焦炉集气管压力与鼓风机综合控制系统

1、一，经济类高频词accelerate vt （使）加速，增速【例】accelerate the rate of economic growth加速经济增长【派】acceleration n 加速accelerating a 加速的boost vt 提高，推动，使增长n 推动，增长【例】boost the economy推动经济增长【派】booster n 支持者，推动器mushroom vi 迅速成长n 蘑菇【例】sth Mushroom 快速成长/增加flourish vi 繁荣，茂盛； vt挥动【例】the nations economy will flourish国家经济将繁荣发展thr

2、ive vi 兴旺，繁荣【例】The company managed to thrive after a recession经济衰退后该公司设法兴旺起来impose vt 把强加于； 征税【考】impose on/upon把强加于【例】to impose local tax征收地方税【派】imposing a 壮观的，令人难忘的restore vt 恢复，修复；归还，交还【例】 restore the economy to full strength完全恢复经济发展【派】restoration n 修复revive v 使复苏vi 恢复【例】The economy of these areas

3、 is beginning to revive这些地方的经济开始复苏soar vi 猛增，高飞；（情绪）高涨【例】Oil prices have soared in recent weeks石油价格最近几周飚升squeeze vt 挤，压榨；n 拮据，紧缺；握手【例】financial squeeze财政困难exceed vt 超过，越出【例】The benefits exceed $10 million利润超过1千万美元【派】exceeding a 超过的；exceedingly ad 非常allocate vt 分配， 把拨给【例】allocate money for the projec

4、t给项目拨款【派】allocation n 配给，分配slash vt 砍；大量削减；n 砍，斜线号【考】slashed red tape革除繁文缛节【例】slash fares by about 30% 削减票价30%negotiate vt 洽谈；顺利通过vi协商【例】to negotiate the cooperation items谈判公司项目【派】negotiation n 谈判negotiable a 可协商的distribute vt分发，分配；散布【例】Milk has been distributed to the local shops牛奶已经分发到当地商店【派】distr

5、ibution n 分发；distributed a 分布的distributor n 发行人substantial a 大量的，结实的；实质的；【例】substantial investment大笔投资bankrupt a 破产的，彻底缺乏的，v 使破产n 破产者【例】the bankrupt oil company破产的石油公司【派】bankruptcy n 破产economy n 经济，经济情况；省俭，充分利用【例】the market economy市场经济【派】economize v 节俭economic a 经济学的prosperity n 繁荣，兴旺【例】economic pro

6、sperity经济繁荣【例】prosperous a 繁荣的constraint n 约束；限制【例】economic and cultural constraint经济文化制约hardship n 艰难，困苦【例】economic hardships经济困难recession n 衰退（期）(1) 焦炉操作的影响焦炉炭化室处在不同的结焦时刻，荒煤气的发生量不相同。在我国多数焦化厂的装炉煤水分偏高，水汽化后的体积要增大1000多倍，在装炉的253min内，只要有 1/10的水汽化，就可以产生上百m的蒸汽，使荒煤气发生量较结焦末期瞬时增加，造成本座焦炉集气管压力急剧升高，这将加剧装煤过程烟尘外泄

7、，并可能使集气管压力调节阀快速进入不灵敏区，从而失去调节作用。(2) 常规调节系统的局限性由于常规调节系统的参数整定是在一定工艺状况下进行的， 而焦炉集气管压力却是时变和非线性的， 所以调节系统本身参数整定具有局限性。焦炉集气管在初冷器前管道互通，对任何一座焦炉集气管压力的调节过程必然影响到其它焦炉集气管压力的稳定，从而形成典型的集气管并联耦合振荡现象，这种振荡在装煤和喷洒高压氨水的过程中尤为严重。2 系统结构焦炉集气管压力与鼓风机综合控制系统硬件设备利用已有集散控制系统( DCS ) 的系统资源，不再增加额外的硬件投资；应用软件采用模块化结构，利用DCS内部控制模块及内部语言编写，部分采用C

