焦化配煤过程控制的优化分析

郭雪松 郑红军

摘 要：近年来，随着我国民经济的不断提升，社会发展对资源的需求不断提高。现如今，作为世界焦炭生产和出口大国，我国焦炭产量占全世界总产量的35%，出口量也超过了50%。焦炭生产作为冶金工业的基础，广泛应用于气化、金属冶炼、铸造以及电石等领域，发展前景非常广阔。高炉用焦要求具有较低的灰分、硫分和较高的强度，我国虽然具有丰富的煤炭资源，但焦化技术相对落后。为了提高焦炭质量，节约优质炼焦煤，焦化厂需要进一步优化焦化配煤工艺，提升自动化生产水平，降低冶金焦生产成本。

关键词：焦化配煤；控制；优化

中图分类号：TQ520.62 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）08-0143-02

Optimization and Analysis of Coking Coal Blending Process Control

GUO Xuesong ZHENG Hongjun

（Anyang Iron and Steel Limited by Share Ltd Coking Branch， Anyang Henan 455000）

Abstract： In recent years， with the continuous improvement of our national economy， the social development has a greater and greater demand for resources. Now， as a big country in the world of coke production and export， China's coke production accounts for 35% of the world's total output and more than 50% of its exports. As the basis of metallurgical industry， coke production is widely used in the fields of gasification， metal smelting， casting， and calcium carbide and so on. The development prospect is very wide. It has low ash， sulfur and high strength coke blast furnace， although China is rich in coal resources， but coking technology is relatively backward. In order to improve coke quality and save high quality coking coal， coking plant needs further optimization of coking coal blending process， improving automatic production level and reducing metallurgical coke production cost.

Keywords： coking coal blending；control；optimization

在焦炭生产过程中，配煤过程作为其中一个重要环节，其工艺好坏直接影响着焦炭的质量。现如今，大部分焦化厂的配煤过程都是以挥发分和黏结性指标作为依据，技术人员根据单种煤的特性计算出合适配比，随后确定配煤流量。传统的配煤控制系统不但效率低，而且缺乏精确的控制方法，因此需要对焦化配煤过程进行不断优化。

1 焦化配煤工艺概述

1.1 焦化配煤工艺

配煤过程中涉及多种性质不同的单种煤，按适当比例均匀配合后制出质量合格的配合煤。通过配煤炼焦，不但能确保焦炭质量符合要求，而且能合理利用煤炭資源，从而使炼焦化学产品产量大幅提升。通常情况下，单种煤的质量和配煤比例直接决定焦炭的质量。在经过炼焦以后，配合煤会成为高炉炼铁用的焦炭。目前，我国大部分焦化厂使用先配后粉的配煤工艺：先经过配煤槽，按照配煤比向运输皮带上传送各煤槽中的单种煤，均匀混合以后进行除铁和粉碎，最后运至焦炉实施炼焦。

1.2 焦炭质量影响因素

通常情况下，以下因素会影响炼焦质量。一是水分。配合煤水分一般由各单种煤水分按相加性原则计算得出，配合煤的含水量直接影响焦炉的生产和焦炭质量。一旦配煤水分过高，会导致炼焦消耗较大的热量和较长的结焦时间，从而大幅降低焦炉的生产能力和焦炭质量。所以，要确保配合煤水分稳定的前提下才能允许煤进入配煤槽。二是灰分。配合煤的灰分取决于单种煤的灰分及其配比，当配煤比确定后，该配煤比的灰分可按相加性原则计算。在炼焦过程中，配合煤的灰分全部转入焦炭。灰分作为惰性物质，具有较大硬度，如果配合煤具有较高灰分，则会出现较差的黏结性，焦炭炼出以后会出现较长的深度和较宽的裂纹。另外，焦炭在高温下会降低其结构强度，削弱骨架的作用。所以，焦炭灰分会随着配合煤灰分的降低而下降。一般情况下，焦炭的灰分应控制在13%以下，配合煤的灰分控制在11%以下。三是硫分。焦炭含有较高的硫分，焦化生产后会使生铁含硫量变高，从而降低质量。另外，还会对炉渣的碱度造成一定影响。确定配煤比时，需要兼顾焦炭灰分、硫分及强度，一般将焦炭含硫量控制在1.0%以下，配合煤含硫量控制在1.2%以下。

