn)解耦。(2)鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和大循環(huán)回路自適應(yīng)預(yù)測控制焦?fàn)t鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和大循環(huán)控制回路采用參數(shù)自動辯識技術(shù)，在線估計爐膛壓力、炭化室溫度等參數(shù)變化(如煤質(zhì)變化、結(jié)焦時間變化導(dǎo)致的煤氣發(fā)生量的變化)，動態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，使得系統(tǒng)具備自適應(yīng)功能，提高控制系統(tǒng)的魯棒性及控制精度。(3)多參數(shù)數(shù)據(jù)融合和控制決策判斷影響焦?fàn)t爐膛壓力的因素非常多，在不同時刻是不同的因素在起主導(dǎo)作用，系統(tǒng)綜合監(jiān)測各炭化室壓力、鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前吸力、初冷器前吸力、機(jī)后壓力、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、粗煤氣溫度等過程參數(shù)信號和推焦、裝煤、平煤、高壓氨水開啟等操作動作信號，通過特征信息提取、推理機(jī)運(yùn)算，進(jìn)行綜合決策判斷，根據(jù)不同爐況，在線調(diào)整控制策略。(4)物料平衡與協(xié)調(diào)控制本系統(tǒng)以全流程“煤氣輸送平衡”為核心，通過實(shí)時采集煉焦、鼓冷、化產(chǎn)相關(guān)工序生產(chǎn)數(shù)據(jù)，監(jiān)測煤氣輸送全流程狀態(tài)，協(xié)調(diào)各個工序設(shè)備單元的操作控制，實(shí)現(xiàn)煤氣生產(chǎn)和輸送全流程各節(jié)點(diǎn)的煤氣平衡。
權(quán)利要求1.一種焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)，其特征在于它包括集氣管壓力智能預(yù)測解耦控制子系統(tǒng)(6)、鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速自適應(yīng)預(yù)測控制子系統(tǒng)(7)和大循環(huán)回路自適應(yīng)預(yù)測控制子系統(tǒng)(8)，初冷器前吸力檢測信號、高壓氨水流量檢測信號和機(jī)后壓力檢測信號所構(gòu)成的檢測子系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電流檢測子系統(tǒng)；各個子系統(tǒng)的檢測信號和控制信號集中由焦?fàn)t集控室的DCS控制器實(shí)行采集與控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)，其特征在于其解耦控制采用的是智能預(yù)測解耦控制器(2 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)參數(shù)時變控制采用的是實(shí)時模型在線辨識控制器(5 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中包括有多參數(shù)數(shù)據(jù)融合及物料平衡與協(xié)調(diào)控制器(4)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種焦?fàn)t炭化室壓力與粗煤氣傳輸綜合控制系統(tǒng)，包括集氣管壓力智能預(yù)測解耦控制子系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速自適應(yīng)預(yù)測控制子系統(tǒng)和大循環(huán)回路自適應(yīng)預(yù)測控制子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)的檢測信號和控制信號集中由焦?fàn)t集控室的DCS控制器實(shí)行采集與控制，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的獨(dú)立控制與協(xié)調(diào)控制，基本杜絕了焦?fàn)t冒火冒煙現(xiàn)象的發(fā)生，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能6～10％，降低焦炭在爐內(nèi)的損耗，減少煤氣散失1～2%。
文檔編號C10B41/00GK201962242SQ20112003508
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月9日
發(fā)明者周敏建, 寧芳青, 張世峰, 蔡景章 申請人:景德鎮(zhèn)市焦化工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司