浅谈焦化备煤与出焦过程控制系统的设计与实现

 1 备煤、出焦过程控制系统的研究现状
备煤和出焦过程是一种典型连续性的自动控制系统，生产环境恶劣。特点主要包括：
①工艺流程比较复杂，设备种类较多。在备煤和出焦的过程中，需要各种设备的连锁，并将料线进行互锁，这是一种交叉复杂的控制过程。其中在继电器中控制系统能够自动控制，但是维护过程比较复杂，不宜在粉尘较多，湿度较大环境中作业，因此就需要运用一个具有较强自动化程度，工作方便，适应性强的自动控制系统。
②自动化控制系统始终保持着经济，实用，安全，有效的原则。与此同时也要保障生产的可靠性和安全性。
③在此控制系统中，控制指令反应非常灵敏，需采集比较多的现场信号，一般包括温度、流量、电流、压力等。
④在焦炉备煤与出焦的过程中，会产生大量有毒有害的烟尘，对工作人员的身体以及环境造成严重影响。大量烟尘对于设备也有很大的损毁和腐蚀。现在如何经济有效的解决这个问题是重点研究方向。
⑤对于备煤系统而言，属于一种出焦前煤料配置并将焦炭筛分的过程。在系统中都存在很多子系统，所以要综合实现焦化流程，就需要各个子系统应用信号进行衔接。
对于这几种特点，要运用集散控制的思想去控制。近些年来，这种思想被广泛的应用到新建技改项目中。对于传统的集散控制系统来说，控制的范围较大，成本费用较高，因此对一些小规模自控系统的推广产生了不利影响，现已经不能够满足自动化过程控制系统中的设计标准。现在对于建立一个完善的生产监控管理系统，能够有效的将生产过程中参数全局化和信息化。控制系统能够实现生产目标的要求，使得生产过程运行良好，最终获取较大的经济及社会效益。
在我国国民经济重点行业中，炼焦行业是重点行业之一。它涉及到冶金，煤炭，化工等部门。钢铁生产行业在不断的发展，城市燃料利用趋于煤气化。但是我国焦化生产中的自动化水平还与国际存在较大差距。应用电子技术，实现作业制度的网络管理在炼焦生产中的应用是一个急需解决的问题。工业的不断发展，使得焦炭的需求量越来越大，在推广应用新技术的同时，也提高了以质量为前提的生产。但是我国的焦炭行业还处于一个调整阶段，其中存在的重要问题如下：
①对于建厂历史悠久企业，工艺老化，设备比较陈旧，生产中存在较大安全隐患，同时生产效率较低，资源利用率不高。②焦炉老化，并且焦炉自身的损坏部分较大，泄漏率较高，造成大量煤气外泄。一方面造成大量的资源浪费，另一方面直接或间接导致严重的环境污染。③工艺落后，消耗大量能源。在陈旧工艺中，一般只采用硫铵饱和器的方式除去氨或者采用直接终冷或蒸汽方式脱苯。这样不但消耗了大量的蒸汽，也使得处理生产中的废水消耗大量的能源。上述焦炭行业中存在的问题严重影响了高炉的生产水平。因此开发在技术，管理，效益等各个方面均较为合理的焦化工程是我国工业发展的一项重要任务。
在钢铁联合企业中，在焦化备煤及出焦过程中进行计算机控制是比较困难的。在焦化生产过程中，介质较为复杂，测量难度比较大，各个工序之间相互连接，且在焦化生产的过程中，有毒污染物较多，严重影响了操作环境，为了能够在焦化生产的过程中，减少消耗的能源，提高生产质量以及降低工作人员的劳动强度，让计算机监控系统真正的融入焦化生产的过程中显得尤为必要。
2 备煤、出焦过程控制系统整体设计方法
