摘要：焦爐集氣管系統是焦爐系統的重要組成部分，針對目前我國焦爐集氣管壓力系統波動大及自動化低下的現狀，開發了焦爐集氣管壓力智能控制系統。通過采用Honeywell集散控制系統和VC軟件編程，實現了焦爐集氣管壓力的可視化調節，將集氣管壓力穩定在給定的工藝波動范圍內。該系統在漣源鋼鐵有限公司進行了試驗和使用，效果良好。

1 引言
焦爐集氣管系統是焦爐系統的重要組成部分，它負責收集焦爐生產過程中產生的焦爐煤氣，對其進行氣液分離，冷卻，洗滌等凈化操作，提供給民用供氣，鍋爐或高爐加熱等進一步使用[1~4]。在焦爐工業中焦爐集氣管壓力的穩定是焦爐正常生產的重要保證。生產中受到多種因素的影響，如出焦，裝煤，爐底換向，煤氣量發生變化，工藝設備及管道阻力變化都會引起集氣管壓力大幅度波動。當壓力過低時，空氣就會進入爐體，導致焦碳燃燒，灰份增加，焦碳質量下降，加重冷卻系統的負擔并縮短爐體使用壽命，當壓力過高時，荒煤氣將會冒出，造成跑煙冒火，降低了荒煤氣的回收率并造成環境污染。目前我國很多鋼鐵企業集氣管壓力波動范圍達，自動化程度較低，因此，研制焦爐集氣管壓力控制系統以及成功應用，對于改善環境，提高煤氣回收量和質量，提高焦爐輔助產品和質量，具有重要意義[5,6]。

2 工藝現狀
漣源鋼鐵有限公司焦化廠目前有1#、2#、新2#三座焦爐，其中1#、2#焦爐焦炭產量相對新2#焦爐（簡稱N2#）要小，相應其荒煤氣的產量和集氣管氣壓也要小些。1#、2#焦爐相距很近，其集氣管壓力耦合嚴重，其中任一集氣管壓力的變化都會引起另一集氣管氣壓的波動。兩座老焦爐集氣管壓力原先設定值為80~120Pa，現因爐體老化，其值設定在40~80Pa之間才能防止焦爐出現跑煙、冒火的現象，在實際生產中，有時甚至設定在20Pa。1#、2#焦爐荒煤氣匯合后，經一段長為600m左右的輸氣管傳輸后與N2#焦爐的荒煤氣匯合。N2#焦爐與鼓風機相距較近，鼓風機轉速的變化對N2#焦爐影響顯著，對1#、2#焦爐影響較小。因為1#、2#焦爐集氣管與N2#焦爐集氣管相距較遠，輸氣管長且阻尼大，同時鼓風機吸力氣壓遠大于集氣管所能產生的最大負氣壓，所以1#、2#焦爐與N2#焦爐之間耦合相對較小。

3 控制系統硬件設計
控制系統選用Honeywell公司生產的Honeywell PlantScape集散控制系統，該系統開放性好，筆耕論文，使用方便，功能強大，能滿足集成和分散控制的各種要求。
集氣管壓力控制系統硬件結構圖如圖1所示，系統為冗余結構，每一個主機架都由電源模塊TK-FPCXX2,網絡接口模塊TC-CCR013，中央處理模塊TC-PRS021，冗余模塊TK-PRR021構成。從機架由電源模塊TK-FPCXX2,網絡接口模塊TC-CCR013，數字量輸入模塊TK-IDD321，數字量輸出模塊TK-ODK161，模擬量輸入模塊TC-FIAH81，模擬量輸出模塊TK-OAV081，熱電阻模塊TB-IXR061構成。操作員控制與監視（人機界面）采用戴爾工控機，配置以太網卡和1784-PCIC卡，以太網卡用于服務器與各工作站的通信。1784-PCIC卡用于和DCS系統的CONTROLNET網連接。系統監控和數據采集選用Honeywell公司的PlantScape，提供操作員監視，操作，系統報警及報表生成功能。另外，在鼓風機房配置了兩臺工作站，通過光纜和中控室服務器相連，用于監控鼓風機運行和集氣管壓力狀況。
三座焦爐因投產時間和設計的原因，使用的調節閥各不相同，其中1#焦爐使用的是西貝公司的SCHIEBEL調節閥，2#焦爐使用的是ROTORK調節閥，3#焦爐使用的是川儀的調節閥，均為電動調節閥，動作力矩大，缺點是不能頻繁的調節，容易引起電機發熱，安裝位置在集氣管的末端，從運行的情況看，因集氣管內焦油的逐漸增多，引起閥門動作力矩增大。
圖1 集氣管壓力控制系統硬件結構圖

4 智能控制方案
在Honeywell系統的基礎上設計了集氣管協調專家控制器、1#、2#智能解耦控制器、N2#專家模糊控制器和協調控制器。其整體結構如圖2所示。
從圖2中可以看出，集氣管壓力智能解耦控制系統的工作原理如下：三座焦爐的集氣管壓力設定值以及外送壓力、鼓風機轉速和蝶閥閥位的檢測值輸入到集氣管協調專家控制器，由專家控制器根據專家經驗，處理有關的設定值和檢測值，并把處理的數據傳給1#、2#智能解耦控制器和N2#專家模糊控制器。

 

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