煤氣加熱

按熱源的不同，金屬熱處理加熱方法大致可分為燃料燃燒加熱法、電加熱法和高能量密度能源加熱法3大類。燃料燃燒加熱法所用燃料可以是固體（煤）、液體（油）和氣體（煤氣、天然氣、液化石油氣）。用於加熱的氣體燃料有煤氣、天然氣和液化石油氣等。調節空氣與氣體的比值可以獲得氧化或還原的燃燒氣氛，從而減少工件加熱時的氧化脱碳程度。這種加熱方法適用於大件整體加熱和燃氣供應充足的地區 ^[1]  。

相對於焦爐煤氣加熱而言，高爐煤氣的加熱控制更為複雜，其發熱量低、耗熱量高、廢氣量大。由於火焰長，焦餅上下方向加熱的均勻性好，但煤氣流量受環境温度及壓力的影響較大，熱值沒有焦爐煤氣穩定。因此，系統採用了精確的焦爐加熱數學模型，利用DCS較強的控制功能和一些傳統的控制方法及40多條生產操作經驗，對焦爐生產過程進行了有效的控制，結合生產工藝研製了3個主要控制模型。

由於焦爐結構複雜，直接連續測量立火道温度比較困難，且成本高，因此，我們採用蓄熱室頂部為間接測量點，考慮到用高爐煤氣加熱時，蓄熱室上升氣流和下降氣流温度變化較大，我們將其温度分為兩段建立數學模型，通過人工多次測量立火道温度與蓄頂温度的比較，用迴歸分析法可得到立火道温度與蓄熱室頂部温度關係的數學模型。

由此模型實施對燃燒温度的控制。此外，計算機程序還可自動屏蔽偶然發生故障的熱電偶的信號，確保了計算的平均温度準確、可靠。根據温控數模的判別計算及與標準温度的比較，進行PID調節，輸出爐温控制信號給執行器控制煤氣調節閥，達到既穩定爐温控制又不頻繁變換煤氣操作的目的。

焦爐的壓力制度及空氣過剩係數的控制直接影響到煉焦的耗熱量和焦爐的熱效率。在系統中，煙道吸力控制是根據目標爐頂壓力和實測爐頂壓力的偏差來實現對煙道吸力的反饋控制。

前饋供熱控制的關鍵是煉焦耗熱量的確定。通過實踐中收集的大量數據進行統計處理，並根據焦爐的生產週期和高爐煤氣受温度和壓力影響較大等加熱特點，選擇前饋控制方式，同時對温度、壓力進行補償校正 ^[2]  。

系統以FREEELANC2000為編程平台，通過組態程序及VB高級語言對系統進行了全面的編程設計。考慮到系統的穩定性，採用了結構化的程序設計，整套程序結構簡捷、層次分明。

應用軟件為Digitool組態軟件，監控軟件為Digivis其他運行軟件有DDE數據交換軟件、數模控制軟件、數據採集軟件、打印軟件等。通過上述軟件下列多項管理、技術、統計等功能得以實現：

各檢測點和控制點相應參數（温度、流量、壓力、閥位、報警等）的實時顯示；生產報表、歷史趨勢曲線、參數設定、定時採集、自動記錄、自動生成日報表；在線閲讀報表、調度聯網；手動/自動切換方式；全自動燃燒控制，實現無人操作模式；温度超差、煤氣壓力超限、CO超差及外圍設備故障報警等。

除上述外，本系統有下列新的功能及特點：

1.可通過操作界面進行高爐煤氣和焦爐煤氣2種加熱方式的相互切換；系統設有4幅工藝流程畫面，以備不同操作方式下使用。

2.系統增設了煙道及交換設備的巡檢記錄，備歷史記錄，規範管理。

3.操作方式更貼近用户，所有工藝參數的設置及修改均可由現場操作人員在操作站上自行設定，無須在工程師站上設定。

4.數學模型精確，智能化程度高，能使計算機技術與生產操作經驗實現最大程度的融合。

5.投資小，性價比好，與國內外同類控制系統的投資比為1:10。

6.重複性投資小，維護費用低，熱電偶可長期使用；系統中無昂貴的特殊儀表，靠完善數學模

型和人工操作技能的結合實現了較好的控制效果。

系統投入運行以來，取得了明顯的運行效果。焦爐的穩定性良好，安定係數由0.58提高到0.9，耗熱量降低2.5%，M₄₀提高1.4%，M₁₀降低0.3%。對爐温控制精度，分2次做了兩種燃料加熱時的測定，其中焦爐煤氣測定的平均偏差為1.2℃，最大偏差為2℃；高爐煤氣的平均偏差1.6℃，最大偏差為3.4℃ ^[3]  。

1.採用高爐煤氣加熱的自動加熱控制系統，對温度、供熱量、煙道吸力等技術參數進行優化建模，焦爐加熱自動控制系統運行良好。

2.在焦爐加熱系統中引入人工智能的控制方法與傳統的控制方法相結合可取得較好的控制效果 ^[2]  。