阅读说明：本技术 一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制系统及方法 (Automatic switching control system and method for suction of multi-section gas collecting pipe of coke oven ) 是由 *** 何谋龙 韩学祥 方亮青 张英 曹先中 宋前顺 樊宏斌 陈学才 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制系统及方法,属于焦炉生产技术领域。本发明的集气管吸力自动切换控制方法,包括集气管的划分、生产段集气管的吸力切换以及装煤结束后集气管的吸力切换。本发明通过采用自动切换控制系统控制焦炉多段集气管的吸力切换,并对整体控制工艺进行优化设计,从而一方面能够对焦炉炭化室内产生的荒煤气进行有效地收集,保证其生产过程中能够无烟装煤,并且也减少了资源的浪费,有利于使焦炉生产符合国家清洁化生产和环境保护的要求；另一方面还减少了能源的浪费,起到了节能的效果。同时也保证了装煤工作时的集气管吸力的自动切换能够周而复始、循环往复的循环进行。(The invention discloses a system and a method for controlling automatic switching of suction of a multi-section gas collecting pipe of a coke oven, belonging to the technical field of coke oven production. The automatic switching control method for the suction of the gas collecting pipe comprises the steps of dividing the gas collecting pipe, switching the suction of the gas collecting pipe in a production section and switching the suction of the gas collecting pipe after coal charging is finished. According to the invention, the suction switching of the multi-section gas collecting pipes of the coke oven is controlled by adopting the automatic switching control system, and the overall control process is optimally designed, so that on one hand, raw coke oven gas generated in the coke oven carbonization chamber can be effectively collected, the smokeless coal charging in the production process can be ensured, the waste of resources is reduced, and the coke oven production can meet the requirements of national clean production and environmental protection; on the other hand, the energy waste is reduced, and the energy-saving effect is achieved. Meanwhile, the automatic switching of the suction force of the gas collecting pipe during the coal charging operation can be carried out in a cycle and a cycle reciprocating manner.)

一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制系统及方法

技术领域

本发明属于焦炉生产技术领域，更具体地说，涉及一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制系统及方法。

背景技术

现代焦炉生产一般是由焦炉及其辅助设施组成，装煤、推焦、熄焦和筛焦组成了焦炉操作的全过程。焦炉生产过程中在产生焦炭的同时也会产生荒煤气，而焦炉中各个炭化室内产生的荒煤气，则需要进入到煤气净化系统进行处理。国内7.63m焦炉是自德国UHDE公司引进的超大容积焦炉，其中最为突出的新工艺就是采用PROven系统集气管高负压装煤除尘新技术。如图1所示，每座焦炉1设有三段集气管3和三根吸气管4，一组焦炉共六段集气管3和六根吸气管4以及一根吸气总管5，焦炉1中各个炭化室2内产生的荒煤气由集气管3收集至吸气管4再到吸气总管5汇集，最后被煤气净化车间7的风机吸至煤气净化系统进行处理，从而使其得到净化成为净焦炉煤气。

目前，现有焦炉生产过程中对炭化室内的荒煤气进行收集时，通常都是对每组焦炉对应的六段集气管的吸力值进行同步调控，即各段集气管的吸力值大小始终保持一致，从而一方面导致不能对焦炉炭化室内产生的荒煤气进行有效地收集，收集效果不佳，无法保证其生产过程中能够无烟装煤，并且还造成了资源的损失，不符合国家对焦炉清洁化生产的要求；另一方面同步调控六段集气管的吸力值还会造成能源的浪费，提高了炭化室内产生的荒煤气的收集成本。

经检索，关于焦炉集气管吸力控制技术已有相关专利公开。

如，中国专利申请号为201711214320.7的申请案公开了一种焦炉集气管稳压自动调节系统及其调节方法，该焦炉集气管稳压自动调节系统包括：用于调节装煤段集气管内压力的装煤段电动控制阀门；用于调节大循环管内压力的连通阀；第一级计算机系统，包括DCS控制系统、现场传感器和执行机构，用于实现现场级的分布式控制；第二级计算机系统，根据装煤段集气管内的压力调节装煤段电动控制阀门的开度和连通阀的开度。本申请案虽然能够稳定装煤段集气管压力值，从而对焦炉煤气导出系统实现稳定控制，但本申请案并不能有效提高集气管内荒煤气的收集效果，同时也还存在着能源的浪费，其整体工艺有待进一步改善。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于解决现有焦炉生产工艺过程中对集气管的吸力控制不合理，从而导致荒煤气收集效果不好，并产生资源和能源浪费的问题，提供了一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制系统及方法。采用本发明的技术方案能够对焦炉生产工艺过程中产生的荒煤气进行有效地收集，从而保证其生产过程中能够无烟装煤，使其符合国家对焦炉清洁化生产的要求，同时还减少了资源和能源的浪费，起到了节能的效果。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制系统，包括生产计划服务器、HMI服务器、协调PLC系统、焦炉DCS系统、装煤车PLC系统和电液执行器，与焦炉集气管对应的每根吸气管上均安装有电液执行器，所述装煤车PLC系统与生产计划服务器的输入端相连，所述生产计划服务器的输出端通过HMI服务器与协调PLC系统的信号输入端相连，所述协调PLC系统的信号输出端与焦炉DCS系统的信号输入端相连，所述焦炉DCS系统的信号输出端与电液执行器相连。

