本文摘要：風(fēng)機(jī)論文通過智能控制系統(tǒng)保證焦?fàn)t集氣管內(nèi)壓力符合工藝指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前集氣總管的壓力恒定控制，大大改善了焦?fàn)t生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，完全達(dá)到了生產(chǎn)工藝要求。新的智能控制系統(tǒng)有集成自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，節(jié)能高效等明顯優(yōu)點(diǎn)。解決了兩臺(tái)鼓
風(fēng)機(jī)論文通過智能控制系統(tǒng)保證焦?fàn)t集氣管內(nèi)壓力符合工藝指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前集氣總管的壓力恒定控制，大大改善了焦?fàn)t生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，完全達(dá)到了生產(chǎn)工藝要求。新的智能控制系統(tǒng)有集成自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，節(jié)能高效等明顯優(yōu)點(diǎn)。解決了兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行靠調(diào)節(jié)回流閥無法實(shí)現(xiàn)壓力恒定和相互無擾動(dòng)切換，這個(gè)困擾焦?fàn)t生產(chǎn)的難題。焦?fàn)t集氣管壓力智能控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，對(duì)于改善環(huán)境、提高煤氣回收量和質(zhì)量，都具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，值得推廣。
《風(fēng)機(jī)技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1959年，由沈陽鼓風(fēng)機(jī)研究所主辦。是我國風(fēng)機(jī)行業(yè)唯一的專業(yè)技術(shù)期刊，中國科技核心期刊，中國科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊，中國科技期刊引證報(bào)告統(tǒng)計(jì)源期刊,中國學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)源期刊，中國期刊全文數(shù)據(jù)庫全文收入期刊，中國期刊網(wǎng)、光盤國家工程中心用刊。
焦?fàn)t生產(chǎn)工藝中，集氣管煤氣壓力的控制效果將直接影響焦?fàn)t的生產(chǎn)。如果爐內(nèi)壓力過高，會(huì)導(dǎo)致焦?fàn)t冒黑煙，煤氣外泄，嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人的工作和健康造成極大影響和危害;如果爐內(nèi)壓力過低，炭化室將出現(xiàn)負(fù)壓操作，會(huì)吸入大量空氣，浪費(fèi)大量的煤氣，嚴(yán)重影響焦炭和煤氣的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且長(zhǎng)期負(fù)壓操作將會(huì)影響焦?fàn)t的正常生產(chǎn)及壽命。鼓風(fēng)機(jī)實(shí)施兩運(yùn)一備運(yùn)行方式，如果通過調(diào)整回流閥(也稱小循環(huán)閥)的開度來調(diào)節(jié)煤氣總管壓力，由于鼓風(fēng)機(jī)前后壓差較大，使得調(diào)節(jié)閥輕微動(dòng)作，總管壓力就會(huì)發(fā)生劇烈波動(dòng)，超過工藝容許范圍。因此會(huì)引起回爐煤氣壓力及外網(wǎng)用戶煤氣量均發(fā)生劇變，造成焦?fàn)t煤氣量不足或外網(wǎng)用戶不能正常生產(chǎn)，并且煤氣回流造成能量浪費(fèi)。
1改造背景
滕州市盛源煤焦化有限公司原有JND-40型焦?fàn)t兩座，以及配套的備煤、化工產(chǎn)品回收、污水處理等一套完善的生產(chǎn)系統(tǒng)(年產(chǎn)焦炭20萬噸，焦?fàn)t煤氣8000萬m3)。滕州市盛源煤焦化公司建廠初期由于對(duì)自動(dòng)化控制缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，焦?fàn)t煤氣的抽送完全人工操作，人工操作與自動(dòng)化控制相比不僅效率低下，其精確度和速度都存在很大的差距，因此焦?fàn)t集氣管經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)壓、高壓，造成了集氣管堵塞、焦?fàn)t冒煙冒火等問題，焦?fàn)t無法正常生產(chǎn)，化產(chǎn)副產(chǎn)品回收難度加大，不合格的化產(chǎn)副產(chǎn)品難以找到客戶。最后形成了惡性循環(huán):焦?fàn)t制約化產(chǎn)，化產(chǎn)影響焦?fàn)t，生產(chǎn)舉步維艱，安全沒有保障，公司的面臨著巨大的生存挑戰(zhàn)。針對(duì)以上問題，2008年盛源煤焦化有限公司在考察對(duì)比了國內(nèi)外多家煤焦化企業(yè)后決定使用焦?fàn)t集氣管壓力與風(fēng)機(jī)連鎖智能控制系統(tǒng)對(duì)集氣管壓力進(jìn)行控制。并與唐山市盧氏自動(dòng)化工程有限公司合作共同開發(fā)了適合盛源煤焦化有限責(zé)任公司的焦?fàn)t集氣管壓力與風(fēng)機(jī)連鎖智能控制系統(tǒng)。
