鞍鋼股份有限公司煉焦總廠共有6座55孔6米頂裝焦?fàn)t、2座50孔6米頂裝焦?fàn)t以及4座60孔7m頂裝焦?fàn)t。上述焦?fàn)t原設(shè)計均采用溫度管理制度，采取人工手動測溫方式，由測溫每工間隔4小時測量一次直行溫度，并分別計算機(jī)、焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)火道平均溫度，根據(jù)平均溫度與目標(biāo)溫度偏差值，依靠經(jīng)驗，人工調(diào)節(jié)煤氣量及煙道吸力，進(jìn)行焦?fàn)t加熱控制。

傳統(tǒng)測溫加熱方式以人工為主導(dǎo)，測溫人員存在人為偷懶、視覺誤差及雨雪天氣等因素影響，必然存在測溫偏差與實際不符問題，對于焦?fàn)t加熱煤氣流量的加減不能做到及時科學(xué)定量調(diào)節(jié)控制，不僅浪費煤氣量，也不利于焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定。

近幾十年來，為解決人工手動測溫存在的問題，國內(nèi)外焦化行業(yè)先后經(jīng)歷了推焦桿測溫、爐體電偶測溫等技術(shù)變革，但由于測溫儀器技術(shù)的限制和焦?fàn)t結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，均未能達(dá)到預(yù)期效果，國內(nèi)也未能大規(guī)模引入應(yīng)用。

隨著檢測儀器的技術(shù)進(jìn)步和計算機(jī)控制模型的不斷成熟完善，2012年以來，爐頂紅外測溫加熱技術(shù)逐漸在國內(nèi)外焦化行業(yè)得到應(yīng)用推廣，在確保焦炭質(zhì)量穩(wěn)定的同時，極大降低了焦?fàn)t能耗。同時為響應(yīng)鞍鋼集團(tuán)公司“信息化、智能化項目建設(shè)”的要求，鞍鋼股份煉焦總廠在全廠12座焦?fàn)t配套增加智能加熱控制系統(tǒng)。

相對傳統(tǒng)測溫加熱方式，焦?fàn)t智能加熱控制系統(tǒng)在建立在焦?fàn)t集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，為焦?fàn)t的控制與管理提供了全自動化的解決方案。該系統(tǒng)采用溫度反饋控制，實現(xiàn)了對焦?fàn)t溫度的精細(xì)化檢測與總體調(diào)節(jié)，有效的提高了焦?fàn)t溫度的均勻性和安定性，改善焦炭質(zhì)量，穩(wěn)定焦?fàn)t生產(chǎn)，提升了焦?fàn)t的自動化檢測與控制水平，為焦?fàn)t全面實現(xiàn)減員增效、節(jié)能減排的管理目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。與目前現(xiàn)有焦?fàn)t離散加熱管理控制模式相比，智能加熱控制系統(tǒng)具有降低人工勞動強(qiáng)度、消除人工測量誤差、節(jié)省加熱煤氣用量、提高焦炭的質(zhì)量四大優(yōu)點。

焦?fàn)t手動測溫，是指測溫工人每隔4小時到爐頂看火孔蓋處對指定號進(jìn)行開蓋用手持儀器測量溫度，智能加熱控制系統(tǒng)自動測溫是在焦?fàn)t爐頂立火道看火孔蓋處固定安裝高溫紅外儀，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)在線時時采集傳輸。該方式與人工測溫位置相同，測溫原理相同，可完全取消4小時人工定時測溫或延長測溫頻次，降低人工勞動強(qiáng)度。

測溫工人手動用測溫儀測量溫度，由于現(xiàn)場站位、雨雪天氣及技能經(jīng)驗等外界因素影響，極易造成測量溫度數(shù)據(jù)與實際真實值存在偏差，進(jìn)而造成調(diào)節(jié)不準(zhǔn)溫度控制不理想。

