鞍鋼股份有限公司煉焦總廠焦爐加熱控制系統(tǒng)原設計為離散控制系統(tǒng)，通過人工手動定時測溫來調節(jié)焦爐加熱指導生產操作，存在勞動強度高、檢測數(shù)據(jù)失真不連貫、能源浪費現(xiàn)象。為響應鞍鋼集團公司“信息化、智能化”項目建設的要求，通過在線測溫設備及DCS控制系統(tǒng)新設備新技術的應用，實現(xiàn)對焦爐溫度的連續(xù)化檢測與精控調節(jié)，有效的提升了焦爐的自動化檢測與控制水平，同時改善焦爐溫度的安定性、降低人工測溫勞動強度、節(jié)省焦爐加熱用煤氣量，為焦爐全面實現(xiàn)減員增效、節(jié)能減排、安全生產的管理目標奠定了基礎。
鞍鋼股份有限公司煉焦總廠共有6座55孔6米頂裝焦爐、2座50孔6米頂裝焦爐以及4座60孔7m頂裝焦爐。上述焦爐原設計均采用溫度管理制度，采取人工手動測溫方式，由測溫每工間隔4小時測量一次直行溫度，并分別計算機、焦側標準火道平均溫度，根據(jù)平均溫度與目標溫度偏差值，依靠經驗，人工調節(jié)煤氣量及煙道吸力，進行焦爐加熱控制。
傳統(tǒng)測溫加熱方式以人工為主導，測溫人員存在人為偷懶、視覺誤差及雨雪天氣等因素影響，必然存在測溫偏差與實際不符問題，對于焦爐加熱煤氣流量的加減不能做到及時科學定量調節(jié)控制，不僅浪費煤氣量，也不利于焦炭質量的穩(wěn)定。
近幾十年來，為解決人工手動測溫存在的問題，國內外焦化行業(yè)先后經歷了推焦桿測溫、爐體電偶測溫等技術變革，但由于測溫儀器技術的限制和焦爐結構的復雜性，均未能達到預期效果，國內也未能大規(guī)模引入應用。
隨著檢測儀器的技術進步和計算機控制模型的不斷成熟完善，2012年以來，爐頂紅外測溫加熱技術逐漸在國內外焦化行業(yè)得到應用推廣，在確保焦炭質量穩(wěn)定的同時，極大降低了焦爐能耗。同時為響應鞍鋼集團公司“信息化、智能化項目建設”的要求，鞍鋼股份煉焦總廠在全廠12座焦爐配套增加智能加熱控制系統(tǒng)。
相對傳統(tǒng)測溫加熱方式，焦爐智能加熱控制系統(tǒng)在建立在焦爐集散控制系統(tǒng)基礎之上，為焦爐的控制與管理提供了全自動化的解決方案。該系統(tǒng)采用溫度反饋控制，實現(xiàn)了對焦爐溫度的精細化檢測與總體調節(jié)，有效的提高了焦爐溫度的均勻性和安定性，改善焦炭質量，穩(wěn)定焦爐生產，提升了焦爐的自動化檢測與控制水平，為焦爐全面實現(xiàn)減員增效、節(jié)能減排的管理目標奠定了基礎。與目前現(xiàn)有焦爐離散加熱管理控制模式相比，智能加熱控制系統(tǒng)具有降低人工勞動強度、消除人工測量誤差、節(jié)省加熱煤氣用量、提高焦炭的質量四大優(yōu)點。
（1）降低人工勞動強度
焦爐手動測溫，是指測溫工人每隔4小時到爐頂看火孔蓋處對指定號進行開蓋用手持儀器測量溫度，智能加熱控制系統(tǒng)自動測溫是在焦爐爐頂立火道看火孔蓋處固定安裝高溫紅外儀，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)在線時時采集傳輸。該方式與人工測溫位置相同，測溫原理相同，可完全取消4小時人工定時測溫或延長測溫頻次，降低人工勞動強度。
（2）消除人工測量誤差
測溫工人手動用測溫儀測量溫度，由于現(xiàn)場站位、雨雪天氣及技能經驗等外界因素影響，極易造成測量溫度數(shù)據(jù)與實際真實值存在偏差，進而造成調節(jié)不準溫度控制不理想。
（3）節(jié)省加熱煤氣用量
智能加熱控制系統(tǒng)可在線連續(xù)測量焦爐立火道溫度，實時監(jiān)視焦爐溫度變化趨勢，每兩個交換周期計算1次機、焦側均溫，并根據(jù)目標溫度，對焦爐進行溫度反饋控制。相對于4小時人工直行測溫和加熱控制管理模式，可以減少加熱煤氣流量超調，避免焦爐平均溫度大幅波動，使爐溫更加合理、穩(wěn)定，節(jié)省了焦爐加熱用煤氣流量。
（4）提高焦炭質量
