宋宏鵬

（山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 汾陽 032200）

摘 要：焦?fàn)t集氣管系統(tǒng)屬于焦?fàn)t系統(tǒng)中比較重要的組成部分，其主要負責(zé)對焦?fàn)t生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣進行收集，然后對其進行氣液分離、洗滌、冷卻等一系列的凈化操作，最終實現(xiàn)民用供氣。然而，焦?fàn)t集氣管具有耦合嚴重、擾動大、非線性等缺陷，此時就需要根據(jù)焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的實際情況來制定智能控制對策，這樣不僅可以確保焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和協(xié)調(diào)性，而且還可以有效抑制外界擾動的影響，提高焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的運行效率。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)；影響因素；智能控制對策

在焦?fàn)t工業(yè)生產(chǎn)過程中，焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定與否將會直接決定焦?fàn)t生產(chǎn)效率的高低。在焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)運行過程中，出焦、裝煤、煤氣量發(fā)生變化、爐底換向、管道阻力變化等都會導(dǎo)致焦?fàn)t集氣管壓力出現(xiàn)比較大的波動。如果焦?fàn)t集氣管壓力比較低時，會導(dǎo)致空氣進入爐體，從而誘發(fā)焦碳燃燒，焦碳質(zhì)量下降，灰份增加，既增加了冷卻系統(tǒng)的負擔(dān)，而且還會縮短爐體使用壽命，反之如果壓力過高時，會導(dǎo)致荒煤氣冒出，引發(fā)跑煙冒火現(xiàn)象，既降低了荒煤氣回收效率，又會引發(fā)環(huán)境污染。如今，大多數(shù)焦?fàn)t集氣管壓力存在比較大范圍的波動，缺乏一定的自動化程度，從而導(dǎo)致焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)運行效率低下。此時就需要在對上述問題分析的基礎(chǔ)上，制定出一套系統(tǒng)、完善的智能控制對策，其可以達到改善環(huán)境的目的，而且還可以有效提高煤氣質(zhì)量和回收量，提高焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的運行效率。

1 影響焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的因素

通過大量的現(xiàn)場觀察、分析研究、技術(shù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，影響集氣管壓力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的因素比較多，尤其是多座焦?fàn)t并聯(lián)生產(chǎn)，其常見的干擾因素包括了以下幾個方面：（1）出焦計劃在大范圍內(nèi)雖然力求產(chǎn)氣量平穩(wěn)均勻，但是其在小范圍內(nèi)往往會出現(xiàn)產(chǎn)氣量明顯波動的現(xiàn)象。（2）各焦?fàn)t工藝輸氣管線所存在的阻力存在一定的差異，導(dǎo)致集氣管壓力會在一定程度上受到鼓風(fēng)機吸力變化的影響。（3）裝煤扣蓋現(xiàn)象一般會誘發(fā)集氣管壓力出現(xiàn)比較大范圍內(nèi)的沖擊干擾。（4）多座焦?fàn)t工藝輸氣管存在不同的匯總方式，而且也會產(chǎn)生不同的相互耦合。（5）鼓風(fēng)機后管線、鼓風(fēng)機入口排液系統(tǒng)是否暢通會對壓力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。（6）荒煤氣冷卻系統(tǒng)阻力大小、是否暢通也會對氣量傳輸?shù)膭討B(tài)特性及壓力的穩(wěn)定產(chǎn)生影響。（7）由于生產(chǎn)需要，會導(dǎo)致配煤比的設(shè)定發(fā)生改變。（8）荒煤氣溫度的高低將會對輸氣系統(tǒng)正常運行與否產(chǎn)生直接影響，如果荒煤氣溫度過低將會導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)結(jié)萘，反之如果荒煤氣溫度過高，將會加重風(fēng)機負荷，從而誘發(fā)運行危險。（9）裝煤量發(fā)生變化。（10）焦炭產(chǎn)量的變化，會導(dǎo)致出爐數(shù)發(fā)生相應(yīng)的改變。（11）出焦事件發(fā)生變化。（12）爐蓋、爐門密封不嚴會導(dǎo)致集氣管壓力下降。上述因素的存在都會對焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的運行產(chǎn)生或多或少的影響，其中有的為脈沖型干擾，如換向操作、推焦等，有的為常值干擾如配煤比改變等。實際上，不同的干擾，其對焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響程度存在一定的差異，因此需要采取有效的智能控制對策，以確保焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的正常、高效運行。

2 焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)智能控制理論及方法

通過對影響焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)現(xiàn)有控制弊端及頻繁波動原因進行分析后可以得出如下結(jié)論：從最初的分散式控制方法轉(zhuǎn)變?yōu)榧锌刂?，該過程中主要的采樣信號包括各焦?fàn)t集氣管道碟形翻板閥門開度、集氣管壓力變送器、初冷器前壓力變送器、推焦及裝煤周期、爐下交換工作狀態(tài)、風(fēng)機小循環(huán)與大循環(huán)電動閥門開度、機后壓力、螺絲鼓風(fēng)機吸力、煤氣的瞬時流量等，需要借助相關(guān)的算法來對上述信號進行分析和處理。

焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)智能控制理論主要是在智能模糊協(xié)調(diào)控制原理的基礎(chǔ)上，將日常實際工作經(jīng)驗與人腦的邏輯思維方式結(jié)合在一起，借助計算機系統(tǒng)，來對焦?fàn)t集氣管壓力及相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行采集，并對集氣管壓力變化情況給予自動跟蹤，以便能夠及時、準(zhǔn)確地對外部設(shè)備動態(tài)參數(shù)進行調(diào)整，確保集氣管壓力處在一個相對比較穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

2.1 焦?fàn)t集氣管壓力參數(shù)設(shè)定

要想實現(xiàn)對集氣管壓力的偶合震蕩和周期性突變現(xiàn)象進行有效控制時，就需要引入集氣管壓力在單位時間內(nèi)的平均差異量和集氣管壓力差異量的計算方法來進行計算，該過程中一般還需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行測試，設(shè)定時間周期在8~10s，并借助計算機完成如表1所示的運算參數(shù)。

2.2 模塊化控制系統(tǒng)

在焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)智能控制過程中，一共設(shè)計了補充模塊、優(yōu)先使用模塊、應(yīng)急處理模塊3個模塊，并按照集氣管壓力變化范圍和外部設(shè)備運行狀態(tài)，來完成 3 個控制模塊的有效切換，其切換流程如圖 1 所示。

（1）優(yōu)先使用模塊。該模塊的啟動條件D＞30%且D＜90%，并借助計算機完成對焦?fàn)t集氣管壓力信號的有效采集。

（2）補充模塊。在調(diào)整焦?fàn)t集氣管壓力時，一旦電動碟形翻板閥門開度大于規(guī)定范圍D＜90%時，且未達到調(diào)整要求時，此時計算機將會直接啟動第二個控制模塊來達到補充調(diào)節(jié)的目的。如果D=90%，則可以判定電動碟形翻板閥門處于全開狀態(tài)，無法滿足焦?fàn)t集氣管壓力調(diào)節(jié)需求，此時只能通過提高螺絲鼓風(fēng)棚的瞬時流量的方法，使上述問題得到有效改善。實際上，可以選擇多臺鼓風(fēng)機同時并用，并設(shè)定一臺變頻調(diào)速鼓風(fēng)，并把其運行頻率控制在35Hz以下，借助計算機系統(tǒng)就可以完成對焦?fàn)t集氣管壓力的循環(huán)采樣工作，隨后就可以通過提高風(fēng)機工作頻率的方式，來使機前吸力提高，并達到降低集氣管壓力的目的。在壓力調(diào)節(jié)過程中，如果風(fēng)機的工作頻率趨近或等于35Hz時，將會引發(fā)第二個控制模塊暫停工作，并完成對第一控制模塊的有效啟動，以達到繼續(xù)調(diào)整集氣管壓力的目的。如果D=30%時，則可以判定電動碟形翻板閥門處于全關(guān)狀態(tài)，無法滿足焦?fàn)t集氣管壓力調(diào)節(jié)需求，此時可以適當(dāng)?shù)亟档惋L(fēng)機小循環(huán)的閥門開度，從而達到降低機前吸力，提高焦?fàn)t集氣管壓力的目的。在進行壓力調(diào)整過程中，小循環(huán)的閥門開度為0時，將會引發(fā)第二個控制模塊停止運行，并調(diào)整為第—控制模塊運行，以完成對焦?fàn)t集氣管壓力的有效調(diào)整。

（3）應(yīng)急處理模塊。如果遇到特殊情況或焦?fàn)t氣體交換時，將會導(dǎo)致焦?fàn)t集氣管壓力迅速增高，甚至能夠超過400Pa，此時計算機將會直接啟動第三個控制模塊，并根據(jù)實際情況發(fā)出交換指令，首先系統(tǒng)會把電動碟形翻板閥門調(diào)節(jié)至90%左右，其次逐漸地提高鼓風(fēng)機的頻率，通過增大風(fēng)機流量的方式來實現(xiàn)對焦?fàn)t集氣管壓力的有效調(diào)節(jié)。待交換時間(46.6s)結(jié)束時，還能夠?qū)⒐娘L(fēng)機的頻率還原為到35Hz，此時將會引發(fā)第三控制模塊關(guān)閉，并調(diào)整為第一控制模塊繼續(xù)工作。

3 焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)智能控制策略

3.1 壓力回路級控制

通常情況下，焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的控制流程如圖2所示。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)4座焦?fàn)t分為2組，在組內(nèi)每2個焦?fàn)t集氣管匯總后，繼續(xù)向下匯總，并通過鼓風(fēng)機側(cè)單集氣總管上，然后借助各蝶閥開度的調(diào)節(jié)，來確保焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定運行。

