焦炉全自动连续测温与加热优化控制技术.docx
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焦炉全自动连续测温与加热优化控制技术
焦炉全自动连续测温与加热优化控制技术
一、国内外的现状
⒈人工测温
火道温度的测量一直是焦炉生产的一项重要日常工作内容，操作工用光学高温计或红外温度计瞄准立火道低部，测量鼻梁砖表面温度，每4小时巡测一次。
如何提高测温精度，改善工人的工作环境一直是大家关心的问题。
人工测量受测温点受测温时间、测温地点、测温人员的熟练程度以及外部气候条件等因素的影响，测量误差很大，
1测量点的选择：
有多种方案
第一测温点第二测温点第三测温点
第一测温点无论焦炉用高炉煤气（BFG）加热或用焦炉煤气（COG）加热都可选择这一测温点，第二测温点常用于COG加热，而第三种用于BFG加热。
立火道底部温度不是均匀分布的，不同的人，选择不同的测量点，测量点的偏差对测量结果有很大的影响，测量点的偏移对温度的影响非常大。
见下图红色外目前我们测量的炉温变化（未处理的数据）。
2测量时间的影响
虽然直行温度的测定时间是规定在换向后五分钟进行，但严格执行尚有一定的困难
一种是无法克服的，如测温时装煤、推焦操作影响无法准时测温，提前或推迟1分钟，往往要影响±4~6ºC。
另外人为随意性，如钟表时间未对好等因素。
⒉其它测温方法
国内外近几十年人们一直在寻找取代人工测量的方法，主要有以下几种：
1采用炉顶钻孔技术,将热电偶安装在火道跨越孔上方的耐火砖内
主要单位：
日本钢管公司、
美国共和公司,但为了延长热电偶的寿命,对热电偶实施了间歇氮封
存在的主要问题：
投资高、热电偶寿命短、炉顶操作不便等缺点，
2热电偶插入立火道顶部测量废气温度
主要单位：
新日铁公司、比利时CRM公司、上海宝钢
投资高、热电偶寿命短、炉顶操作不便等缺点，间接地反映了炉内温度的变化
3在蓄热室顶部安装热电偶
主要单位：
我们安徽工业大学在40座焦炉应用，需建立数学模型，模型精度不高
4焦炉底部测温法 既将测温热电偶从焦炉底部插入燃烧室进行直接测量。
我国鞍钢焦化厂开发了这种技术，该方法避免了炉顶测温法的弊端，但还不太成熟，有待进一步研究和完善。
主要的不足：
1热电偶（铂铑－铂热电偶）在0～1300℃的氧化环境中使用，使用寿命一般为二年左右，热电偶本身价格昂贵。
2测量误差大（据鞍山焦耐院试验结果）：
每月有2℃的老化下降。
3测量过程为间接测量，测量点与目前的有很大不同，所反映的温度与实际情况有较大出入。
总结：
尽管在近几十年一直在尝试用热电偶的方法去减少或取消人工测温，投入也非常大，但由于测温技术方法本身的限制和焦炉恶劣的环境，但国内外都没有取得好的效果。
二、红外测温原理
⒈原理
一切具有一定温度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。
物体的红外辐射能量的大小与它的表面温度有着十分密切的关系。
因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测
定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
物体向周围空间辐射红外的强度分布为：
其中C—光速、h—普朗克常数、k—玻尔滋曼常数
T—绝对温度、λ--光波波长、ε—黑度系数（发射率）
物体发射率对辐射测温的影响：
自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体。
所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、表面状态和环境条件等因素有关。
发射率表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于1的数值之间。
根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。
⒉红外测温系统由以下几部分构成：
1光学镜头：
光学系统直接安装在炉顶的看火空小炉盖上，通过目测瞄准对准鼻梁砖表面，光学系统的总高度低于130mm。
2防尘、防火、防水系统；
③光导纤维（光纤）：
把光学镜头的光信号传送出处，光纤为高纯度石英，石英材料的化学成分为SiO2，物理化学性质非常好，它耐腐蚀，熔点非常高。
④仪表系统：
把光信号转化成温度信号，它的工作温度为〈60℃，该单元一般采用双层外壳，中间通压缩空气进行风冷却
三、测量安装
⒈安装位置
在机焦侧各放置十台红外光纤温度计：
机侧8火道，焦侧20火道（人工测温火道为机侧7火道，焦侧21火道）
⒉检测点
在三角区的中心位置，与目前的三班测温点完全相同
四、测量结果与数据处理
红外光纤温度计在2006年12月20日前后开始在现场安装，2007年1月5日全部安装到位，并把信号陆续连接到浙大中控的SUPERJX-300的集散系统中，下图为红外光纤温度计所测量的温度变化趋势。
⒈现场基本情况：
1光学镜头在现场安装了6个月，目前镜头十分干净，没有一点灰尘，温度不超过100℃，而光学镜头的工作温度可达250℃；
2光纤设计温度为250~300℃，目前工作正常；
3仪表（电信号处理单元）：
设计温度为0~60℃，安装在炉间台；
2007-02-23的照片----试运行期间
⒉测试数据
数据一：
用便携式红外温度计测温（三班操作工按正常时间测温）----红色
数据二：
炉顶直接测温（取交换后5分钟）-----兰色
12:
05
1204.64
1202.9305
1209.646
1211.2638
1243
16:
05
1204.884
1205.006
1212.6985
1213.1258
1234
20:
05
1213.675
1213.675
1217.033
1217.5518
1232
00:
05
1207.570
1209.0355
1214.286
1212.5765
1244
04:
05
1208.059
1204.701
1206.765
1209.335
1245
08:
05
1206.960