8、语言编写的模块，通过OPC通信技术和DCS间无缝连接,与国内外DCS兼容性好。如2所示为应用软件模块结构. 6353 控制原理传统 PID控制很难兼顾减小超调和提高响应速度的要求，尤其当测量值瞬时大幅度变化时，调节就显得力不从心。焦炉集气管压力与鼓风机综合控制系统采用变参数PID控制算法，根据期望响应，用偏差信号的非线性函数分别自动调整比例、微分和积分参数的大小，以改善系统的动态特性.综合控制系统集成非线性 PID控制、智能解耦、前馈控制、模糊控制等多种先进控制策略的优点，结合鼓风机前吸力调节各座焦炉集气管压力在运行过程中不断调整控制模块参数，以适应各种生产状况的变化增强了抗干扰能力，基本控制

9、原理如下：(1)各调节回路均采取智 能非线性 PID控制，自动根据生产情况选取最合适的 PID参数组合值，并设有死区，使偏差达到工艺要求范围的同时，避免因控制对象反应滞后而出现超调并避免调节阀频繁动作.(2)当焦炉集气管压力变化产生耦合作用时，自动采用消耦合控制模式， 消除集气管压力的耦合扰动；当各座焦炉集气管压力较长时间存在按同一方向变化的偏差时，通过调节鼓风机前吸力加以克服.(3)对鼓风机前吸力采取多参数智能控制方法， 将多座焦炉集气管压力和阀位反馈信号模糊识别、 综合处理后作为鼓风机前吸力调节的前馈值，自动动态调整鼓风机前吸力调节回路的控制参数.(4)监视各焦炉集气管调节阀的开度，对各集

10、气管压力调节阀的响应特性进行非线性补偿，克服调节阀动态响应特性畸变的影响；监视阀门动作方向，对机械死区进行补偿；通过动态自动优化鼓风机前吸力设定值，使调节阀的工作点经常处在线性可调区.4 主要控制模块本系统的主要控制模块如图2所示。其中焦炉集气管压力控制模块、鼓风机前吸力控制模块和前馈控制模块的基本控制回路在DCS内通过组态方式建立，回路 的工作参数通过 C语言编写的程序动态调整；偏差预处理模块、耦合检测和消除模块以及调节阀开度整定与动态补偿模块利用C语言编制.41 偏差预处理模块焦炉集气管压力通常只100Pa左右，很容易受到各种干扰的影响，通过对偏差(即设定值和测量值的差) 进行预处理，能使

11、调节模块准确识别有效偏差信号，快速消除干扰并避免振荡发生，如果偏差在工艺允许的范围内，则不进行频繁调整，以延长液力耦合器、鼓风机、执行机构和调节阀的寿命。 1上述控制思想通过对偏差信号进行折线校正来实现。图3为偏差校正曲线，通过设定死区(Dw) 对集气管压力偏(ESP-PV)差值进行修正，得出有效的偏差信号(ER)，并传递给集气管压力和鼓风机前吸力控制模块的非线性PID算法进行控制。4 2 耦合检测和消除模块焦炉集气管压力系统是一个多变量耦合系统，焦炉与焦炉并联，存在着负耦合关系，焦炉与鼓风机串联，存在着正耦合关系。控制回路参数整定不当是诱发耦合的主要原因，因为手动调节时一般不会出现耦合。系统

12、各控制回路采用可变死区可以预防耦合的发生耦合监测和消除模块可以监控由于操作或控制系统灵敏度高可能造成的下述耦合.(1) 各焦炉集气管间的耦合控制焦炉进行操作时，经常会出现一座焦炉集气管压力过高， 而其他焦炉集气管压力过低的不平衡状态，不是造成跑火放散，就是在炭化室底部产生负压。此时的特征是：两集气管压力反方向波动，但鼓风机前吸力变化不大。解决焦炉集气管间耦合问题的方法如下设er1er4 分别为14号焦炉集气管压力偏差；er5为鼓风机前吸力控制模块的偏差。当并且并且条件满足，而且持续时间超过5s，则认为发生耦合，采用消耦合控制模式，将偏差最大的调节模块的输出调整到安全状态，就可以很快消除耦合。(