智能加熱控制系統(tǒng)可在線連續(xù)測量焦?fàn)t立火道溫度，實時監(jiān)視焦?fàn)t溫度變化趨勢，每兩個交換周期計算1次機(jī)、焦側(cè)均溫，并根據(jù)目標(biāo)溫度，對焦?fàn)t進(jìn)行溫度反饋控制。相對于4小時人工直行測溫和加熱控制管理模式，可以減少加熱煤氣流量超調(diào)，避免焦?fàn)t平均溫度大幅波動，使?fàn)t溫更加合理、穩(wěn)定，節(jié)省了焦?fàn)t加熱用煤氣流量。

焦?fàn)t智能加熱控制系統(tǒng)采用人工智能優(yōu)化控制模型算法，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，分析爐溫和供熱量的相關(guān)性，并給出控制參數(shù)；同時，該系統(tǒng)具有自整定功能，可跟隨焦?fàn)t生產(chǎn)工況波動，在合理區(qū)間內(nèi)，自行調(diào)整計算參數(shù)，確保焦?fàn)t溫度控制更加精確，避免爐溫波動影響焦炭產(chǎn)品質(zhì)量。

針對傳統(tǒng)焦?fàn)t離散控制系統(tǒng)存在問題，及焦?fàn)t智能加熱控制系統(tǒng)應(yīng)用大趨勢，同時響應(yīng)鞍鋼集團(tuán)公司“信息化、智能化項目建設(shè)”的要求，鞍鋼股份煉焦總廠在全廠12座焦?fàn)t配套增加智能加熱控制系統(tǒng)。

通過焦?fàn)t智能加熱控制系統(tǒng)項目改造應(yīng)用，實現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）實現(xiàn)每座焦?fàn)t全爐標(biāo)準(zhǔn)火道溫度自動測量，減少人工直行測溫頻次，降低崗位工人勞動強(qiáng)度。

2）實現(xiàn)自動計算焦?fàn)t直行機(jī)側(cè)均溫、焦側(cè)均溫、均勻系數(shù)和安定系數(shù)等指標(biāo)數(shù)據(jù)，自動生成班報、日報，自動統(tǒng)計高、低溫號，晝夜溫差等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，生成單爐實時溫度、全爐均溫、直行溫度等多種趨勢曲線，指導(dǎo)熱工人員調(diào)火。

3）在焦?fàn)t集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，新增控制系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)讀取，實現(xiàn)主管煤氣流量和分煙道吸力翻板全自動控制，達(dá)到每兩個交換周期調(diào)節(jié)1次，使?fàn)t溫控制更加穩(wěn)定、精準(zhǔn)，在確保焦炭質(zhì)量穩(wěn)定的同時，減少加熱煤氣流量超調(diào)，避免溫度大幅波動，節(jié)省煤氣量。

在原有焦?fàn)t集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，新增相關(guān)設(shè)施，包括爐頂自動測溫設(shè)備、輔助制氮機(jī)氣源設(shè)備、控制系統(tǒng)、工程師站、操作員站和配套應(yīng)用軟件，構(gòu)成焦?fàn)t智能加熱控制系統(tǒng)。焦?fàn)t智能加熱控制系統(tǒng)如下圖1所示。