1205.617
1207.197
1208.6963
1234
12:
05
1212.821
1215.446
1214.8965
1214.225
1235
16:
05
1216.361
1214.957
1212.8205
1213.492
1236
20:
05
1210.134
1210.3175
1214.164
1214.347
1236
00:
05
1209.646
1209.2795
1209.5235
1210.073
1244
04:
05
1209.035
1212.0875
1211.5995
1210.47
1245
08:
05
1214.530
1213.187
1208.364
1209.6155
1247
12:
05
1218.559
1220.2075
1215.4455
1214.8045
1249
16:
05
1227.350
1227.289
1224.9085
1223.7873
1247
20:
05
1220.269
1222.894
1227.045
1225.1528
1245
00:
05
1236.508
1237.546
1234.127
1232.204
1264
⒊数据分析：
人工测温起伏大，但两种测温方法所测温度的变化趋势基本一致，以机测为例，炉顶直接测温比人工测温低23.6℃。
若把偏差直接加上去，则得下图的趋势曲线。
04:
05
1234.188
1233.3425
1236.9445
1237.0315
1249
08:
05
1230.281
1227.4115
1229.9145
1232.0208
1253
12:
05
1228.571
1225.946
1226.3125
1228.9908
1251
16:
05
1228.938
1227.778
1224.8445
1226.647
1247
20:
05
1222.711
1223.871
1223.871
1224.2678
1244
00:
05
1218.681
1216.117
1218.132
1218.956
1227
04:
05
1210.867
1206.7765
1210.1355
1212.7295
1221
08:
05
1209.157
1212.454
1210.928
1211.0805
1251
12:
05
1224.786
1223.8705
1218.376
1217.796
1251
16:
05
1217.827
1217.827
1219.724
1219.4165
1246
20:
05
1215.385
1213.248
1217.155
1218.1625
1239
00:
05
1211.599
1216.7885
1221.069
1218.715
1235
04:
05
1220.879
1221.001
1223.7485
1222.0695
1240
08:
05
1220.391
1218.254
1221.5505
1222.9243
1250
12:
05
1217.704
1217.46
1222.4055
1223.0463
1255
16:
05
1209.280
1212.5765
1221.0625
1219.231
1250
20:
05
1219.658
1222.5275
1223.016
1220.574
1248
五、可靠性和稳定性
①光学镜头安装在小炉盖上，主要的影响是烟尘和高温
光学镜头一直维持微正压，烟尘进不去；
光学镜头前有烟尘防护罩，烟尘难以进入；
结果：
在现场连续运行6个月后，目前镜头十分干净，没有一点灰尘，
光学镜头工作温度可达250℃；
结果：
目前，在吹风的情况下，温度不超过80℃，在停风情况下，温度不超过150℃
2光纤
布置在4分的镀锌管里，固定在铁轨的外侧，在正常情况下，温度在50~80℃；
结果：
目前工作正常；
3仪表（电信号处理单元）
设计温度为0~60℃；
安装在炉间台，该处的温度不会超过50℃
结果：
目前工作正常；
六、结论
⒈焦炉全自动红外测温系统测温点与目前三班测温完全相同，测温精度高于目前的三班测温；
⒉焦炉全自动红外测温系统的测温过程为全自动进行，测温结果与目前的人工三班测温非常一致，
可将目前的人工三班测温该为白班的人工巡检；
⒊焦炉全自动红外测温系统的数据可直接进入计算机控制系统，可以自动进行焦炉加热控制，减小炉温波动，稳定焦炭质量；节能降耗达1.5~3%；
⒋该项目已经获国家专利，专利号为ZL200620071265.1；
⒌焦炉全自动红外测温系统的使用寿命是热电偶的2~3倍以上。
七、仪表的维护与校验
⒈定期（一周）观察吹气压力表的压力（应不小于500Pa），
⒉定期（半年）检查一下光学镜头有无灰尘，若有灰尘，则用脱脂药棉沾酒精擦洗；
⒊仪表的校验：
可在仪表盒中将仪表卸下，去校验。
光学镜头和光纤等设备为石英制品，没有老化问题，不需要校验。
八、焦炉加热控制方案
根据火道温度---自动调整加热煤气流量；
根据加热煤气流量---自动调整分烟道吸力；
以二前馈、一反馈、一监控、三修正、两串级相结合的优化调控系统
二前馈：
供热煤气量前馈、分烟道吸力前馈
一反馈：
炉温反馈
一监测：
监测空气系数α值
三修正：
热值修正、水分修正、实测炉温偏差修正
两串级：
炉温控制、吸力控制采用串级控制方案。
代表火道选择（初步，待工艺人员确定）
推焦顺序（5-2串序，小圆圈为推焦顺序示意）
0,3T,T,4T,2T2,3T+2,T+2,4T+2,2T+24,3T+4,T+4,4T+4,2T+46,3T+6,T+6,4T+6,2T+68,3T+8,T+8,4T+8,2T+810,3T+10,T+10,4T+10,2T+10
1,3T+1,T+1,4T+1,2T+1,3,3T+3,T+1,4T+3,2T+35,3T+5,T+5,4T+5,2T+57,3T+7,T+7,4T+7,2T+79,3T+9,T+9,4T+9,2T+911,3T+11,T+11,4T+11,2T+11
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