實際上，各焦?fàn)t集氣管壓力回路級控制中被調(diào)量為各集氣管壓力，控制量為集氣管蝶閥開度，該過程需要對集氣管壓力回路的特點給予充分的考慮。如果系統(tǒng)的偏離或偏差趨勢相對比較大時，需要盡可能地降低偏差；如果偏差適中時，需要盡可能地抑制偏差；如果偏差較小時，需要適當(dāng)?shù)靥岣哒{(diào)節(jié)精度；如果偏差達到了工藝要求時，需要以減小蝶閥動作次數(shù)和保持穩(wěn)定為主。壓力回路級智能控制策略如下：（1）各集氣管壓力調(diào)節(jié)回路。其一般需要借助可變凋節(jié)因子模糊控制算法，來確保各集氣管壓力回路超調(diào)小、調(diào)節(jié)快、精度高。（2）模糊解耦控制。根據(jù)各耦合的關(guān)系和程度，來選擇組間解耦和組內(nèi)解耦2種解耦規(guī)則對壓力系統(tǒng)進行控制。（3）總管吸力監(jiān)督控制。其一般是借助總管吸力來實現(xiàn)對焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的有效調(diào)節(jié)，從而確保各焦?fàn)t控制蝶閥具有非常理想的調(diào)節(jié)功能，避免誘發(fā)蝶閥開度極限狀態(tài)。

3.2 解耦級模糊控制

3.2.1 組內(nèi)解耦

某焦?fàn)t集氣管壓力如果出現(xiàn)波動時，往往會對組內(nèi)另一座焦?fàn)t壓力產(chǎn)生或多或少的影響，此時需要通過組內(nèi)解耦來確定蝶閥控制增量的修正量，從而在短時間內(nèi)實現(xiàn)組內(nèi)平衡。同時，對各焦?fàn)t集氣管壓力回路進行分析后可以發(fā)現(xiàn)，在其回路調(diào)節(jié)增量中可以對壓力的波動給予有效地反映，此時組內(nèi)解耦控制規(guī)則的輸入一般需要選擇 2 個控制回路的控制增量 U1和U2，同時所得到的輸出通常是控制增量的修正量V。

3.2.2 組間解耦

通常情況下，組內(nèi)焦?fàn)t之間管道具有相對比較短的距離，且組間的集氣管道相對比較長，這樣以來組內(nèi)焦?fàn)t間耦合的時間往往要高于組間耦合時間。同時，組間解耦一般可以在組內(nèi)解耦的基礎(chǔ)上來對其進行單獨處理，從而確保兩組之間的壓力處于平衡狀態(tài)。

3.3 總管級吸力監(jiān)督控制

在焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)中，鼓風(fēng)機的吸力（總管吸力）一般可以作為焦?fàn)t集氣管壓力調(diào)節(jié)回路的有效控制級，而總管蝶閥度屬于空置量。4座焦?fàn)t集氣管蝶閥所處的位置狀態(tài)是被控量，此時可以通過對總管吸力進行相應(yīng)的調(diào)整，來確保焦?fàn)t的控制蝶閥達到比較理想的調(diào)節(jié)功能，避免由于焦?fàn)t供氣量出現(xiàn)大范圍的變化，而使各焦?fàn)t控制蝶閥開度處于全開或全關(guān)的極限狀態(tài)。

實際上，如果總管調(diào)節(jié)量大時，一般會使各焦?fàn)t調(diào)節(jié)回路出現(xiàn)大范圍的波動，此時可以選擇漸次調(diào)節(jié)方法，在爐蝶閥位簧偏離范圍達到一定要求時，就能夠?qū)偣艿y進行調(diào)節(jié)，偏離大，調(diào)節(jié)大，偏離較小，調(diào)節(jié)較小，有效降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)的波動。各蝶閥所定義的位置偏差語言值變量一般是K1、K2、K3、K4，而且總管蝶閥的語言值變量（調(diào)節(jié)量）是U，此時可以借助經(jīng)驗規(guī)則來得到總管調(diào)節(jié)量的控制范圍，并得到等級值控制表u=h（k1、k2、k3、k4）。

4 結(jié)束語

綜上所述，焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)屬于焦?fàn)t工作過程中比較重要的組成部分，如果壓力出現(xiàn)較大范圍變動時，將會對焦?fàn)t的運行效率產(chǎn)生不利影響，此時就需要根據(jù)實際情況制定一套針對性、系統(tǒng)性的智能控制對策，以實現(xiàn)對焦?fàn)t集氣管壓力的有效調(diào)整，提高焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的運行效率。

參考文獻：

[1] 高海燕,王青,吳浩.焦?fàn)t集氣管壓力與風(fēng)機連鎖智能控制改造分析[J].山東化工,2015,3(18):38-39.

[2] 駱長平,李朝光.焦?fàn)t集氣管壓力智能控制策略的應(yīng)用[J].科技傳播,2015,12(18):177-178.

[3] 符峣,孫紅星,姜明.焦?fàn)t多集氣管壓力智能控制系統(tǒng)的研究[J].燃料與化工,2016,7 (1):90-91.