焦爐智能加熱控制系統(tǒng)采用人工智能優(yōu)化控制模型算法，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，分析爐溫和供熱量的相關性，并給出控制參數(shù)；同時，該系統(tǒng)具有自整定功能，可跟隨焦爐生產工況波動，在合理區(qū)間內，自行調整計算參數(shù)，確保焦爐溫度控制更加精確，避免爐溫波動影響焦炭產品質量。
針對傳統(tǒng)焦爐離散控制系統(tǒng)存在問題，及焦爐智能加熱控制系統(tǒng)應用大趨勢，同時響應鞍鋼集團公司“信息化、智能化項目建設”的要求，鞍鋼股份煉焦總廠在全廠12座焦爐配套增加智能加熱控制系統(tǒng)。
4.1目標
通過焦爐智能加熱控制系統(tǒng)項目改造應用，實現(xiàn)以下目標：
1）實現(xiàn)每座焦爐全爐標準火道溫度自動測量，減少人工直行測溫頻次，降低崗位工人勞動強度。
2）實現(xiàn)自動計算焦爐直行機側均溫、焦側均溫、均勻系數(shù)和安定系數(shù)等指標數(shù)據(jù)，自動生成班報、日報，自動統(tǒng)計高、低溫號，晝夜溫差等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，生成單爐實時溫度、全爐均溫、直行溫度等多種趨勢曲線，指導熱工人員調火。
3）在焦爐集散控制系統(tǒng)基礎之上，新增控制系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)讀取，實現(xiàn)主管煤氣流量和分煙道吸力翻板全自動控制，達到每兩個交換周期調節(jié)1次，使爐溫控制更加穩(wěn)定、精準，在確保焦炭質量穩(wěn)定的同時，減少加熱煤氣流量超調，避免溫度大幅波動，節(jié)省煤氣量。
4.2實施方案
在原有焦爐集散控制系統(tǒng)基礎之上，新增相關設施，包括爐頂自動測溫設備、輔助制氮機氣源設備、控制系統(tǒng)、工程師站、操作員站和配套應用軟件，構成焦爐智能加熱控制系統(tǒng)。焦爐智能加熱控制系統(tǒng)如下圖1所示。
圖1焦爐智能加熱控制系統(tǒng)
4.3系統(tǒng)構成
4.3.1爐頂自動測溫設備
爐頂自動測溫設備安裝位置是決定智能加熱系統(tǒng)穩(wěn)定運行關鍵因素，經比較，在爐頂機焦側標準火道前后，貼近煤車軌道附近，選擇兩個有代表性的立火道，作為測溫火道，測溫火道盡可能遠離裝煤孔蓋，防止裝煤生產時火焰烘烤測溫設備及管線，延長使用壽命。對于每座焦爐邊爐機、焦兩側分別安裝2臺高溫紅外儀，其它爐號每個燃燒室安裝1臺高溫紅外儀，連續(xù)在線測量立火道溫度，結合人工手動測溫數(shù)據(jù)，分析標準火道與代表火道數(shù)學關系模型，通過補償計算方式得出標準火道溫度，進而全爐機、焦側標準火道溫度，以及均勻系數(shù)和安定系數(shù)。鑒于現(xiàn)場實際情況，最終確定7米焦爐測溫火道為10火道和26火道，6米焦爐選定測溫火道為9和24火道，呈單W型排布，測溫儀現(xiàn)場安裝布置如下圖2所示。
圖2測溫儀現(xiàn)場安裝布置
4.3.2其它配套設備
氣源輔助設備為小型制氮機，制氮量為30m3/h，現(xiàn)場安放于焦爐中間二層間臺以便于日常維護；控制系統(tǒng)與工程師站、操作員站均放置在焦爐操作室，控制系統(tǒng)采用與各作業(yè)區(qū)原有焦爐控制系統(tǒng)品牌一致，確保網絡通訊暢通。
4.3.3應用軟件
智能加熱控制系統(tǒng)軟件是焦爐智能加熱改造項目核心，由數(shù)據(jù)采集軟件、手動測溫軟件、自動測溫軟件、優(yōu)化控制軟件組成。采用SQLServer數(shù)據(jù)庫，在VisualStudio平臺下，用高級語言開發(fā)，功能強大，適應性強，符合焦爐工藝原理。
數(shù)據(jù)采集軟件
通過OPC協(xié)議，實現(xiàn)對DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和下傳；分庫存儲數(shù)據(jù)，確保海量數(shù)據(jù)查詢性能；提供實時數(shù)據(jù)顯示，歷史數(shù)據(jù)查詢，趨勢曲線顯示等功能。
