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摘要： 分析焦炉加热自动控制系统选择；实现焦炉加热控制的技术条件及实施方案。
关键词： 焦炉加热；自动控制
中图分类号：TJ8 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310030－01
由于焦炉是一个极其复杂的热工和兼有反应器功能的设备，控制和测量点极多，一方面必须加强连续在线测量系统的稳定性和可靠性研究；另一方面加强维护和管理，以实现控制和管理并重的原则。
1 控制系统的选则
较理想的控制系统应该包括焦炉各操作参数的在线检测、前馈供热、炉温和吸力反馈调节，生产监控系统等系统构成。
1.1 过程参数的检测与采集
1）火道温度特制的炉温测量系统解决了焦炉连续测温的难题。我国大多数的焦炉则均在蓄热室顶安装热电偶，测量燃烧废气温度。
2）焦饼温度和碳化室墙温度为连续测量红焦温度，掌握焦炭成熟度和燃烧室长向和高向温度的均匀性。采用在推焦时依靠推焦杆上的红外测温装置测量炭化室墙面温度，可以得到横墙温度分布曲线，实施对个别燃烧室的操作指导和作为控制变量对预先设定的供热量进行校正。
3）成焦时刻的判断：采用测定上升管粗煤气温度的变化来判断结焦终了时间或安装有测量粗煤气温度的装置。
4）煤气特性参数：特性参数包括煤气组成和温度、压力、含水量等状态变量，用于快速测量和监视的仪器有华白指数调节器，热量输入控制器或热值仪等。
5）空气系数：由于不能直接测定空气系数，一般由分烟道废气氧含量间接表示，由安装在焦炉机、焦侧分烟道氧化锆或其它类型的测氧仪连续采样得到。
1.2 前馈与反馈相结合的调节系统
前馈控制能够及时根据煤料性质、装炉煤水分、结焦时间和火道温度等量的变化调节焦炉供热量，但无论采用何种供热模型都不可能完全准确地计算调节量，且焦炉是一个热滞后十分严重的操作单元，所以完全靠前馈控制是有局限性的。炉温反馈调节可根据检测量和被控量之间的偏差大小决定调节量，以克服焦炉操作不可测因素对炉温的影响，同时对前馈输入量偏小或偏大而引起的温度波动也能进行自动调整。但操作表明仅靠反馈控制也难以达到理想的效果，因为调节偏差量只对过程变化结果作用，不能很好地预测这些因素变化规律，而结果变化的主要原因正是主要操作参数变化所致，只有把上述两种方式结合起来，才能使控制对象处于最佳工作状态，所以控制系统采用前馈与反馈相结合的调节系统。
1.3 吸力控制系统
能够保证加热煤气的合理燃烧，因为燃烧状态的好坏取决于空气和煤气比例，煤气量由前馈或反馈调节后设定，空气量的供给主要采用自然通风或强制通风两种形式，大多数焦炉属自然通风，也没有蓄热室下调空气结构，空气量由蓄顶吸力和风门开度决定，在风门不变的情况上，可由吸力控制空气量，全炉一般以标准蓄热室吸力为基准，使上升和下降气流的蓄顶吸力保持一致，机、焦侧的标准吸力控制取决于空气系数（或氧含量）和看火孔压力，分别由相应分烟道吸力控制实现，所以吸力控制系统实质上是结合看火孔压力进行废气氧含量控制，以保证煤气量或操作条件改变时及时调整空气量，使燃烧始终处于稳定和最佳燃烧状态。
1.4 生产监控系统
生产监控主要是监视和指导推焦和装煤生产情况，通常将信息传到计算中心，以便于全炉控制；计算机自动记录和算出操作时间、推焦电流、计划系数、执行系数、总系数和其它参数，并可以打印出推焦日报表。
2 自动控制的技术条件
2.1 数据采集系统的完善
进一步完善焦炉数据采集系统完善测量和数据采集系统的硬件和软件，一方面要加强连续在线测量系统的稳定性和可靠性研究，降低原材料价格；另一方面加强维护和管理，实现控制和管理并重。
