电气自动化在焦电行业中的应用

2022-02-22任欣

今日自动化 2022年12期

任欣

（山西中鑫洁净焦技术研究设计有限公司，山西太原 030021）

焦电行业是由原有的焦化行业演变而来。常规焦化行业是以生产焦炭和化学产品为主，污染排放严重，不符合最新政策的环保。节能要求。但随着政府管理的收紧，高能耗和高污染成为“焦炭化”的实质性术语，焦化行业能否实现可持续发展成为人们关注的焦点。当电气自动化在焦电行业中应用时，通过生产焦炭和发电两种产品，再加以处理，可以实现废水废气零排放。在日常生产冶炼过程中，通过电气自动化技术可以提高生产效率，降低人力、物力和资金成本，一定程度上提高焦电行业的经济效益。在这方面，将节能技术应用于工业自动化和电气化对提高整个焦电行业的可持续发展和自动化水平具有关键作用。

1 焦电行业发展现状

为深入推进能源革命，建设国家绿色环保焦电产业，推动焦电行业高质量发展，如期实现碳达峰、碳中和目标，电气自动化在焦电行业占有越来越重要的地位。同时，随着我国经济的快速发展，国内对焦炭的需求也逐渐增长。但由于环境保护等因素，特别是国家逐步限制焦炭工业的过度发展，焦炭产量逐渐下降。调查发现，全国焦炭产量增长率下降，市场需求远远高于实际产量，导致企业效益大幅下降，说明焦炭行业面临严峻考验。减损降损已成为炼焦企业生存和发展的严峻考验。因此，在全国焦化行业生产增长放缓，越来越多的焦化企业出现严重亏损的同时，一批企业开始积极引进应用技术，完善产业链拓展和建设，创新发展，为企业创造更有效的经济效益，以高效精确为特点的电气自动控制系统无疑为生产带来全新动力，为焦电行业的发展提供新的机遇。随着环保意识的提高和相关的环保标准和控制体系的不断完善，国内生产的许多小型落后的焦化技术已经不能满足现代工业发展的需要，因此，焦电行业应在生产发展中积极应用电气自动化技术，利用技术优势持续强化生产水平与管控力度，从根本上满足现代社会对于焦电行业的实际需求[1]。

2 电气自动化在焦电行业中的核心技术

2.1 仿真技术

项目投产前，需要进行仿真，以验证系统设备是否符合运行条件。但传统的仿真方法滞后，仿真过程复杂，容易影响测试精度，导致测试偏差。仿真在焦电行业的应用可以有效地改变传统的检测环节，利用计算机系统实现TCP/IP 协议，通过网络传输数据，使电源单元的接收端可以在短时间内接收到传输的信息，验证各种数据指标，及时发现并改进不满意指标，保证系统安全运行，将仿真技术应用于焦炭和电力行业的运营管理，能够充分发挥质量控制作用，实现仿真和动态监控，降低焦炭企业的维护维修成本[2]。

2.2 PLC技术

PLC 技术的组成结构如图1所示。

图1 PLC组成结构图

采用PLC 技术，可自动对焦电行业各生产车间设备与操控系统进行编程、信息记录和指令计算，可实时监测各车间各部位设备的运行状况，可一键实现故障检测和切除，大幅提高了工作效率。应用于焦电行业的PLC 技术可以控制和调节焦炉的吸力、温度及产生高温烟气的压力和流量，从而可以调节焦炭的产量和发电量。炼焦技术和发电技术的联合应用不仅可以满足不同类别用户的需要，而且可以在一定程度上降低分散的成本，这对提高焦电行业的整体管理水平和竞争力具有重要意义。

3 电气自动化在焦电行业中的具体应用

3.1 干法熄焦中的应用

目前，为响应国家绿色环保要求，干法熄焦技术已经取代湿法熄焦，广泛应用于焦电行业。湿法熄焦是用清水和工业废水，经过熄焦塔喷洒在红焦上，使焦炭冷却，此过程会产生大量的水蒸气夹杂其他粉尘及化合物排放到空气，不仅污染环境，还造成大气温度升高及热量能源浪费等弊端。干熄焦则是由接焦车将成熟的红焦，推入焦罐，再由提升机提升到干熄槽，进入冷却室进行冷热交换冷却，冷却后的焦炭由皮带机送至储焦仓。这一过程焦炭的余热产生大量的蒸汽，该蒸汽再被送入余热锅炉进行发电。为保证生产运行安全，在两个控制系统之间设置安全联锁，可以操作系统控制焦电生产过程的蒸汽压力、流量、温湿度，保证安全、稳定、连续运行，目前该技术已应用于工业领域，并且有很好的节能效果。节省焦炉气体预热，同时减少氨残留量，降低废水处理厂的生产负荷。因此，该技术极大提高了焦炭的应用质量，降低炼焦过程的成本，符合节能环保方针。