更进一步的，所述每段集气管上还安装有压力变送器，且压力变送器的输出端与焦炉DCS系统相连。

更进一步的，所述生产计划服务器和HMI服务器设于焦炉中控室，所述协调PLC系统设于焦炉电气室。

本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制方法，采用了上述自动切换控制系统进行集气管吸力值的切换，具体包括以下步骤：

步骤一、集气管的划分

每个焦炉炉组均按2-1推焦串序进行循环生产，并将每组焦炉的每段集气管按炭化室编号进行划分；

步骤二、生产段集气管的吸力切换

在某一段集气管划定范围内的炉号即将装煤前，通过自动切换控制系统控制将该炉号对应的集气管吸力值由第一检修设定值切换至工作设定值；

步骤三、装煤结束后集气管的吸力切换

在生产段集气管划定范围内的最后一个炉号装煤结束后，通过自动切换控制系统控制先将该段集气管吸力值由工作设定值切换为第二检修设定值，然后再将其吸力值由第二检修设定值切换至第一检修设定值。

更进一步的，所述工作设定值为350Pa，所述第一检修设定值为250Pa，所述第二检修设定值为300Pa。

更进一步的，所述步骤三中生产段集气管划定范围内的最后一个炉号装煤结束后，先延时30min再将该段集气管吸力值由工作设定值切换为第二检修设定值，到延时60min时，再将该段集气管吸力值由第二检修设定值切换至第一检修设定值。

更进一步的，步骤二中生产段集气管吸力切换的具体过程为：在某一段集气管划定范围内的炉号即将装煤前，装煤车PLC系统将装煤计划炉号通过生产计划服务器发送到HMI服务器，再由HMI服务器将其信号发送到协调PLC系统，协调PLC系统接收到装煤计划炉号后，将该装煤计划炉号与各段集气管划定的第一个炉号及最后一个炉号进行比较，若装煤计划炉号在该段集气管划定的范围内，则输出改变该段集气管吸力值的指令给焦炉DCS系统，焦炉DCS系统在接收到该指令后发出将该段集气管吸力值由第一检修设定值修改成工作设定值的指令，该段集气管对应的吸气管上电液执行器在接收到焦炉DCS系统发出的修改指令后，将该段集气管吸力值由第一检修设定值切换至工作设定值。

更进一步的，步骤三中装煤结束后集气管吸力切换的具体过程为：在生产段集气管划定范围内的最后一个炉号装煤结束后，装煤车PLC系统将该段集气管装煤结束信号通过生产计划服务器发送到HMI服务器，再由HMI服务器将其信号发送到协调PLC系统进行处理，协调PLC系统处理结束后将其指令发送给焦炉DCS系统，焦炉DCS系统在接收到协调PLC系统的指令后，先延时30min发出将该段集气管吸力值由工作设定值修改成第二检修设定值的指令，到延时60min时，焦炉DCS系统会再次发出将该段集气管吸力值由第二检修设定值修改成第一检修设定值的指令；该段集气管对应吸气管上的电液执行器在接收到焦炉DCS系统的修改指令后，分别在对应的时间将该段集气管吸力值进行切换。

更进一步的，所述焦炉采用一段集气管生产、其余段集气管检修的单机生产模式。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制系统，通过设置生产计划服务器、HMI服务器、协调PLC系统、焦炉DCS系统、装煤车PLC系统和电液执行器六个组成部分，并利用这六个组成部分自动控制焦炉多段集气管的吸力切换，从而可以提高焦炉炭化室内荒煤气的收集效果，保证其生产过程中能够无烟装煤，使其符合国家对焦炉清洁化生产和环境保护的要求；同时也减少了资源和能源的浪费，起到了节能的效果。另外，通过采用吸力自动切换控制系统自动控制焦炉多段集气管的吸力切换，还提高了焦炉生产操作的自动化技术水平，降低了劳动强度，提高了生产效率，进一步降低了焦炉生产的安全隐患，同时也减少了环境污染，提高了焦炉清洁化生产的技术水平。

