焦炉炭化室压力智能解耦控制的研究与应用

发布时间：2020-10-25 18:51

　　 焦炉是一种具有独特结构的工业窑炉,用于对煤炭进行炭化处理以产生焦炭。焦炉炼焦过程中炭化室压力的稳定程度,可直接影响到煤炭的结焦质量、炉体的使用寿命以及周边的环境。炭化室及管道压力是较为复杂的控制对象,扰动因素多且不同结焦时期的相邻炭化室压力耦合严重,而传统的集气管压力控制方法难以保证生产中每一个炭化室的压力在稳定范围内,已不能满足目前的工艺要求。为了更好的解决上述问题,文章首先从炭化室及上升管道这一产生荒煤气的源头出发,结合炼焦工艺过程,对焦炉炭化室相关特性进行分析,建立出炭化室压力耦合系统机理模型,并针对不同结焦时期(结焦初期、结焦中期)相邻两个炭化室的强耦合情况进行仿真分析。然后文章提出使用逆系统解耦的方式来解决相邻炭化室之间的耦合问题,并对相邻炭化室压力系统的可逆性进行证明。采用RBF神经网络算法对其逆系统进行逼近,并将构造出的逆系统与原系统复合组成伪线性系统,从而实现耦合系统的线性化与解耦。对于解耦后的子系统,采用增量式PID的方法进行控制,以进一步提高复合系统的稳定性,对复合控制系统进行仿真验证,结果表明基于RBF的逆系统解耦控制方法能够解除相邻炭化室压力的耦合并具有一定抗干扰能力。文章最后分别从硬件及软件的角度对炭化室压力解耦控制系统的现场应用进行介绍,基于OPC技术实现MATLAB与WinCC之间的通讯,并通过下位机PLC实现控制策略的全炉应用,现场运行结果表明该解耦控制系统能够满足炭化室压力控制要求。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ520.5
【部分图文】：

的相邻炭化室建立机理模型并分析耦合情况。2.1 焦炉结构及荒煤气导出工艺从图 2.1 焦炉断面图可以看出，焦炉作为炼焦过程最为核心的部分，其主要组成有煤塔、蓄热式、拦焦车、推焦车、炭化室、烟气管道等。

.4 为焦炉部分炭化室分布图，如图所示，一座焦炉由众多炭化置组成，炭化室顶部的一侧连接上升管，高温荒煤气从上升管洒冷却至 80-100℃左右再进入集气管、吸气总管。需要提到化室所连接的上升管是通过集气管道而相互连通的，流入集气气总管后端的鼓风机提供吸力，将荒煤气吸入总管后进入下一

即在一个结焦周期内每隔一小时对荒煤气的流量进行取样，其流量变化情况如图2.5 所示。图 2. 5 炭化室结焦周期内荒煤气流量变化图由图 2.5 可以看出，煤料装入炭化室后煤气发生量迅速升高至最大值，并且在一个结焦周期内呈现出逐渐下降的趋势。在结焦过程的前几个小时内荒煤气发生量比较多，随着时间的推移，炭化室煤气发生量不断减少并且在火落时刻[23]（判断焦饼基本成熟的标志，可根据已有火落管理系统判别，课题涉及的焦炉火落时刻一般在 16h 左右）后逐渐减少至零，至此炭化室的一个结焦周期结束，在炭化室进行推焦、装煤等一些列操作后进入下一个周期。在一个结焦周期内，炭化室的结焦过程大致可以分为三个阶段：（1）蒸馏阶段：此阶段经预热后的煤饼受热分解产生 CO、CO2、CH4等气体，荒煤气产生量较大；（2）半焦阶段：在此阶段焦炭出现裂纹并逐渐扩大、变深、延长，且继续析出以 CH4和 H2为主的气体，煤气发生量较初期有所减少；（3）熟焦阶段：该阶段煤饼中析出的烟气绝大部分为 H2且含量十分微小，焦炭在此阶段会进一步的收缩、变硬，含碳量增加并且完成结焦[24]。由以上分析
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本文编号：2855821