2.2 建立正确的数学模型
1）火道温度控制模型。一般需建立被测温度与控制温度模型关系；
2）结焦终了判断模型。保证焦饼按时成熟是保证焦炭质量、稳定生产和节约能源的重要措施。我国大型焦炉的上升管上都安装有可测量粗煤气温度的火落孔，理论上可要据粗煤气温度的变化趋势精确地判断焦饼的成熟时间，但我们经过多次测量发现由于大焦炉是双集气管，尤其在结焦后期，煤气量较少的时候，机方与焦方的煤气波动较大，甚至出现倒流，使粗煤气温度变化反复无常，火落温度点难以判断准确；即使在结焦末期关掉一侧上升管，测到的规律性也不强。较好的模型是以测量焦饼温度判断结焦终了时间，但必须建立被测焦饼温度与焦饼中心温度的关系，同时要能够反应焦饼上下高向和机、焦侧长向的温度分布，为操作指导系统提供必要的信息；
3）焦炉总供热模型。焦炉总供热量的确定必须针对具体的焦炉和炼焦煤条件，建立与目标火道温度、目标结焦时间、炼焦煤和操作参数等的关系，利用此数学模型可以有效地预测焦炉的干扰量变化时引起供热量变化。对于一些不可测因素的干扰可以通过火道温度反馈控制来校正；
4）煤气流量及校正。为了稳定焦炉供热量，必须随时根据加热煤气的性质参数校正煤气流量；
5）目标火道温度与目标结焦时间计算及调整这里涉及到目标火道温度与结焦时间、装煤量、装煤水分、焦饼温度的相关方程；实测焦饼温度偏差时的火道温度校正方程与实测火道温度偏差时的校正方程；
6）吸力控制模型。建立加热煤气量、空气系数、火道温度等与蓄顶吸力相关方程。
3 结语
发展我国的焦炉加热控制系统，必须根据我们的基本国情，从我国焦炉生产和劳动者素质的实际出发，对于不同的焦化企业和不同的焦炉炉型，可以考虑不同控制水平的加热系统。采取积极、稳妥、节省投资和保证效果的原则分步分阶段的进行，并要切实加强管理，提高操作人员素质，使控制和管理有机地结合，充分发挥计算机硬件和软件的优势，使焦化工业进入新的历史时期。
关键词： 焦炉加热；自动控制
中图分类号：TJ8 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310030－01
由于焦炉是一个极其复杂的热工和兼有反应器功能的设备，控制和测量点极多，一方面必须加强连续在线测量系统的稳定性和可靠性研究；另一方面加强维护和管理，以实现控制和管理并重的原则。
1 控制系统的选则
较理想的控制系统应该包括焦炉各操作参数的在线检测、前馈供热、炉温和吸力反馈调节，生产监控系统等系统构成。
1.1 过程参数的检测与采集
1）火道温度特制的炉温测量系统解决了焦炉连续测温的难题。我国大多数的焦炉则均在蓄热室顶安装热电偶，测量燃烧废气温度。
2）焦饼温度和碳化室墙温度为连续测量红焦温度，掌握焦炭成熟度和燃烧室长向和高向温度的均匀性。采用在推焦时依靠推焦杆上的红外测温装置测量炭化室墙面温度，可以得到横墙温度分布曲线，实施对个别燃烧室的操作指导和作为控制变量对预先设定的供热量进行校正。
3）成焦时刻的判断：采用测定上升管粗煤气温度的变化来判断结焦终了时间或安装有测量粗煤气温度的装置。
4）煤气特性参数：特性参数包括煤气组成和温度、压力、含水量等状态变量，用于快速测量和监视的仪器有华白指数调节器，热量输入控制器或热值仪等。
5）空气系数：由于不能直接测定空气系数，一般由分烟道废气氧含量间接表示，由安装在焦炉机、焦侧分烟道氧化锆或其它类型的测氧仪连续采样得到。
1.2 前馈与反馈相结合的调节系统
