邱 程，田龍振

（青島特殊鋼鐵有限公司焦化廠，山東青島 266413）

1 前 言

焦爐作為最復雜的冶金工業(yè)窯爐，其燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復雜，同時爐溫受到裝煤推焦、煤氣熱值等因素的影響，焦爐溫度變化規(guī)律較難歸納，造成人工測調(diào)焦爐爐溫的困難。其次，為提高焦爐四大車的利用率，焦爐生產(chǎn)串序由2-1小串序優(yōu)化為2-1大串序，焦爐爐溫的波動峰谷差變大，但規(guī)律性較強。為適應當前焦爐生產(chǎn)，需要焦爐自動測溫及爐溫自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)測溫，且能夠根據(jù)溫度波動進行調(diào)節(jié)。

K安指標是焦爐持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的關鍵指標，是決定焦炭產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素之一，所以需要焦爐技術人員不斷追求K安指標的最大化。

2 傳統(tǒng)焦爐爐溫測調(diào)與自動測溫及加熱控制系統(tǒng)的對比

傳統(tǒng)的焦爐爐溫測定由測溫崗位每4 h 測定1次，人工測溫時間受人為和生產(chǎn)因素影響較大，測溫時間最短為5 min，最長為10 min，測溫時間差異造成與實際爐溫偏差較大。中控崗位根據(jù)測定的平均溫度和標準溫度之間的差值進行煤氣流量的調(diào)節(jié)，但是在調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)，煤氣的少量（100～200 m3/h）增減對焦爐爐溫的波動并無太大影響，而且在煤氣流量不進行調(diào)節(jié)的前提下，焦爐爐溫的波動范圍會在30 ℃，遠超規(guī)定的±7 ℃。

基于上述原因，焦化煉焦作業(yè)區(qū)通過研究焦爐自動測溫技術和與同行進行相關技術交流，認為自動測溫系統(tǒng)有以下優(yōu)點：實時監(jiān)測標準火道溫度，解決測溫間隔時間長和測溫誤差大問題；根據(jù)直行溫度趨勢曲線的變化規(guī)律，指導現(xiàn)場操作人員調(diào)節(jié)煤氣流量；及時發(fā)現(xiàn)爐溫異常爐號，幫助熱工調(diào)節(jié)均勻系數(shù)；可以統(tǒng)計數(shù)據(jù)制作報表，自動給出均勻系數(shù)和安定系數(shù)；為自動加熱系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。

3 基于焦爐測溫及加熱控制系統(tǒng)

3.1 焦爐爐溫波動規(guī)律

利用焦化爐頂自動測溫系統(tǒng)，對測定出實時爐溫繪制成曲線，以1#爐為例，見圖1。

圖1 理想狀態(tài)下焦爐爐溫波動規(guī)律

根據(jù)曲線波動情況可知：當前采用的2-1大串序推焦方式，焦爐爐溫趨勢曲線呈正弦波動。以1#焦爐為例，當推焦至31號炭化室時，此時爐溫到達波峰位置，隨后溫度呈現(xiàn)下降趨勢；當推焦至95號炭化室時，此時爐溫到達波谷位置，隨后溫度呈上升趨勢，2#焦爐溫度趨勢正好相反。

爐體溫度波動幅度較大，峰谷溫差約25 ℃，導致安定系數(shù)偏低。為保證焦炭成熟，爐溫整體處于標準溫度上方，導致煤氣資源浪費。

3.2 傳統(tǒng)爐溫調(diào)節(jié)手段

傳統(tǒng)測溫和調(diào)節(jié)為根據(jù)手工測定的直行溫度數(shù)據(jù)，計算與標準溫度溫差，當大于標準溫度+7 ℃時，減少煤氣流量幅度200 m3/h；當小于標準溫度-7 ℃時，增加焦爐煤氣流量200 m3/h。如圖2所示：

圖2 溫度控制

傳統(tǒng)調(diào)控手段存在以下問題：由于是定時手動測溫，無法與推焦串序的節(jié)奏相適應，所以如果當手動測溫時間點恰好處于整個焦爐的波峰位置，之后爐溫呈現(xiàn)下降趨勢，此時減少焦爐煤氣流量，使得波谷位置爐溫更低，從而加大波峰波谷溫差，反之亦然。