随着工业生产的不断发展和计算机技术的不断进步，自动化控制概念有了很大的改变。在生产过程中，监视和控制信息明显增加，使得工业自动化控制系统面临着可靠性，功能完善性，系统可维护性以及数据利用分析管理等各个方面综合的挑战。因此大力推广应用网络化自动控制系统才能够有效推动生产过程自动化水平以及产品质量，就出现了生产过程的全集成自动化。全集成自动化主要是指在同一组态、编程、数据管理和通信中，能够高度集成整个产品的范围，应用一个系统完成几个系统的全部功能。这种应用方案能够简化系统结构，减少接口部件使用，具有较高利用价值。
备煤系统中主要包括输煤系统和配煤系统。输煤系统需要改进的工艺较少，而配煤系统有较大改进空间。根据煤源的具体煤质状况，在备煤车间中运用较为简单的工艺，减少设备的使用，紧凑的布置，最终进行先配煤后粉碎的工艺流程，可大大提高设备的利用率。在备煤系统中有八个配料槽，将单种煤以适当比例进行配合，最终满足焦炉生产的高质量要求。在各个槽中都有料位计检测量煤的料位状况。在储存煤的槽中放置单种煤，并按照配煤的槽口自动配煤。在每个装置中都存在料带式的输送机和自动控制系统。在生产的过程中，要按照定值对各种单煤流量进行自动控制，以保障配煤比的恒定。这种自配煤的装置能够有效提高配煤的准确性，降低工作人员的劳动强度，最终能够合理利用焦炭质量，降低生产成本。
在筛焦系统的工艺过程中，煤塔中加入配煤槽以及相配合好的装炉煤，并用装煤车取煤和计量之后，依照作业计划将其转入炭化室中。然后在炭化室中煤料就能够在高温干馏的一个结焦周期内形成焦炭以及荒煤气。在炭化室中焦炭成熟之后，应用推焦机将其推出，经过拦焦机倾倒在熄焦车中。然后熄焦之后的焦炭就会形成焦台，再经过一段时间的冷却，就进入了筛储焦阶段。焦台的主要作用就是用来处理沥水以及蒸发水分，冷却熄焦之后的混合焦，最后用剩余红焦补充熄焦。以上过程可利用刮板放焦机在远距离处对机械进行控制放焦。刮板放焦机将焦台地沟中的混合焦运用带式输送机使焦台上滑下来的混合焦混合均匀，最后送到筛贮楼中。筛贮楼主要是用来筛分处理混合焦，最终进行仓贮存放。在筛贮焦槽能够通过振动筛将焦炭分为三个级别，分别为小于10毫米、10～25毫米和大于25毫米。还需要在带式输送机中添加计量秤，能够反映出混合焦的产量和冶金焦进入高炉的状况。同时还应在各个贮集槽中设置料位计，对贮槽中的焦炭料位状况进行实时监控。
在控制焦炉装煤和出焦生产过程的除尘系统中，对于全干式除尘技术，能够将统一焦炉的装煤除尘和出焦除尘整合为一个系统，在出焦除尘的过程中，涂层主要为吸附在滤袋中的焦粉。这种涂层让装煤过程中吸进烟气内的焦油以及粉尘都不能够和滤袋接触，使得出焦除尘装置以及装煤除尘装置能够交替运行，保障滤袋的长期使用，并且避免粘结和堵塞，使装煤除尘装置和出焦除尘装置整合到一起。对于地面站除尘器来说，是三大部分组成的。其中第一部分为拦焦车中一个移动性的大型集气罩，烟气通过集气罩进入焦侧集尘管的转换设备。第二部分为焦台上方的集尘固定接口阀。第三部分设置在地面，其将烟气熄灭，净化所有的设备并将收集的粉尘集中于贮灰罐中，在规定时间内将其导出。地面除尘站净化系统存在两个阶段，分别为装煤除尘阶段和焦炉除尘阶段。其中装煤除尘阶段主要是为了解决在粉碎过程中产生的大量烟尘而设置。在煤粉碎机室中的每个扬尘点均安装吸气罩，防止烟尘粉尘向外排出，这种系统称之为机械除尘系统，最后将净化后的气体通过风机以及消声器排到室外。焦炉除尘工艺流程主要为：在焦炉上装煤，并在出焦的同时产生的烟尘经相应的管道排出，再经过冷却器以及除尘器，将烟尘送进各自的管道中，最终排出。