(2)本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制方法，通过采用上述自动切换控制系统控制焦炉多段集气管的吸力切换，并对整体控制工艺进行优化设计，尤其是将各段集气管的吸力值进行分别控制，根据炉号的工作状况将对应的集气管吸力值进行自动切换，并将推焦串序与集气管吸力值的自动切换结合在一起，从而一方面可以对焦炉炭化室内产生的荒煤气进行有效地收集，保证其生产过程中能够无烟装煤，并且也减少了资源的浪费，有利于使焦炉生产符合国家清洁化生产和环境保护的要求；另一方面还减少了能源的浪费，起到了节能的效果。同时也保证了装煤工作时的集气管吸力的自动切换能够周而复始、循环往复的循环进行。

(3)本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制方法，通过将焦炉多段集气管的吸力值根据需要自动切换为第一检修设定值、第二检修设定值以及工作设定值，尤其是在装煤结束后将集气管吸力值先由工作设定值切换为第二检修设定值，再由第二检修设定值切换至第一检修设定值，从而有效地保证了集气管内的荒煤气能够顺利导出至煤气净化车间，提高了荒煤气的收集效果，降低了资源的损失，较好地满足了焦炉安全和清洁化生产的需求，并且如此切换还可以使煤气风机的吸力保持在一个相对较低的水平值，从而起到了节能的效果。同时也降低了焦炉炉体的损害程度，延长了焦炉的使用寿命。

(4)本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制方法，通过在生产段集气管划定范围内的最后一个炉号装煤结束后，先延时30min将该段集气管吸力值由工作设定值切换为第二检修设定值，到延时60min时，再将该段集气管吸力值由第二检修设定值切换至第一检修设定值，从而使该段集气管吸力值由大到小进行切换与对应段内的炭化室荒煤气发生量从大到小的变化趋势相匹配，提高了荒煤气的收集效果，进一步保证了集气管内的荒煤气能够顺利导出至煤气净化车间，进而满足了焦炉安全生产及清洁化生产的需要。

(5)本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制方法，通过将焦炉的推焦串序与集气管吸力值的自动切换结合在一起，将焦炉的炉组按2-1推焦串序进行循环生产，不仅能够收集焦炉装煤工作时产生的荒煤气，同时也保证其装煤工作时的集气管吸力的自动切换能够周而复始、循环往复的进行，从而使焦炉装煤作业能够顺利的进行，保证了焦炉生产的工作效率。

(6)本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制方法，通过采用自动化控制技术，利用吸力自动切换控制系统自动控制焦炉多段集气管的吸力切换，还提高了焦炉生产工艺的自动化技术水平，降低了操作人员的劳动强度，进一步提高了焦炉生产效率，解决了集气管吸力切换不及时导致荒煤气从装煤孔、上升管口和炉门大量逸出造成其跑烟冒火的问题，进一步降低了焦炉生产的安全隐患，同时也减少了装煤作业中荒煤气和粉尘对工作环境以及大气环境的污染，提高了焦炉清洁化生产的技术水平。且本发明的技术方案设计科学，步骤合理，安全可靠，具有较大推广价值。

附图说明

图1为本发明的焦炉上控制管道的布置示意图；

图2为本发明的吸力自动切换控制系统各部分的连接示意图；

图3为本发明的生产段集气管吸力切换的系统控制示意图；

图4为本发明的装煤结束后集气管吸力切换的系统控制示意图。

图中：1、焦炉；2、炭化室；3、集气管；4、吸气管；5、吸气总管；6、电液执行器；7、煤气净化车间。

具体实施方式

目前，现有焦炉生产过程中对炭化室内的荒煤气进行收集时，通常都是对每组焦炉对应的六段集气管的吸力值进行同步调控，即各段集气管的吸力值大小始终保持一致，从而一方面导致不能有效地将焦炉炭化室内产生的荒煤气顺利导出至煤气净化车间，荒煤气的收集效果不佳，无法保证其生产过程中能够无烟装煤，并且还造成了资源的损失，不符合国家对焦炉清洁化生产的要求；另一方面还会导致能源的浪费，提高了荒煤气的收集成本。