2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.1集氣管壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1.1煉焦壓力測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)煉焦生產(chǎn)過程中，由于每座焦?fàn)t集氣管壓力的相關(guān)性很強(qiáng)，各種干擾因素較多、干擾作用強(qiáng)，各集氣管壓力控制比較因難，一般常規(guī)控制方法很難達(dá)到控制要求。
2.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則①以往的控制方法是保持初冷前吸力(或風(fēng)機(jī)前吸力)恒定來保證集氣管壓力的穩(wěn)定，實(shí)踐證明這種控制方法是不行的。這種控制方法由于受初冷器等工藝、設(shè)備阻力的影響不僅不利于集氣管壓力的穩(wěn)定，也會(huì)降低調(diào)節(jié)速度，無法克服象焦?fàn)t噴灑高壓氨水這樣的強(qiáng)擾動(dòng)。因?yàn)槊孔範(fàn)t集氣管壓力的變化，都要求初冷前吸力(或風(fēng)機(jī)前吸力)向相反的方向變化。所以初冷前吸力(或風(fēng)機(jī)前吸力)應(yīng)根據(jù)煤氣量、焦?fàn)t集氣管壓力的變化而變化。②取壓點(diǎn)的選擇取每個(gè)集氣管壓力值做為測(cè)量信號(hào)直接參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，因?yàn)橹挥屑瘹夤軌毫π盘?hào)采集直觀、滯后最小，最能及時(shí)準(zhǔn)確的反映集氣管的實(shí)際狀態(tài)壓力;煤氣管道上的任何取壓點(diǎn)的測(cè)量信號(hào)都不能參與控制，否則，系統(tǒng)的靈敏度和相關(guān)穩(wěn)定性都會(huì)降低。考慮到根據(jù)各煉焦企業(yè)生產(chǎn)、工藝要求，風(fēng)機(jī)前吸力也需保持在一定范圍之間，所以，引入機(jī)前吸力信號(hào)做為系統(tǒng)輔助控制點(diǎn)。③控制點(diǎn)選擇特點(diǎn)每座焦?fàn)t集氣管調(diào)節(jié)翻板和煤氣系統(tǒng)大回流調(diào)節(jié)翻板作為控制點(diǎn)，控制點(diǎn)選擇的好，可以保證系統(tǒng):(1)調(diào)節(jié)范圍寬;(2)控制速度快;(3)系統(tǒng)的相關(guān)穩(wěn)定性好;(4)為了降低費(fèi)用，企業(yè)現(xiàn)有的測(cè)控設(shè)備適目前使用狀況經(jīng)調(diào)修后，仍可繼續(xù)使用。(5)系統(tǒng)采用了光電隔離，數(shù)字濾波等抗干擾措施，保證了系統(tǒng)的安全可靠性。(6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，可操作性強(qiáng)，維修及投運(yùn)簡(jiǎn)便。(7)采用Windows98操作系統(tǒng)及組態(tài)軟件編程，人機(jī)界面豐富。其中包括控制圖、趨勢(shì)圖、自動(dòng)歷史記錄、報(bào)警顯示等。
2.2風(fēng)機(jī)變頻器的選擇變頻器的產(chǎn)業(yè)化在80年代中期才開始形成，但隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展和巨大的市場(chǎng)推動(dòng)力，高壓變頻器十多年來的發(fā)展非常迅速，使用器件已經(jīng)從SCR、GTR、GTO發(fā)展到IGBT、IECT、IGCT(SGCT)等，功率范圍從幾百kW到幾十MW，技術(shù)已經(jīng)成熟，可靠性得到保證，應(yīng)用越來越廣。盛源煤焦化有限公司在考察對(duì)比了國內(nèi)外多家高壓變頻器生產(chǎn)廠家后，決定選用法國施耐德公司生產(chǎn)的Altivar71系列低壓變頻器。Altivar71系列低壓變頻器性能穩(wěn)定，可靠性高，并且已在電力、冶金、石化、市政供水、水泥等多個(gè)領(lǐng)域成功應(yīng)用，得到了用戶的普遍認(rèn)可和市場(chǎng)的長(zhǎng)久考驗(yàn)。
2.3焦?fàn)t集氣管壓力與風(fēng)機(jī)連鎖智能控制通過集氣管壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和風(fēng)機(jī)變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相配合達(dá)到焦?fàn)t集氣管壓力與風(fēng)機(jī)連鎖智能控制的目的。集氣管壓力控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)翻板進(jìn)而改變管道特性來控制集氣管壓力;風(fēng)機(jī)變頻器通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而改變風(fēng)機(jī)特性來控制集氣管壓力，這兩者相互配合共同反映在采用WindowsXP操作系統(tǒng)的顯示屏上，直觀人機(jī)界面豐富，具有很強(qiáng)的可操作性。
3控制方法