4.3.1爐頂自動測溫設(shè)備

爐頂自動測溫設(shè)備安裝位置是決定智能加熱系統(tǒng)穩(wěn)定運行關(guān)鍵因素，經(jīng)比較，在爐頂機(jī)焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)火道前后，貼近煤車軌道附近，選擇兩個有代表性的立火道，作為測溫火道，測溫火道盡可能遠(yuǎn)離裝煤孔蓋，防止裝煤生產(chǎn)時火焰烘烤測溫設(shè)備及管線，延長使用壽命。對于每座焦?fàn)t邊爐機(jī)、焦兩側(cè)分別安裝2臺高溫紅外儀，其它爐號每個燃燒室安裝1臺高溫紅外儀，連續(xù)在線測量立火道溫度，結(jié)合人工手動測溫數(shù)據(jù)，分析標(biāo)準(zhǔn)火道與代表火道數(shù)學(xué)關(guān)系模型，通過補(bǔ)償計算方式得出標(biāo)準(zhǔn)火道溫度，進(jìn)而全爐機(jī)、焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)火道溫度，以及均勻系數(shù)和安定系數(shù)。鑒于現(xiàn)場實際情況，最終確定7米焦?fàn)t測溫火道為10火道和26火道，6米焦?fàn)t選定測溫火道為9和24火道，呈單W型排布，測溫儀現(xiàn)場安裝布置如下圖2所示。

圖2測溫儀現(xiàn)場安裝布置

4.3.2其它配套設(shè)備

氣源輔助設(shè)備為小型制氮機(jī)，制氮量為30m3/h，現(xiàn)場安放于焦?fàn)t中間二層間臺以便于日常維護(hù)；控制系統(tǒng)與工程師站、操作員站均放置在焦?fàn)t操作室，控制系統(tǒng)采用與各作業(yè)區(qū)原有焦?fàn)t控制系統(tǒng)品牌一致，確保網(wǎng)絡(luò)通訊暢通。

4.3.3應(yīng)用軟件

智能加熱控制系統(tǒng)軟件是焦?fàn)t智能加熱改造項目核心，由數(shù)據(jù)采集軟件、手動測溫軟件、自動測溫軟件、優(yōu)化控制軟件組成。采用SQLServer數(shù)據(jù)庫，在VisualStudio平臺下，用高級語言開發(fā)，功能強(qiáng)大，適應(yīng)性強(qiáng)，符合焦?fàn)t工藝原理。

數(shù)據(jù)采集軟件

通過OPC協(xié)議，實現(xiàn)對DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和下傳；分庫存儲數(shù)據(jù)，確保海量數(shù)據(jù)查詢性能；提供實時數(shù)據(jù)顯示，歷史數(shù)據(jù)查詢，趨勢曲線顯示等功能。

手動測溫軟件

提供直行、橫排、邊火道與焦餅的溫度管理，支持多種曲線及報表查詢、打?。患嫒輫鴥?nèi)外多種主流紅外線高溫計；軟件適用性與通用性強(qiáng)，參數(shù)設(shè)置靈活。

自動測溫軟件

組態(tài)設(shè)置焦?fàn)t基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)計算參數(shù)等；自動測量全爐標(biāo)準(zhǔn)火道溫度，實時監(jiān)視焦?fàn)t溫度變化趨勢；自動計算直行溫度均勻系數(shù)、安定系數(shù)、機(jī)焦側(cè)均溫；自動生成直行測溫次報、班報、日報；顯示測溫曲線、異常報警等。

優(yōu)化控制軟件

根據(jù)被控焦?fàn)t真實數(shù)據(jù)分析焦?fàn)t溫度與流量相關(guān)性；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，整定控制模型參數(shù)；組態(tài)設(shè)置控制模型基本參數(shù)；根據(jù)焦?fàn)t的溫度和壓力，對主管流量和分煙道吸力進(jìn)行有效控制；采用溫度反饋控制方式，通過改變主管流量控制焦?fàn)t的平均溫度，提高爐溫的安定性。

4.4.1控制對象

在周轉(zhuǎn)時間一定的前提下，根據(jù)焦?fàn)t的溫度和壓力數(shù)據(jù)，對主管流量和分煙道吸力進(jìn)行控制。富煤氣加熱時，控制焦?fàn)t煤氣主管流量/壓力，機(jī)、焦側(cè)分煙道吸力。貧煤氣加熱時，分別控制機(jī)、焦側(cè)高爐煤氣主管流量/壓力，機(jī)、焦側(cè)分煙道吸力?？刂茖ο蟾鶕?jù)原有焦?fàn)t實際情況，選擇遠(yuǎn)程給定流量或壓力設(shè)定值，原焦?fàn)t控制系統(tǒng)根據(jù)遠(yuǎn)程設(shè)定值，進(jìn)行自動控制調(diào)節(jié)。