3.2 配煤系统中的应用

结焦性和黏结性是炼焦用煤最重要的指标，配煤是将气、肥、焦、瘦不同煤种的煤，按一定比例进行混合，达到炼焦用煤的最佳配比，在自然状态下由装煤推焦车装入焦炉进行炼焦的工艺。一般配比为气煤10%，肥煤21%，瘦煤22%，主焦煤和1/3焦煤47%，配合后可燃基挥发分在25%左右。福建三明钢铁有限公司，太行明珠钢铁有限公司均采用此炼焦工艺。电气自动化的目的便是实现自动配煤，编程输入参数后，由PLC 控制圆盘给料机按预定程序实现最优化配煤（表1）。

表1 配煤参数设定

根据实际生产需要，利用先进的自动化技术自动调整配煤比例。实现投资和运营成本的节约，最终达到节能目标，获得良好的经济效益和环境效益。

3.3 脱硫脱硝中的应用

随着近年来焦化环境要求的收紧，焦化厂出现了新技术。在进行环境更新和技术改造时，必须考虑到节约投资和运营成本的必要性。最好将新的现代化过程管理系统与先进的管理技术相结合，建立大网络和大数据库。脱硫工艺设备由脱硝催化剂的再生燃烧系统组成，但其利用率较低。基本上，在两年内工作15d 左右。采用新VOC 技术处理气体异味的最佳方法是燃烧，这两种过程相距甚远，现代自动控制技术可以很好地结合这两种控制系统，利用现代自动化技术共同使用燃烧系统，实现投资经营成本节约，最终达到节能目标，实现经济效益和生态效益。

3.4 改造优化中的应用

随着工业电气自动化技术在焦化厂的快速发展和广泛应用，过去复杂的改造变得越来越简单，在节能生产中发挥重要作用。通过优化技术和自动控制，对生产过程中的细节进行详细的加工和改造，在优化技术的同时取得显著的经济效益。

（1）优化除尘系统中的除尘控制。根据最初的设计，刮板清洗系统是一种连续的设备。由于焦化厂有大量除尘设备，刮板消耗大量能源。鉴于此，工艺技术人员通过自动化技术优化软件，在不增加硬件投入的情况下编译软件，并根据现场实际生产情况执行刮刀周期运行模式。

（2）工厂管理一体化。工厂管理一体化的优点和缺点十分明显，其优点是：生产与点校验通信方便，故障响应快。缺点：人员设备较多、管理较难，较难实现全厂管理的统一。鉴于此，目前大多数主要焦化企业正在改造或新建成全厂规模的集中控制中心，结合先进的自动化技术，实现全厂控制管理一体化，带来良好的经济效益和社会效益。整合各管理部门后，生产效率大幅提高，检修、操作、管理人员可减少50%，设备自动化水平也大幅提高，为下一步企业管理水平提升创造有利条件。

（3）运煤皮带机的PLC 连锁控制。原有的皮带运输系统是独立的，各皮带之间没有实现PLC 连锁，只能通过现场操作箱或计算机手动切除故障。为了避免发动机带负荷起动的现象，只有手动清除皮带上的残余物。这种方法不仅延长了生产时间，而且还需要劳动力，对生产会造成极为不利的影响。当系统使用传统继电器进行控制时，皮带开关或拖绳的偏差会直接导致整个系统出现故障。采用PLC技术进行改造后，通过后台软件编程，可以使各皮带机之间建立连锁与互锁。在PLC 控制下，系统配有中间继电器，允许皮带保险丝控制。一旦皮带输送机的上游皮带出现故障，停止系统将立即启动，底部皮带可以正常工作，直到所有材料交付。这时停止系统，检查故障，然后清理皮带顶部的材料。这种方法极大节省了材料处置的时间和人力。如果将其应用于相对复杂的传输系统，那么效果会更有效。该方法的控制详情如图2所示。

图2 运煤皮带机的PLC连锁控制

3.5 炼焦生产中的应用

（1）电气自动化系统已广泛应用于焦炉车辆系统。利用编码电缆及后台监控等系统可实现推焦熄焦车辆与炉门自动对位，炉门位号自动识别。车辆到位后利用自动化技术实现自动开启关闭炉门，均编入程序，只需操作人员一键控制，减少了系统误差，提高了炉体寿命。利用数字软件标准化记录和可视化，运用信息技术深入分析节能数据，自动化系统提高了出焦时间和出焦产量的精准化程度。

（2）可利用自动化系统实现焦炉的吸力和温度的测量及自动调节，通过监控系统观察焦炉内部的颜色变化，从而自动分析焦炉内部的空气量，通过控制行程开关来调节进风量的大小，以保证煤块的充分燃烧，从而保证焦炭的产量和质量。

（3）在节能减排技术的过程中，在车辆上安装除尘设备，可与焦炉无缝对接，在装煤推焦和熄焦过程中使烟气和粉尘无外漏，从而实现零排放。此时自动化的应用也尤为重要，对烟气粉尘的吸力和流量控制，是保证除尘效果的重要手段。同时应根据相关立法和行业标准，为技术提供法律保护，从而提高技术效率，实现良好节能减排。