基于以上情况，本发明的发明人对焦炉生产中多段集气管吸力自动切换控制系统及方法进行了优化设计。具体的，如图1和图2所示，本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制系统，包括生产计划服务器、HMI服务器、协调PLC系统、焦炉DCS系统、装煤车PLC系统和电液执行器6，与焦炉集气管3对应的每根吸气管4的中部位置均安装有电液执行器6，用于对应调节每段集气管3的吸力值。所述装煤车PLC系统与生产计划服务器的输入端相连，所述生产计划服务器的输出端通过HMI服务器与协调PLC系统的信号输入端相连，所述协调PLC系统的信号输出端与焦炉DCS系统的信号输入端相连，所述焦炉DCS系统的信号输出端与电液执行器6相连。所述每根吸气管4一端与其对应的集气管3相连，另一端均连接在吸气总管5上，且每段集气管3上还安装有压力变送器，压力变送器的输出端与焦炉DCS系统相连，通过压力变送器对每根吸气管4对应的集气管3内的压力进行监测，并将其监测结果反馈给焦炉DCS系统，从而能够根据集气管3内的压力控制电液执行器6的开关，进而调控集气管3的吸力值大小。所述生产计划服务器和HMI服务器设于焦炉中控室，所述协调PLC系统设于焦炉电气室。生产计划服务器的作用是用来读取机车生产相关状态数据，并根据生产工艺要求和焦炭成熟情况排出生产计划；HMI服务器的作用是通过协调PLC读取装煤车、推焦车、拦焦车和熄焦车四个机车状态，下达四个机车动作指令的。

本发明的一种焦炉多段集气管吸力自动切换控制方法，采用了上述自动切换控制系统进行集气管吸力值的切换，具体包括以下步骤：

步骤一、集气管的划分

将焦炉采用一段集气管生产、其余段集气管检修的单机生产模式，每个焦炉炉组均按2-1推焦串序进行循环生产，并将每组焦炉的每段集气管按炭化室编号进行划分；

步骤二、生产段集气管的吸力切换

在某一段集气管划定范围内的炉号即将装煤前，通过自动切换控制系统控制将该炉号对应的集气管吸力值由第一检修设定值切换至工作设定值；

步骤三、装煤结束后集气管的吸力切换

在生产段集气管划定范围内的最后一个炉号装煤结束后，通过自动切换控制系统控制先将该段集气管吸力值由工作设定值切换为第二检修设定值，然后再将其吸力值由第二检修设定值切换至第一检修设定值。

上述工作设定值为350Pa，第一检修设定值为250Pa，第二检修设定值为300Pa。且上述步骤三中生产段集气管划定范围内的最后一个炉号装煤结束后，先延时30min再将该段集气管吸力值由工作设定值切换为第二检修设定值，到延时60min时，再将该段集气管吸力值由第二检修设定值切换至第一检修设定值。

本发明的发明人通过采用上述自动切换控制系统控制焦炉生产中多段集气管的吸力切换，并对其集气管吸力值的整体控制工艺进行了优化设计，尤其是将各段集气管的吸力值进行分别控制，并根据各段集气管所连通的各炭化室内煤料结焦过程变化导致煤气发生量逐渐降低的趋势，将焦炉多段集气管之间的吸力值根据需要自动切换为第一检修设定值、第二检修设定值以及工作设定值，使处在生产段且煤气发生量最大的集气管吸力值保持在较高的工作设定值，即350Pa，使生产刚结束且煤气发生量次之的那段集气管吸力值切换至一个相对较低水平的第二检修设定值，即300Pa，而将其余几段处于检修段且煤气发生量更低的集气管吸力值维持在一个更低水平的第一检修设定值，即250Pa，从而有效地保证了集气管内的荒煤气能够顺利导出至煤气净化车间，提高了荒煤气的收集效果，降低了资源的损失，较好地满足了国家清洁化生产和环境保护的要求，并且如此切换还可以使煤气风机的吸力保持在一个相对较低的水平值，从而起到了节能的效果，减少了能源的浪费。同时还避免了炭化室内负压吸入空气，降低了焦炉炉体的损害程度，延长了焦炉的使用寿命。另外，本发明通过在生产段集气管划定范围内的最后一个炉号装煤结束后，先延时30min将该段集气管吸力值由工作设定值切换为第二检修设定值，到延时60min时，再将该段集气管吸力值由第二检修设定值切换至第一检修设定值，从而使该段集气管吸力值由大到小进行切换与对应段内的炭化室荒煤气发生量从大到小的变化趋势相匹配，提高了荒煤气的收集效果，进一步保证了集气管内的荒煤气能够顺利导出至煤气净化车间，进而满足了焦炉安全生产及清洁化生产的需要。

