火道目标温度优化设定模型研究及其应用

作者:蒋佩汪;赖旭芝;曹卫华;雷琪 刊名:计算机测量与控制 上传者:张瑜

【摘要】焦炉火道目标温度是机、焦侧火道温度平均值的目标值;它是在规定的结焦时间内保证焦饼成熟的一个主要工艺指标;考虑到影响火道目标温度的许多因素,根据焦炉传热理论,建立了火道优化设定模型,从而得到了最佳火道目标温度;该模型投入实际生产运行后,实现了焦炉火道温度的优化设定,保证了直行温度的稳定性,提高了焦炭质量;为实现焦炉加热优化控制提供了前提条件。

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0引言焦炭是冶金、机械、化工行业的主要原料和燃料,同时我国也是目前世界上最大的焦炭生产国和出口国[1]。生产过程是一定量的配合煤装入炭化室,再将一定量的煤气和相应比例的经蓄热室预热过的空气,送燃烧室混合并燃烧,对炭化室中的配合煤进行高温干馏,经过一定时间的加热,形成最终产品,主要是焦炭、煤气和诸多化工产品。燃烧后所产生的废气,经蓄热室、废气砣、烟道、烟窗排出[2]。目标火道温度是机、焦侧火道温度平均值的目标值,它是在规定的结焦时间内保证焦饼成熟的一个主要工艺指标,目标值定得过高,单位产品的能耗迅速上升,并易造成"扒焦"现象,费时费力,定得过低,焦碳不能成熟[3]。根据统计分析发现,火道温度每升高10,炼焦耗热量就增加95kJ/kg。因此,目标火道温度的确定是焦炉节能降耗的一个重要环节。国内现有的焦炉加热反馈和前馈控制系统均没有火道温度设定模型,标准火道温度均由经验设定,当装煤参数、结焦终点发生波动时,不能及时指导火道温度设定值的修正,从而造成焦炭质量下降和能源浪费,也影响焦炉的使用寿命[4]。本文在考虑到焦炭成熟状况、焦饼中心温度、装炉煤的堆密度、含水量、炭化室宽度、炉墙厚度等因素影响,根据焦炉传热理论,建立了火道优化设定模型。以某钢铁公司焦化厂二炼焦车间JN60型焦炉为控制对象,投入实际生产运行后,实现了焦炉火道温度的优化设定。1焦炉传热理论焦炉内炭化室的传热属于固体双层平壁不稳定传热过程。因此,炭化室结焦的传热过程可以用如下一维不稳定导热的基本关系式来描述[5]:(1)炭化室墙:(C)1T=X(1TX)式中,C比热容,kJ/kg;导热率,W/m;堆积密度,kg/m3;T温度,(2)炭化室炉料:(C)2T=X(2TX)+Q(T)式中,Q热流量;W煤的反应热。(3)火道隔墙:(C)3T=Y(3TY)式中,时间,s2温度优化设定模型的建立火道最佳目标温度很难通过简单的数学公式得到。本文提出一种目标值加补偿修正的方法来得到火道温度设定优化值,从而解决了那种仅依靠单一计算公式得到的设定值不能适应工况变化的问题。该温度优化设定模型包括标准火道温度目标值计算模型和修正量计算模型两部分。即Tsp=Th+式中,Tsp温度优化设定值;Th标准火道温度目标值;修正量。模型结构框图如图1所示。图1火道目标温度优化设定模型框图21火道温度目标值计算模型利用焦炉传热理论及结焦过程各热物理参数为温度函数的参数模型,通过计算机对不同结焦时间、焦饼中心温度、装炉煤堆密度、每孔装煤量、装炉煤水分、炭化室宽度和炉墙厚度下的200多组数据进行炭化室煤料和炉墙热传导过程的模拟,并将结果进行多元线性拟合得到标准火道温度目标值(机焦侧火道平均值)计算模型。Th=11560+284b+63048M+1886C+1015s+0012+0436Tk-248式中,b炭化室宽度,M配合煤水分,C装煤量,s炉墙厚度,堆积密度,Tk焦饼中心温度,结焦时间。方程的相关系数r=0978,标准误差s=24。机侧标准火道温度th1=Th-30焦侧标准火道温度th2=Th+3022修正量计算模型修正量的得到主要是考虑到焦炉生产工况变化的影响。焦炉生产过程中出现的卡砣、关煤气、机械故障以及操作不规范等情况都会对焦炭成熟造成较大影响。而焦炭成熟度直接关系到焦炭质量的好坏,所以实时判断焦炭成熟情况对及时调整火道优化设定值起到至关重要的作用。判断焦炭是否成熟的方法有很多,最直接的方法是测量焦饼中心温度,一般认为焦炭中心温度在100050时,焦炭已成熟。但是这种方法存在操作复杂、环境恶劣和干扰因素多等问题,很难长期在线稳

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