(1)集氣管壓力控制系統(tǒng)集氣管壓力控制系統(tǒng)見圖1。(2)風(fēng)機(jī)變頻器控制系統(tǒng)風(fēng)機(jī)變頻器控制系統(tǒng)見圖2。以1#鼓風(fēng)機(jī)為例說明，由3個(gè)真空接觸器KM11、KM12、KM13以及2個(gè)高壓隔離開關(guān)QS11、QS12組成(見圖2)，其中KM11、KM12、KM13為高壓真空接觸器，用于變頻和工頻的電動(dòng)切換。QS11和QS12為高壓隔離開關(guān)，一般情況下處于合閘狀態(tài)，僅在變頻器檢修時(shí)拉開，用于電機(jī)工頻運(yùn)行情況下對(duì)變頻器進(jìn)行安全檢修。特點(diǎn):1)可以實(shí)現(xiàn)工/變頻自動(dòng)切換功能。在變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)切入工頻電網(wǎng)中，斷開變頻器時(shí)，負(fù)載不用停機(jī)，滿足現(xiàn)場(chǎng)不能停機(jī)要求。2)易實(shí)現(xiàn)一運(yùn)兩備和兩運(yùn)一備運(yùn)行方式。即一臺(tái)變頻運(yùn)行，一臺(tái)變頻備用，一臺(tái)工頻備用;兩臺(tái)變頻運(yùn)行，一臺(tái)工頻備用。
4控制方案
由一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，相關(guān)的A/D采集卡和D/A控制卡及現(xiàn)有外圍測(cè)控設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)的硬件部分。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況，可考慮加手---自動(dòng)切換操作器，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、設(shè)備檢修時(shí)的手動(dòng)操作。
5實(shí)施方案
(1)對(duì)企業(yè)現(xiàn)有測(cè)控設(shè)備進(jìn)行調(diào)校，保證測(cè)量信號(hào)準(zhǔn)確，執(zhí)行機(jī)構(gòu)靈活、穩(wěn)定、閥位反饋準(zhǔn)確。(2)將壓力信號(hào)線，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制線、反饋信號(hào)線集中敷設(shè)到控制室。(3)計(jì)算機(jī)接收來自壓力變送器(集氣管壓力、風(fēng)機(jī)前吸力等)的參數(shù)信號(hào)(4～20mA)，經(jīng)分析、計(jì)算輸出控制信號(hào)(4～20mA)分別控制生產(chǎn)工藝各相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到生產(chǎn)、工藝系統(tǒng)穩(wěn)定。
6控制指標(biāo)
(1)焦?fàn)t集氣管壓力波動(dòng)值控制在目標(biāo)值±20Pa;焦?fàn)t使用高壓氨水噴灑時(shí)，集氣管壓力波動(dòng)峰值在短時(shí)間內(nèi)迅速消除。(2)測(cè)控系統(tǒng)提供豐富的人機(jī)界面，實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)的趨勢(shì)曲線;歷史趨勢(shì)曲線;報(bào)警發(fā)生、狀態(tài);實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)紀(jì)錄等等。(3)系統(tǒng)相關(guān)穩(wěn)定性好。
7智能控制圖
智能控制見圖3:
8經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益
焦?fàn)t集氣管壓力與風(fēng)機(jī)連鎖智能控制系統(tǒng)2006年12月開始調(diào)試，2007年2月正式投入運(yùn)行。經(jīng)過一年多的運(yùn)行產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
8.1經(jīng)濟(jì)效益該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，由于生產(chǎn)穩(wěn)定焦油回收和粗苯產(chǎn)量均有明顯的提高。(1)焦油產(chǎn)量每月多回收20余噸;(2)粗苯產(chǎn)量由每天5噸增至6.5噸;(3)由于風(fēng)機(jī)的變頻系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)用電明顯減少。經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計(jì):焦油按每噸2000元、粗苯按每噸5000元計(jì)每月可增加收入2000×20+5000×(6.5-5)×30=265000元;每年可增加收入265000×12=3180000元由于產(chǎn)量增加，基本不需要增加投入，增加的投入基本為增加的利潤(rùn)，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。
8.2社會(huì)效益(1)該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，兩集氣管均控制壓力均控制在70～80Pa，消除了集氣管負(fù)壓和超正壓現(xiàn)象，避免了負(fù)壓時(shí)空氣進(jìn)入炭化室和超正壓時(shí)焦?fàn)t冒煙、冒火，改善了操作環(huán)境，減少了污染物的外逸，符合國家節(jié)能減排政策。(2)穩(wěn)定了焦炭的炭化過程，對(duì)焦油、粗苯和煤氣的質(zhì)量均有不同程度的提高。(3)由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，相應(yīng)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
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