项目背景

河南某焦化厂，200万吨焦炉，采用2×65孔炭化室高6.25m复热式捣鼓焦炉、单集气管、两吸气管，干法熄焦，湿法熄焦备用。集气系统包括上升管、桥管及阀体、集气管、低压氨水喷洒装置、集气管自动点火放散装置、高压氨水喷洒导烟除尘。项目采用单集气管，每座焦炉分两段、设两个吸气管，均在机侧。吸气管上设有手动和自动调节翻板，自动调节集气管内的压力，使集气管保持微正压操作。

自焦炉～83℃的荒煤气，与焦油和氨水沿吸煤气管道至气液分离器，气液分离后荒煤气由上部出来，进入5台并联操作的横管初冷器（其中一台备用）分两段冷却。上段用35℃循环水，下段用16℃低温水将煤气冷却至21℃-22℃）。由横管初冷器下部排出的煤气，进入3台并联操作的电捕焦油器，除掉煤气中夹带的焦油后。再由离心式煤气鼓风机（一开一备）加压送硫铵工段。

焦炉煤气净化后进入储气柜，供后续15万吨/年焦炉煤气制甲醇生产使用。

项目要求

在现场设备与工况正常情况下，通过焦炉集气压力优化控制系统连续稳定运行，可实现如下功能：

Ø  非换向、非装煤出焦情况时可以达到设定值的±30Pa；

Ø  由于出焦装煤、交换等因素引起的集气管压力大于300Pa或小于30Pa时，系统能将集气管压力回调向正常范围的最短时间可达到10S；

Ø  设定值可以实现在线修改，修改后在快速适应；

Ø  实现高压氨水泵与装煤曲线的精细化曲线控制；

Ø  稳定集气管压力，减少因集气管压力波动引起的放散与负压的出现，改善焦炉操作环境；

为保证最佳控制效果，满足环保指标要求，对现场有以下要求：

Ø  规范装煤和出焦的操作，如：装煤操作按照规定过程进行等；

Ø  保证高压氨水喷头的喷撒效果，使装煤过程中允许高氨水压力快速提升，高压氨水泵必须为变频控制；

Ø  翻板执行机构调节精度，全行程小于60秒，最小动作精度应在1%以下，翻板具有40%以上的可调空间。

Ø  风机应有20-40%的可调节空间，风机接近限值时（最大值或是临界时），整体的调节效果会受到影响，在装煤时不能保证实现上述控制目标。

Ø  大循环阀为电动调节执行机构，在风机接近临界使用；

解决方案

焦炉集气管压力优化系统使用中控ECS-700高端控制器，实现模块、控制器、网络等全冗余方案，控制周期100ms、200ms、500ms、1s、2s可选。

机车操作信息通过433M免费频段无线传送到优化控制系统，无线通讯拥有加密及容错处理机制，确保数据及时准确。

焦炉集气管压力优化系统由翻板自动、鼓风机自动、高压氨水泵自动三部分组成。

图1 焦炉集气管压力优化系统原理结构图

（1）翻板自动

每个翻板的智能解耦模型，可实现耦合振荡动态周期判断，拥有更宽的适用范围；双增益曲线与S型曲线的配合使用，避免现场管道走向差异对翻板控制的影响;浮点型SPID算法精确及时控制输出，保证翻板的控制效果。

回路智能检测，及时有效的判断输入输出信号的状态，避免信号故障时，翻板的持续单方向调节。

灵活的投运方式，每个翻板可以单独自动运行，单个翻板检修时不影响整体自动运行。

（2）鼓风机自动

风机控制的安全模型会对风机调节进行有效保护，确保不会出现因调节过大造成过流停车，同时不进入风机的临界区域。

多风机协调模型可实现多风机同时自动控制，根据现场运行情况可实现差异频率运行。

吸力拟合模型，对整体工艺流程数据进行分析。异常波动、生产负荷调整等，风机能及时感触并自动调整风机负荷。

（3）高压氨水泵自动

拖煤板行程、装煤过程数据无线传送到优化系统，优化系统根据串序模型，对每孔装煤进行独立的优化控制，满足高压氨水除尘需求的同时可有效减小对集气管系统的影响，降低煤气中氧含量。

图2 集气管优化操作界面

效果价值

通过焦炉集气压力优化控制系统的持续稳定运行，实现了各工艺控制指标，负荷快速响应满足环保要求。

Ø  优化控制系统长期自动投运率达到99.5%以上；

Ø  优化控制系统自动控制模式下，±30Pa达到70%以上；

Ø  因调节引起的上升管顶盖冒烟次数为零；

Ø  高压氨水泵能耗显著降低，能耗降低15%以上。

图3 集气管压力优化前后运行趋势对比图