3.3 焦爐測溫及加熱調(diào)控的創(chuàng)新與應用

創(chuàng)新做法：爐溫測調(diào)的穩(wěn)定與生產(chǎn)穩(wěn)定相輔相成，爐溫調(diào)節(jié)的目的在于生產(chǎn)的穩(wěn)定性，而焦爐爐溫的穩(wěn)定性由K安指標來決定，K安指標的合格是由生產(chǎn)操作和煤氣量調(diào)節(jié)共同決定的，因此在推焦串序由小串序改為2-1大串序后，煤氣量的調(diào)節(jié)也要與之相適應，所以因推焦串序造成的大波峰、大波谷就要通過大量增減煤氣量來進行削平；經(jīng)過實驗，逐漸改變煤氣調(diào)節(jié)幅度，焦爐煤氣調(diào)節(jié)幅度由原來的200 m3/h 流量增至500-700 m3/h，波峰波谷溫差由原來的25 ℃縮小至18 ℃；繼續(xù)增大焦爐煤氣調(diào)節(jié)幅度至1 300 m3/h，波峰波谷溫差縮小至6 ℃。

通過調(diào)節(jié)焦爐煤氣流量，穩(wěn)定1#焦爐機焦側(cè)平均溫度，縮小波峰波谷溫差，3 月14 日1#焦爐安定系數(shù)達到0.84，因此調(diào)節(jié)的方向是正確的。

通過將該調(diào)節(jié)理念轉(zhuǎn)化編輯為計算機程序，按照實際溫度的波動，計算機程序經(jīng)過計算進行調(diào)控，同時將分煙道吸力引入進行調(diào)節(jié)，得到如下計算機執(zhí)行邏輯。焦爐爐溫波動如圖3所示。

圖3 焦爐爐溫波動

當爐溫呈下降趨勢時，此刻及時增加焦爐煤氣用量，從而減緩爐溫下降趨勢。當爐溫呈升高趨勢時，此刻及時減少焦爐煤氣用量，從而減緩爐溫上升趨勢，同時適度調(diào)節(jié)分煙道吸力。采用焦爐煤氣調(diào)節(jié)，爐溫反應速度較高爐煤氣快，由波峰到波谷的時間為5.5 h，時間較短，因此采用反應速度快的焦爐煤氣調(diào)節(jié)效果更佳。將該調(diào)節(jié)規(guī)律總結(jié)為計算機控制邏輯。

測（調(diào)）試結(jié)果：3月25日至3月29日投入自動加熱控制，現(xiàn)場根據(jù)系統(tǒng)推薦提示調(diào)節(jié)焦爐煤氣流量，效果如下：峰谷溫差明顯縮小，直行溫度趨勢呈現(xiàn)接近一條直線，1#焦爐波峰波谷溫差僅為6 ℃，2#焦爐反應速度較慢，經(jīng)調(diào)整焦爐煤氣調(diào)節(jié)幅度后，波峰波谷溫差逐漸縮小至6 ℃。統(tǒng)計4 h均值直行溫度報表，30日，1#焦爐K安已達到0.92。

當調(diào)節(jié)煤氣流量時，協(xié)同調(diào)節(jié)分煙道吸力，確?？杖急群侠恚{(diào)試后分煙道含氧量相對穩(wěn)定。

由于焦化1#、2#焦爐的氮氧化物集中處理，1#、2#爐溫趨勢正弦波動方向相反，在自動加熱控制過程中，1#焦爐增加焦爐煤氣，2#焦爐減少焦爐煤氣，焦爐煤氣總用量基本不發(fā)生變化，因此不會造成氮氧化物明顯波動。

3.4 火落管理在爐溫調(diào)控中的應用

火落管理的原理：荒煤氣溫度在火落前一定的時間明顯地上升后急劇下降50 ℃的時間點為“火落時間”，用“火落時間”可以定量地表達焦餅的成熟度，火落管理是直接以產(chǎn)品質(zhì)量為對象的管理方法。焦爐熱工管理的主要目標是：調(diào)控好焦爐的結(jié)焦速率，盡量做到每一爐焦都能在預定的“目標火落時間”火落。對火落后的焦餅仍能照常繼續(xù)進行加熱，再經(jīng)過一段不低于技術要求的“燜爐時間”才可以進行推焦，確保從炭化室推出來的每爐焦炭的質(zhì)量。火落曲線如圖4所示。

圖4 火落曲線

焦餅在燜爐時間階段除了繼續(xù)進行干餾外，更重要的是各個部分進行受熱均勻化，這個階段對提高焦炭質(zhì)量是很有作用的。因此，為了保證焦炭成熟，必須規(guī)定不同的結(jié)焦時間所對應的燜爐時間。