手動測溫軟件
提供直行、橫排、邊火道與焦餅的溫度管理，支持多種曲線及報表查詢、打印；兼容國內外多種主流紅外線高溫計；軟件適用性與通用性強，參數(shù)設置靈活。
自動測溫軟件
組態(tài)設置焦爐基礎數(shù)據(jù)、系統(tǒng)計算參數(shù)等；自動測量全爐標準火道溫度，實時監(jiān)視焦爐溫度變化趨勢；自動計算直行溫度均勻系數(shù)、安定系數(shù)、機焦側均溫；自動生成直行測溫次報、班報、日報；顯示測溫曲線、異常報警等。
優(yōu)化控制軟件
根據(jù)被控焦爐真實數(shù)據(jù)分析焦爐溫度與流量相關性；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，整定控制模型參數(shù)；組態(tài)設置控制模型基本參數(shù)；根據(jù)焦爐的溫度和壓力，對主管流量和分煙道吸力進行有效控制；采用溫度反饋控制方式，通過改變主管流量控制焦爐的平均溫度，提高爐溫的安定性。
4.4優(yōu)化控制
4.4.1控制對象
在周轉時間一定的前提下，根據(jù)焦爐的溫度和壓力數(shù)據(jù)，對主管流量和分煙道吸力進行控制。富煤氣加熱時，控制焦爐煤氣主管流量/壓力，機、焦側分煙道吸力。貧煤氣加熱時，分別控制機、焦側高爐煤氣主管流量/壓力，機、焦側分煙道吸力。控制對象根據(jù)原有焦爐實際情況，選擇遠程給定流量或壓力設定值，原焦爐控制系統(tǒng)根據(jù)遠程設定值，進行自動控制調節(jié)。
4.4.2控制方案
采用溫度反饋控制方式，通過改變主管流量控制焦爐的平均溫度，提高爐溫的穩(wěn)定性。根據(jù)自動測溫數(shù)據(jù)計算焦爐平均溫度，與目標溫度比較，計算溫度偏差值，通過模型預測計算，得到主管流量/壓力修正值，進行反饋控制。
4.4.3原有控制系統(tǒng)的改造
對原有焦爐控制系統(tǒng)程序進行改造，對焦爐加熱控制模式設定畫面，該畫面顯示當前焦爐的“控制模式”、“交換狀態(tài)”以及參與控制的儀表的位號、DCS設定值、遠程設定值和上下限值。DCS操作工可以通過焦爐加熱控制模式設定頁面如圖3所示，隨時切換焦爐加熱控制模式。
圖3焦爐加熱控制模式設定畫面
如上圖所示，焦爐加熱的控制模式分為兩種，分別是智能控制和DCS控制，點擊“控制模式”按鈕，可以切換焦爐的控制模式。智能控制：控制對象的設定值由焦爐新增加熱系統(tǒng)自動計算數(shù)據(jù)，每間隔2個交換周期計算一次，并發(fā)送給焦爐控制系統(tǒng)，焦爐控制系統(tǒng)根據(jù)遠程設定值，全自動調節(jié)。DCS控制：DCS操作工根據(jù)4小時人工手動測溫數(shù)據(jù)，人工調整控制對象的設定值，焦爐控制系統(tǒng)根據(jù)人工設定值，全自動調節(jié)。
4.5注意事項
為保障焦爐自動加熱控制安全穩(wěn)定，避免異?？刂朴绊懡範t生產，造成惡性生產事故，焦爐智能加熱系統(tǒng)投入使用時候需關注如下幾點：
（1）自動測溫數(shù)據(jù)異常報警，異常數(shù)據(jù)不參與均值計算，不參與加熱控制；
（2）控制對象遠程設定值設置上下限，數(shù)據(jù)發(fā)送給焦爐控制系統(tǒng)前，需進行限值判斷；
（3）控制對象遠程設定值設置增量限幅，每次控制值變化量不允許超出限幅；
（4）焦爐DCS操作人員在控制模式切換前后，一定要記錄當前設定值，并確認是否切換成功。
焦爐智能加熱控制系統(tǒng)投產應用后，較傳統(tǒng)測溫加熱方式相比，實現(xiàn)了對焦爐加熱的精細化管控，有效的提高了焦爐溫度的均勻性和安定性，降低崗位人員勞動強度，實現(xiàn)轉崗20人，確保焦炭質量的同時節(jié)約了煤氣量，實現(xiàn)節(jié)省加熱用煤氣量1.5%以上，煉焦總廠實現(xiàn)年節(jié)能1047196GJ，年創(chuàng)效3384.54萬元。從運行效果來看，此改造項目的順利實施，可廣泛在國內外六米、七米頂裝焦爐推廣使用。