3 系统的硬件配置
对于备煤系统、筛焦系统和除尘系统而言，其计算机网络控制系统是通过两级控制器完成，分别为监视级以及过程控制级，而在备煤系统中主要包括输煤系统以及自动配煤系统。其中：①监视级中包括打印机以及网络操作站等。在监视系统中能够通过设备运行状态、数据过程、设备具体操作、参数设定和报表打印等进行深入了解。网络操作站是由两台工控机组成的，通过共享电缆连接到一台打印机上。②控制级是通过的PLC控制器组成，其中S7-300是模块化的中小型PLC系统，能够满足中等性能的要求。由于系统模块化以及无风扇等结构使得系统总体构成小巧灵活，分布方便，易于控制。在控制量模块中有输入/输出的数字量以及输入/输出的模拟量，对于模块数量以及配置都是通过当地工作站进行控制和采集的点数决定。
对于输煤系统的硬件结构来说，输煤系统中存在一个中央操作单元，在Profibus总线上有两个站点，分别为本站点以及远程点。本站点通过应用主机架将接口模块IM360以及IM361扩展为3个机架。在远程点最好采用通用性较强的ETM200现场模块进行现场数据的采集和控制。在工业现场中，Profibus的利用能够更好的建立控制网络系统。
而对于配煤控制系统而言，自动配煤控制系统是通过一台工业PC机、一套PLC以及8套控制系统组成。闭环控制系统包括称量带式输送机、秤体、速度传感器、现场操作设备和可控制室内的调节器和变频器。
4 系统监控的功能
在焦化生产中备煤系统是重要的步骤之一，最终可将配合好的煤一齐送至煤塔中进行炼焦作业。在筛焦系统和焦化生产中主要配套使用装煤车、拦焦车、推焦车以及熄焦车等，他们都属于出焦后生产过程的控制。在除尘系统中不存在压料现象，是一种单料线的内循环系统。在循环启动出焦、装煤信号控制阀门和其他设备的同时，其中可实现的控制功能为：①对过程进行控制和监视。对生产设备进行统一的监控，能够有顺序、有逻辑的对生产过程进行系统控制。对于系统选择、切换、起点以及终点的确定能够进一步处理和控制生产过程中的各种设备。对设备故障进行自动诊断以及采取相应保护措施，进行实时处理，增强报警记录上设备运行的可靠性和安全性，进行参数设定和情报打印，监视管理料量的具体状况。②对开关输入输出量和相关模拟量进行输入信号处理，进行实绩搜集。根据操作数据中有上煤/焦量数据、设备的开停机时间和报警记录形成的报表和历史趋势图，可搜集通信使用的数据。③数据通讯。控制系统在控制层和操作站之间交换数据，对上位机上发送系统过程数据。对于各个控制子站和系统之间交换运行的数据，对整个过程的控制系统、上位机、兑取料机系统、旧有备煤系统以及自动配煤系统等实现控制监控。④CRT画面显示功能。CRT画面显示能够显示出操作画面、设定画面、组画面、趋势画面、棒形图以及生产过程中流程图等。⑤报警功能。可实现事故报警，设定相应的优先级别，这些几乎是通过屏幕报警窗口列表显示以及打印完成的。
5 结语
本文通过分析备煤和出焦过程中控制系统的研究现状，控制系统整体的设计方法，完善系统硬件配置以及监控系统的功能等几个方面，基于控制思想，其设计方案围绕备煤系统，筛焦系统以及除尘地面站系统设计出的监控系统，最终实现生产过程中的综合自动化。