4.4.2控制方案

采用溫度反饋控制方式，通過改變主管流量控制焦?fàn)t的平均溫度，提高爐溫的穩(wěn)定性。根據(jù)自動測溫數(shù)據(jù)計算焦?fàn)t平均溫度，與目標(biāo)溫度比較，計算溫度偏差值，通過模型預(yù)測計算，得到主管流量/壓力修正值，進(jìn)行反饋控制。

4.4.3原有控制系統(tǒng)的改造

對原有焦?fàn)t控制系統(tǒng)程序進(jìn)行改造，對焦?fàn)t加熱控制模式設(shè)定畫面，該畫面顯示當(dāng)前焦?fàn)t的“控制模式”、“交換狀態(tài)”以及參與控制的儀表的位號、DCS設(shè)定值、遠(yuǎn)程設(shè)定值和上下限值。DCS操作工可以通過焦?fàn)t加熱控制模式設(shè)定頁面如圖3所示，隨時切換焦?fàn)t加熱控制模式。

圖3焦?fàn)t加熱控制模式設(shè)定畫面

如上圖所示，焦?fàn)t加熱的控制模式分為兩種，分別是智能控制和DCS控制，點擊“控制模式”按鈕，可以切換焦?fàn)t的控制模式。智能控制：控制對象的設(shè)定值由焦?fàn)t新增加熱系統(tǒng)自動計算數(shù)據(jù)，每間隔2個交換周期計算一次，并發(fā)送給焦?fàn)t控制系統(tǒng)，焦?fàn)t控制系統(tǒng)根據(jù)遠(yuǎn)程設(shè)定值，全自動調(diào)節(jié)。DCS控制：DCS操作工根據(jù)4小時人工手動測溫數(shù)據(jù)，人工調(diào)整控制對象的設(shè)定值，焦?fàn)t控制系統(tǒng)根據(jù)人工設(shè)定值，全自動調(diào)節(jié)。

為保障焦?fàn)t自動加熱控制安全穩(wěn)定，避免異?？刂朴绊懡?fàn)t生產(chǎn)，造成惡性生產(chǎn)事故，焦?fàn)t智能加熱系統(tǒng)投入使用時候需關(guān)注如下幾點：

（1）自動測溫數(shù)據(jù)異常報警，異常數(shù)據(jù)不參與均值計算，不參與加熱控制；

（2）控制對象遠(yuǎn)程設(shè)定值設(shè)置上下限，數(shù)據(jù)發(fā)送給焦?fàn)t控制系統(tǒng)前，需進(jìn)行限值判斷；

（3）控制對象遠(yuǎn)程設(shè)定值設(shè)置增量限幅，每次控制值變化量不允許超出限幅；

（4）焦?fàn)tDCS操作人員在控制模式切換前后，一定要記錄當(dāng)前設(shè)定值，并確認(rèn)是否切換成功。

焦?fàn)t智能加熱控制系統(tǒng)投產(chǎn)應(yīng)用后，較傳統(tǒng)測溫加熱方式相比，實現(xiàn)了對焦?fàn)t加熱的精細(xì)化管控，有效的提高了焦?fàn)t溫度的均勻性和安定性，降低崗位人員勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)崗20人，確保焦炭質(zhì)量的同時節(jié)約了煤氣量，實現(xiàn)節(jié)省加熱用煤氣量1.5%以上，煉焦總廠實現(xiàn)年節(jié)能1047196GJ，年創(chuàng)效3384.54萬元。從運行效果來看，此改造項目的順利實施，可廣泛在國內(nèi)外六米、七米頂裝焦?fàn)t推廣使用。