通過在上升管三通處安裝熱電偶，對荒煤氣的溫度變化進行實時檢測，從而得到如下規(guī)律：通過在線監(jiān)測荒煤氣溫度趨勢，自動生成火落曲線；根據(jù)火落曲線，監(jiān)測火落時刻，判斷焦餅成熟度，避免焦炭過生過火現(xiàn)象；通過裝煤和推焦時間，自動計算火落時間和燜爐時間；根據(jù)各碳化室實際火落時間和目標火落時間，繪出全爐火落時間柱圖；根據(jù)全爐火落時間柱圖，診斷和評估全爐火落時間和燜爐時間均勻性，判斷高低溫爐號，控制全爐焦炭質(zhì)量均衡性。

3.5 焦餅測溫在焦爐爐溫調(diào)控中的應用

橫排溫度是反映焦爐橫向加熱均勻性的重要指標，焦爐共有4 488個立火道，每天測定一次不現(xiàn)實，通過在攔焦車的導焦柵上安裝測溫設備，在推焦時測定焦餅表面溫度，以此間接判斷橫排加熱的均勻性；焦餅中心溫度（1 000±50 ℃）是焦炭成熟的重要指標之一，是確定焦爐標準溫度的根本依據(jù)，所以當焦爐生產(chǎn)節(jié)奏發(fā)生變化（即，結(jié)焦時間發(fā)生變化）后，需要人工進行焦餅中心溫度的測量，但焦餅中心溫度測量復雜，基于上述原因，需要增設焦餅測溫系統(tǒng)。

通過在線監(jiān)測焦餅表面溫度，監(jiān)測焦餅上下部溫差和橫排溫度均勻性，自動生成上中下橫排溫度曲線，跟蹤焦爐上下溫度和橫向溫度變化趨勢，指導焦爐熱工管理。

3.6 壓力測量在焦爐爐溫穩(wěn)定方面的應用

焦爐正常生產(chǎn)所需要監(jiān)測的壓力制度是看火孔壓力，小煙道吸力，分煙道吸力，空氣過剩系數(shù)（分煙道氧含量），但受到高爐煤氣壓力變化，脫硫脫硝增加風機調(diào)節(jié)等因素的影響，焦爐燃燒系統(tǒng)內(nèi)的壓力變化較大，所以僅靠定期檢測壓力指標已經(jīng)不能滿足焦爐連續(xù)生產(chǎn)的要求，因此為提高焦爐爐溫自動控制系統(tǒng)的控制力，增加了看火孔壓力，小煙道吸力，空氣過剩系數(shù)的檢測。

下降氣流的小煙道吸力大于上升氣流小煙道吸力，根據(jù)二者吸力差，可以指導調(diào)火工在廢氣盤吸力調(diào)節(jié)方面的壓力變化。

看火孔壓力是表明焦爐高向加熱是否合適的重要指標，所以能夠?qū)崟r檢測看火孔壓力，使看火孔壓力能夠保持在0～10 Pa，確保高向加熱的均勻性，有利于爐內(nèi)上部焦炭的成熟。

分煙道內(nèi)殘氧指標反映了燃燒系統(tǒng)在空燃比，摻混比是否合適的重要指標，所以能夠?qū)崟r準確地反映分煙道含氧量有利于煤氣的充分燃燒和調(diào)節(jié)的合理性。

4 結(jié) 語

“焦炭是科技煉成的”，通過爐溫自動檢測系統(tǒng)，將原本屬于人工檢測的數(shù)據(jù)由測控設備執(zhí)行，既能夠確保測控的準確性又能夠確保測控的及時性。

通過持續(xù)優(yōu)化焦爐爐溫自動加熱系統(tǒng)，焦爐建立起了縱向（爐頂測溫），橫向（焦餅測溫）、高向（看火孔壓力）三位一體的立體化的溫度監(jiān)測和控制系統(tǒng)，為焦炭保質(zhì)保量的生產(chǎn)提供了技術支持。

焦爐的全自動控制是未來發(fā)展的方向，因此我們需要充分發(fā)掘自動測溫系統(tǒng)在節(jié)能降耗（節(jié)約煤氣用量），提質(zhì)增效（提高焦爐加熱均勻性），降低污染（氮氧化物排放）等方面優(yōu)勢。