前馈控制能够及时根据煤料性质、装炉煤水分、结焦时间和火道温度等量的变化调节焦炉供热量，但无论采用何种供热模型都不可能完全准确地计算调节量，且焦炉是一个热滞后十分严重的操作单元，所以完全靠前馈控制是有局限性的。炉温反馈调节可根据检测量和被控量之间的偏差大小决定调节量，以克服焦炉操作不可测因素对炉温的影响，同时对前馈输入量偏小或偏大而引起的温度波动也能进行自动调整。但操作表明仅靠反馈控制也难以达到理想的效果，因为调节偏差量只对过程变化结果作用，不能很好地预测这些因素变化规律，而结果变化的主要原因正是主要操作参数变化所致，只有把上述两种方式结合起来，才能使控制对象处于最佳工作状态，所以控制系统采用前馈与反馈相结合的调节系统。
1.3 吸力控制系统
能够保证加热煤气的合理燃烧，因为燃烧状态的好坏取决于空气和煤气比例，煤气量由前馈或反馈调节后设定，空气量的供给主要采用自然通风或强制通风两种形式，大多数焦炉属自然通风，也没有蓄热室下调空气结构，空气量由蓄顶吸力和风门开度决定，在风门不变的情况上，可由吸力控制空气量，全炉一般以标准蓄热室吸力为基准，使上升和下降气流的蓄顶吸力保持一致，机、焦侧的标准吸力控制取决于空气系数（或氧含量）和看火孔压力，分别由相应分烟道吸力控制实现，所以吸力控制系统实质上是结合看火孔压力进行废气氧含量控制，以保证煤气量或操作条件改变时及时调整空气量，使燃烧始终处于稳定和最佳燃烧状态。
1.4 生产监控系统
生产监控主要是监视和指导推焦和装煤生产情况，通常将信息传到计算中心，以便于全炉控制；计算机自动记录和算出操作时间、推焦电流、计划系数、执行系数、总系数和其它参数，并可以打印出推焦日报表。
2 自动控制的技术条件
2.1 数据采集系统的完善
进一步完善焦炉数据采集系统完善测量和数据采集系统的硬件和软件，一方面要加强连续在线测量系统的稳定性和可靠性研究，降低原材料价格；另一方面加强维护和管理，实现控制和管理并重。
2.2 建立正确的数学模型
1）火道温度控制模型。一般需建立被测温度与控制温度模型关系；
2）结焦终了判断模型。保证焦饼按时成熟是保证焦炭质量、稳定生产和节约能源的重要措施。我国大型焦炉的上升管上都安装有可测量粗煤气温度的火落孔，理论上可要据粗煤气温度的变化趋势精确地判断焦饼的成熟时间，但我们经过多次测量发现由于大焦炉是双集气管，尤其在结焦后期，煤气量较少的时候，机方与焦方的煤气波动较大，甚至出现倒流，使粗煤气温度变化反复无常，火落温度点难以判断准确；即使在结焦末期关掉一侧上升管，测到的规律性也不强。较好的模型是以测量焦饼温度判断结焦终了时间，但必须建立被测焦饼温度与焦饼中心温度的关系，同时要能够反应焦饼上下高向和机、焦侧长向的温度分布，为操作指导系统提供必要的信息；
3）焦炉总供热模型。焦炉总供热量的确定必须针对具体的焦炉和炼焦煤条件，建立与目标火道温度、目标结焦时间、炼焦煤和操作参数等的关系，利用此数学模型可以有效地预测焦炉的干扰量变化时引起供热量变化。对于一些不可测因素的干扰可以通过火道温度反馈控制来校正；
4）煤气流量及校正。为了稳定焦炉供热量，必须随时根据加热煤气的性质参数校正煤气流量；
5）目标火道温度与目标结焦时间计算及调整这里涉及到目标火道温度与结焦时间、装煤量、装煤水分、焦饼温度的相关方程；实测焦饼温度偏差时的火道温度校正方程与实测火道温度偏差时的校正方程；
6）吸力控制模型。建立加热煤气量、空气系数、火道温度等与蓄顶吸力相关方程。
3 结语
发展我国的焦炉加热控制系统，必须根据我们的基本国情，从我国焦炉生产和劳动者素质的实际出发，对于不同的焦化企业和不同的焦炉炉型，可以考虑不同控制水平的加热系统。采取积极、稳妥、节省投资和保证效果的原则分步分阶段的进行，并要切实加强管理，提高操作人员素质，使控制和管理有机地结合，充分发挥计算机硬件和软件的优势，使焦化工业进入新的历史时期。