吳春暉　陳博通

摘 要：干熄焦技術以其節(jié)能、環(huán)保和提高焦炭質量三大優(yōu)點備受企業(yè)、行業(yè)和國家的高度重視。介紹了一種實時計算和監(jiān)控干熄焦碳燒損率的方法和系統(tǒng)，以解決目前國內大部分焦化廠通過統(tǒng)計方法計算碳燒損率精度不高、周期較長的問題，從而更加有效地指導生產(chǎn)。

關鍵詞：干熄焦；燒損率；計算模型；實時監(jiān)控

中圖分類號：TQ522.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.120

1 背景

焦炭是高爐的重要原燃料，其生產(chǎn)技術的先進程度、產(chǎn)品質量的優(yōu)劣直接影響到高爐的經(jīng)濟技術指標和生產(chǎn)操作。干熄焦（CDQ）是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法，是煉焦工藝中一個十分重要的環(huán)節(jié)，它在改善焦炭質量、回收利用能源以及保護環(huán)境等方面有著傳統(tǒng)濕熄焦無法比擬的優(yōu)勢。近年來，在國家產(chǎn)業(yè)政策的要求下，國內干熄焦技術得到了空前的發(fā)展。碳燒損率是評價干熄焦裝置運行的重要指標，它與焦炭產(chǎn)量有直接的關系。干熄焦碳燒損率控制的好壞直接影響到焦化廠的收益。

目前，國內大部分焦化廠對干熄焦碳燒損率的計算都是采用統(tǒng)計的方法得到，通過盤點一段時間內（比如1個月）干熄爐焦炭裝入量、排焦量和焦粉產(chǎn)量，并結合式（1）計算得出：

由于此方法數(shù)據(jù)精度不高、統(tǒng)計周期較長，最終導致計算得出的碳燒損率對干熄焦的生產(chǎn)操作不具備指導意義。

干熄焦碳燒損率實時計算與監(jiān)控系統(tǒng)基于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分別建立碳燒損率周期模型、碳燒損率計算模型，實時計算出干熄焦碳燒損率，既不影響干熄焦正常生產(chǎn)，又能如期進行碳燒損率檢測，從而更加有效地指導生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)架構

干熄焦碳燒損率實時計算與監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)架構如圖1所示。配置一臺工控機7作為干熄焦碳燒損率實時計算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算服務器，它通過通信網(wǎng)絡4，5，6與系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺3相連；系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺通過控制電纜2實時采集干熄焦裝置運行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)1；在數(shù)據(jù)運算服務器中，通過干熄焦碳燒損率計算模型實時計算出干熄焦碳燒損率，并通過外部設備實時顯示給用戶，以指導生產(chǎn)。

2.1 數(shù)據(jù)運算服務器

數(shù)據(jù)運算服務器的作用是存儲和運行干熄焦碳燒損率計算的模型，實時計算出干熄焦碳燒損率。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺

系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺的作用是實時采集并統(tǒng)一管理干熄焦裝置運行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，它可以是DCS或PLC，也可以是氣體成分檢測儀、流量檢測二次儀表等數(shù)據(jù)采集裝置。

2.3 外部設備

外部設備可以是顯示器或記錄儀等設備，用于向用戶實時顯示干熄焦碳燒損率的計算結果，其可以與數(shù)據(jù)運算服務器在同一臺計算機上，也可以單獨配置。

2.4 通信網(wǎng)絡

通信網(wǎng)絡4，5，6可以是工業(yè)以太網(wǎng)或PROFIBUS等，其作用是將干熄焦碳燒損率實時計算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算服務器與系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺連接起來。

2.5 控制電纜

控制電纜可以是KVVP電纜，用于將干熄焦系統(tǒng)的現(xiàn)場設備和儀表連接到系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺。

2.6 干熄焦裝置運行過程

干熄焦裝置運行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括干熄焦裝置運行的工藝參數(shù)（比如溫度、壓力、流量）和干熄焦設備狀態(tài)等。

3 計算系統(tǒng)內部結構與模型

3.1 干熄焦碳燒損率實時計算系統(tǒng)內部結構

干熄焦碳燒損率實時計算與監(jiān)控系統(tǒng)主要由系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)運算服務器和外部設備3部分組成。通過搭建系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺，實時采集干熄焦裝置運行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)運算服務器中，基于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分別建立碳燒損率周期模型、碳燒損率計算模型，實時計算出干熄焦碳燒損率，最終通過外部設備實時顯示給用戶，用于指導生產(chǎn)。結構如圖2所示。

3.2 干熄焦碳燒損率計算的模型

干熄焦碳燒損率計算的模型包括碳燒損率周期模型和碳燒損率計算模型。

碳燒損率周期模型是整個干熄焦碳燒損率實時計算系統(tǒng)的邏輯控制中心，它通過判斷γ射線信號（安裝在干熄爐上的γ射線）或電容式料位計或雷達料位計等其他干熄爐內料位檢測裝置信號到來的時間間隔，從而得到碳燒損率計算的周期T，并通過消息傳遞的方式，向碳燒損率計算模型發(fā)送消息，觸發(fā)其執(zhí)行。圖3為碳燒損率周期模型結構。

碳燒損率計算模型的作用是實時計算干熄焦碳燒損率。干熄焦碳燒損率η的計算式如下：

焦炭燒損量Q焦炭燒損量由2部分組成，即Q焦炭燒損量1和Q焦炭燒損量2，計算公式如下：

式（3）（4）（5）中：Q焦炭燒損量1為干熄焦系統(tǒng)導入空氣造成的焦炭燒損量排煙部分；Q焦炭燒損量2為干熄焦系統(tǒng)導入空氣造成的焦炭燒損量循環(huán)氣體變化部分；Q空氣為干熄爐導入空氣流量；Q循環(huán)氣體為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體用量；ΦCO為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中CO的濃度；ΦCO2為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中CO2的濃度；ΦO2為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中O2的濃度；ΔΦCO為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中CO濃度的變化量；ΔΦCO2為干熄焦系統(tǒng)循環(huán)氣體中CO2濃度的變化量。

公式中所需參數(shù)數(shù)據(jù)由系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺中獲取。

4 結束語

目前，國內大部分焦化廠對干熄焦碳燒損率的計算都是采用間接統(tǒng)計的方法得到，數(shù)據(jù)精度不高、統(tǒng)計周期較長，對干熄焦的生產(chǎn)操作不具備指導意義。干熄焦碳燒損率實時計算模型與監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實踐，采用軟測量技術，系統(tǒng)實時計算出干熄焦碳燒損率，最終通過外部設備實時顯示給用戶，從而更加有效地指導生產(chǎn)，具有一定的推廣意義與應用價值。

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〔編輯：劉曉芳〕