13、2)集气管与鼓风机间的耦合控制如果鼓风机前吸力波动较大，可能会引起各座焦炉集气管压力同时产生振荡。其特征是：各集气管压力同方向波动，但与鼓风机前吸力变化方向相反。此时可以通过降低鼓风机前吸力调节模块增益来消除耦合.4 3 前馈控制模块前馈控制能快速补偿干扰对被控变量的影响，但要求获得对象的数学模型，同时干扰可测。由于本系统中对象模型参数不确定，因此对干扰只实现了部分补偿，可以在一定程度上提高系统响应时间。本系统将前馈控制与反馈控制结合起来，利用前馈控制克服主要干扰的影响，反馈控制克服其余干扰以及前馈补偿不完全的部分，即使在大而频繁的干扰下，依旧可以获得优良的控制品质。前馈值D(t) 的计算方法

14、如下：式中，。分别为前馈调节模块的比例增益和积分时间。44 调节阀开度整定与动态补偿模块一般情况下，不同的鼓风机前吸力都可以保证集气管压力在工艺允许的范围内，但对应集气管压力调节阀的开度却不同。相同的煤气流量,如果阀门开度大，所需要的鼓风机吸力就小，如果阀门开度小，所需要的吸力就大。由于受管道阻力和工艺阀门的影响，调节阀动态特性只有在一定区间才可能近似等百分比，因此，在保证集气管压力处于正常范围的前提下，可以将调节阀整定在调节效果最理想的开度。当焦炉集气管压力调节阀开度不在合适的区间时，即使压力能稳定在合理的范围内，也要通过调节鼓风机前吸力来改变焦炉集气管压力调节阀的开度，以便系统能更有效地克

15、服未来可能出现的干扰.为避免对正常调节过程造成较大干扰，鼓风机前吸力调节过程以缓慢改变吸力设定值的方式来实现，吸力设定值的修正值，式中，分别为阀门开度偏离合理范围的差值 ,分别为模块的比例增益和积分时间。由于调节阀不是在理想条件下工作，对应同一调节增量，在不同开度时的调节效果不一样,所以需要补正。阀门开度小时，输出变化要平缓；阀门开度大时，输出变化应该快。如果上次开阀方向和本次开阀方向不一致，还要增加补偿值用于对其机械死区的动态补偿。4 5 集气管压力控制模块集气管压力用带有死区的位置式非线性 PID 方式控制，设有死区的目的在于当偏差达到工艺要求范围时，可以避免控制对象反应滞后而出现的超调并

16、避免调节阀频繁动作。当集气管压力正常波动时，本模块采用小比例增益、小积分时间来持续缓慢调节集气管压力，可以克服干扰并防止振荡；当集气管压力波动较大时，模块采用较大比例增益、较大积分时间来控制集气管压力，迅速克服干扰，并避免超调。如果可调节变量达到限制值则积分作用停止，如果偏差使积分作用回到可调节范围，则积分作用重新被启用，当设定值发生变化时，弱化比例作用。其数学表达式为：式中，分别为t时刻控制器输出和输入偏差信号；，分别为集气管压力控制模块比例增益、积分时间和微分时间的三个非线性函数.4 6 鼓风机前吸力控制模块鼓风机前吸力与集气管压力有着密切联系，人工操作时，其设定值不会经常调整。在本系统中

17、，由鼓风机前吸力控制模块动态调整鼓风机前吸力。同时为安全起见，将鼓风机轴位移、轴振动和转速纳入系统的在线监控，并作为吸力调节的约束条件，达到稳定集气管压力并防止鼓风机喘振的目的。如果多座焦炉集气管压力调节回路的偏差持续同方向变化，则可以通过调节鼓风机前吸力来克服单独调节各个集气管压力所造成的调节阀问的耦合作用，避免当焦炉荒煤气变化较大时各集气管调节阀开到极限状态，迅速稳定焦炉集气管压力。对于调节大循环回流阀的系统：2008年在鞍钢集团鲅鱼圈分公司焦化项目中，利用液力耦合器调整鼓风机转数，当风机转速接近临界转速或轴位移、轴振动过大时，都调整大循环量，使风机运行在安全范围内。首钢集团京唐焦化项目的