2 焦化配煤控制系统分析

焦化配煤生产过程中，焦炭质量控制是最重要的控制内容，因为高炉用焦具有较低的灰分、较少的含硫量及较高的强度要求。通过长期实践能够看出，焦化生产过程受目标温度、配合煤质量等因素的干扰，配煤过程具有较大的控制难度。

2.1 在线过程参数的检测

焦化配煤过程比较复杂，涉及各类生产工艺、配合煤质量以及焦炭质量等诸多参数。一般是連续自动检测生产过程中各项过程控制参数、焦炭质量、煤场煤仓情况及配合煤质量等，将PLC系统应用于下位机，将IFIX集散控制系统应用于上位机，进行在线检测，控制过程参数[1]。

2.2 实现实时监视

为了提供便利的工作条件，系统应配备运行状态显示装置，实时监视焦炭质量、配合煤质量及配煤流量等，将不同时期的参数通过不同的色彩曲线显示出来，为工艺过程的状态研究和分析提供便利条件。

2.3 优化和控制配煤比

在焦化配煤过程中，配煤比是一个重要指标，但由于焦炭的生产流程较为复杂，很难建立一个精确的数学模型来显示配煤比与焦炭质量和产量之间的关系，且通过常规的控制方式很难实现焦炭质量的精确控制。所以，在实际生产中，需要进一步优化配煤工艺，准确控制配煤比，从而稳定焦炭质量。

3 焦化配煤过程控制优化研究

3.1 配煤前期工作优化

一是做好配煤的控硫和降灰工作，控制焦炭自身的稳定性；二是在不同炉型的高炉中，根据不同冶炼条件确定不同质量要求的焦炭，如M40、M10、CSR、Ad等，以做好质量标准控制工作；三是对区域配煤工作及时更新，根据产品的需求改进产品参数，优化配煤工艺，加强质量控制；四是要制订出综合控制方案来权衡不同煤种的配料和用煤方法。

3.2 配煤过程控制优化

由于配煤工艺的特殊性，一般需要经常对皮带进行开停作业，但频繁地开停操作会使自动调节系统出现不稳定的情况，导致煤流不稳的情况出现。这里的煤流不稳被称为“飞车”现象。这种现象出现的原因是圆盘给料机在系统自动调节时打开，小皮带称上物料的测量值与给定值之间存在较大偏差，这个时段内出现较大煤流且无法有效保证焦炭质量。针对该情况，焦化厂应适当修改配煤程序，优化配煤工序使用的控制系统。

3.3 配煤程序优化

在程序优化后，配煤开车过程相对平稳，“飞车”现象基本消除，有效保障了焦炭质量。在开车时，无需人为地对单种煤配比进行调节，使岗位职工的劳动强度大幅降低。但是，在生产过程中，发现仍需进一步优化程序，这主要是因为设备刚启动的一段时间，尽管圆盘转速与上次开车时数值相同，但因为刚开车时小皮带上没有煤，如果按照外给定值自动调节输出值，肯定会出现向上冲的趋势，尽管这个过程很短，仅有几秒的时间和较小的幅度，但仍然需要对其进行优化，以保证程序的完美。为了防止调节波动出现在开车阶段，可将5s左右的延迟时间设定在调节模块中，等同于输出值5s内保持不变，一旦有煤落入小皮带，再进行自动调节。另外，通过对程序的全面了解可以看出，切换内外给定值没有任何意义，将该部分删除能使程序得到精简。

4 结语

通过对配煤控制系统的优化，有效杜绝了开车时煤流不稳造成的“飞车”现象，完成了从手动到自动的优化调节，大幅降低了配煤成本，保证了焦炭质量，有效精简了配煤程序。与此同时，通过不断优化控制程序，实现了软件代替硬件、减少硬件投入的目标，对同行业降低成本和日常维护成本具有推广应用价值。

参考文献：

[1]宋鹏.洗煤厂装车系统自动配煤过程控制及其算法的研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2011.