值得说明的是，本发明还将推焦串序与集气管吸力值的自动切换结合在一起，将焦炉的炉组按2-1推焦串序进行循环生产，不仅能够收集焦炉装煤工作时产生的荒煤气，同时也保证其装煤工作时的集气管吸力的自动切换能够周而复始、循环往复的进行，从而使焦炉装煤作业能够顺利的进行，保证了焦炉生产的工作效率。同时，本发明通过采用吸力自动切换技术控制系统自动控制焦炉多段集气管的吸力切换，从而提高了焦炉生产操作的自动化技术水平，降低了劳动强度，进一步提高了生产效率，解决了集气管吸力切换不及时导致荒煤气从装煤孔、上升管口和炉门大量逸出造成其跑烟冒火的问题，进一步降低了焦炉生产的安全隐患，同时也减少了装煤作业中荒煤气和粉尘对工作环境以及大气环境的污染，提高了焦炉清洁化生产的技术水平。且本发明的技术方案设计科学，步骤合理，安全可靠，具有较大推广价值。

为进一步了解本发明的内容，下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本实施例按一组两座焦炉的组产方式来具体说明本发明中多段集气管吸力的自动切换方法：

(1)集气管的划分

如图1所示，每座炉焦炭化室的孔数为70孔，一组两座焦炉炭化室的孔数为140孔，设六段集气管3和六根吸气管4及一根吸气总管5，每根吸气管4一端与其对应的一段集气管3相连，另一端均连接在吸气总管5上，将六段集气管按140孔炭化室编号具体划分如下：第一段集气管炉号范围为1～23，第二段集气管炉号范围为24～47，第三段集气管炉号范围为48～70，第四段集气管炉号范围为71～93，第五段集气管炉号范围为94～117，第六段集气管炉号范围为118～140。

炉组按2-1推焦串序进行生产，则上述焦炉炉组的推焦和装煤顺序按照1、3、…、23、25、…、47、49、…、69、71、…、93、95、…、117、119、…、139、2、4、…、22、24、…、46、48、…70、72、…、92、94、…、116、118、…、140、1、3、5、…的签号进行循环生产。焦炉采用单机生产模式，即当某一段集气管在生产时，其它段集气管则处于检修时间。单号签生产时，六段集气管划分的第一个炉号和最后一个炉号分别是：1与23、25与47、49与69、71与93、95与117、119与139；双号签生产时，六段集气管划分的第一个炉号和最后一个炉号分别是：2与22、24与46、48与70、72与92、94与116、118与140。

(2)生产段集气管(即将进行装煤生产的集气管)的吸力切换

如图3所示，在某一段集气管划定范围内的炉号即将装煤前，装煤车PLC系统将装煤计划炉号的信号通过生产计划服务器发送到HMI服务器，再由HMI服务器将信号发送到协调PLC系统，协调PLC系统接收到装煤计划炉号后，将该装煤计划炉号与各段集气管划定的第一个炉号及最后一个炉号进行比较，若装煤计划炉号在该段集气管划定的范围内，则输出改变该段集气管吸力值的指令给焦炉DCS系统，焦炉DCS系统在接收到该指令后发出将该段集气管吸力值由250Pa修改为350Pa的指令，该段集气管3对应的吸气管4上电液执行器6在接收到焦炉DCS系统的修改指令后，将该段集气管3的吸力值由250Pa切换至350Pa。自此，该段集气管3划定范围内的炉号在吸力值为350Pa的条件下一直生产到该段集气管3划定范围内的最后一个炉号装煤结束。

(3)装煤结束后集气管的吸力切换

如图4所示，在生产段集气管3划定范围内的最后一个炉号装煤结束后，装煤车PLC系统将该段集气管装煤结束信号通过生产计划服务器发送到HMI服务器，再由HMI服务器将信号发送到协调PLC系统，协调PLC系统将信号进行处理后发送到焦炉DCS系统，焦炉DCS系统在接收到协调PLC系统的输出信号后，先延时30min，焦炉DCS系统将该段集气管吸力设定值由350Pa修改为300Pa；到延时60min时，焦炉DCS系统将该段集气管吸力设定值由300Pa再修改为250Pa；该段集气管3对应吸气管4上的电液执行器6在接收到焦炉DCS系统的修改指令后，分别在对应的时间将该段集气管3的吸力值进行自动切换，且该集气管3的吸力值切换为250Pa后一直保持不变，直到该段集气管3划定范围内的炉号在进入下一个生产循环时才发生改变。

本实施例的一组焦炉六段集气管3的吸力值按上述步骤和方法循环往复、周而复始地进行自动切换和控制。