18、开工经验表明，即使带有 PROven技术的763 m焦炉【6】，虽然采用了单炭化室调压技术，稳定鼓风机前吸力也很重要，否则单个炭化室压力调节系统就发挥不了作用。5 应用效果系统能长期满足用高压氨水消烟装煤的要求，当外界因素引起集气管压力波动时，能够迅速调整各焦炉集气管压力和鼓风机前吸力，快速抑制压力的变化，使压力在短时间内稳定在工艺要求范围内，杜绝了冒烟、冒火现象，有利于环境保护，达到清洁工厂的目的。图4是某典型焦化厂系统投运前、后焦炉集气管压力变化曲线，虽然从图中仍然可以看到装煤操作对焦炉集气管压力有规律的干扰，但系统投运后比投运前控制效果有明显改善。焦炉集气管压力与鼓风机综合控制系统在国内

19、多家焦化厂成功应用。2002年在山西焦化股份有限公司9O万t焦炉易地改造工程中借助美国霍尼韦尔公司的TPS设备， 解决了焦炉集气管压力波动大、焦炉除尘系统无法投运的问题。2003年利用浙大中控的Supcon JX300X系统在辽宁北营钢铁集团有限公司，2005年在江苏沙钢集团焦化厂采用日本横河 CS系列 D CS，完成 1 4号焦炉集气管压力和鼓风机前吸力综合控制系统的投运，系统运行良好压力 90时间在± 20 Pa内波动。2008年，借助西门子的PCS7设备，在鞍钢集团鲅鱼圈分公司焦化项 目中实现稳定多座焦炉集气管压力和鼓风机前吸力的目的。6 结束语集气管压力波动大，是由目前炼焦生

20、产间歇操作的特点造成的，每个炭化室从装煤到推焦的整个结焦过程中，其压力随荒煤气发生量的变动而变化，即使采用集气管分段技术的焦炉，也只能解决同一段集气管内中部与端部之间压力过大的问题。大型焦炉集气管压力检测用三选二求平均值的办法，不可能消除各段集气管之间压力不平衡，为减少相互干扰，即使采用炭化室压力单独调控技术的焦炉，稳定集气管压力与鼓风机前吸力也是非常重要的。DCS在焦化行业的大量普及，为稳定焦炉集气管压力提供了条件。实践证明，解决焦炉集气管压力波动较大的问题，并不需要特别高深的理论和昂贵的设备，借助于DCS资源，采用本文介绍的办法， 完全可以解决这个困扰炼焦行业多年的难题. 参考文献：1周国

21、雄，吴敏，曹卫华，等基于粒子群优化的集气管 压力变结构模糊控制J 信息与控制， 2008 ， 37( 3 )： 327 333 ZHOU Guoxiong， WU Min， CAO Wei hua， et a1 Variable structure fuzzy control based on particle swarm optimization for gas collector pressureJ.Information and Control，2008。37(3):327333.2王健，方业全， 李明河 焦炉集气管压力 Fuzzy PID控制系统设计J 自动化与仪表，2007， 22(

22、2)：59-61WANG Jian， FANG Yeq u a n， LI MingheFuzzy PID Control system for pressure of gas collecting pipe of coke ovenJAutomationInstrumentation ，2007， 22(2)：59-61.3 Chaichenko VI， Lavrov KG Pressure stabilization of direct coke oven gas in he gas collectors of coke batteries JCoke & Chemistry( U

23、SSR)，2001， 64(7)：7276.4蔡丽，童敏明，戴新联焦炉集气管压力智能控制系统的设计J 煤炭科学技术，2008，36 (8)：88-90CAI Li， TONG Minming， DAI XinlianDesign on intelligent pressure controll system of gas manifold in coke oven J Coal Science and technology， 2008， 36(8)： 88-905 高明利，钱如刚， 李法柱 集气管压力的影响因素及改进措施J 燃料与化工， 2008， 39(2)： 232 4GAO Mingli， QIAN R u g a n g， LI FazhuThe influencefactors and improving ways of pressure in