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1、焦炉烘炉监控系统设计摘 要焦炭是冶金、机械、化工行业的主要原料和燃料，同时我国也是目前世界上最大的焦炭生产和出口国。为了节省煤炭的使用量焦炉的质量起着很重要的作用，而烘炉是焦炉生产过程中的重要工序，所以烘炉质量的好坏对焦炉的寿命有着重要的作用。焦炉是热工炉窑中最为复杂的热工设备，具有大时滞、大惯性、强非线性、多因素藕合、变参数等特点。通过对传统焦炉烘炉过程的分析，可以知道传统的焦炉烘炉存在很多弊端，导致焦炉烘炉的质量不能保证，以至于大大影响的焦炉的使用寿命，为此，本系统在传统控制过程的基础上加进了新的元素。首先，在炉室内的各个测温点改用热电偶做为测温工具，能够更加精确的对室内的温度进行检测。本
2、系统采用了串级控制，效果会更好，使用了JX-300XP控制系统，对DCS进行了整体设计、组态设计、网络设计和外配设计，通过Advantrolpro2.65组态软件完成了对系统的I/O组态、控制方案组态，以及其监控画面，此外，给出了系统的配置图和网络传输图，最后，设计了系统的接地图和系统供电图。本设计方案适应了焦炉加热自动控制技术的发展趋势，使本次焦炉计算机控制系统改造整体上达到了一个较高的水平。关键词:焦炉烘炉;JX-300XP;组态；温度控制Coke oven temperature control system designAbstractCoke, metallurgy, machine
3、ry, chemical industry, the main raw material and fuel , while our country is currently the worlds largest producer and exporter of coke . In order to save the use of coal coke quality plays an important role in the coke oven is an important step in the production process , so the quality of the coke
4、 oven quality plays an important role in the life . Thermal furnace coke is the most complex thermal equipment , with a large delay, large inertia , strongly nonlinear , multi-factor coupling , variable parameters and other characteristics .By analyzing the process of conventional coke oven，Can know
5、 the traditional coke ovens , there are many drawbacks，Resulting coke oven can not guarantee the quality of，That greatly affect the life of coke oven，so，The conventional control system is based on the process into the new elements。First, In the furnace room as each thermocouple temperature measureme
6、nt points instead Tools, To more accurately detect the temperature of the indoor. The system uses a cascade control, Would be better, Using the JX-300XP control system, For the overall design of the DCS, Configuration Design, Network design and outside with design, By Advantrolpro2.65 configuration
7、software on the system I / O configuration, Control solution configuration, As well as its monitoring screen, besides, Gives the system configuration and network transmission diagram, Finally, the design of the system and the system power supply diagram access map. The design adapted to the coke ove
8、n heating automatic control technology trends , make this oven computer control system transformation as a whole reached a higher level.Keyword: Coke ovens ; JX-300XP; configuration ; temperature control 目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 焦炉的背景和意义11.2 焦炉的发展现状1第2章 焦炉烘炉工艺过程32.1 焦炉烘炉的工艺32.2 焦炉烘炉的炉体结构32.3 控制方案7
9、第3章 系统的硬件设计93.1 系统的总体设计93.2 系统的网络设计103.3 系统的外配设计113.3.1 供电设计113.3.2 安全栅123.4 接地系统143.4.1 接地的概念143.4.2 接地的分类143.4.3 接地的设计153.5 端子板163.6 测量元件的选择17第4章 软件设计184.1 系统的I/O测点184.2 I/O组态和控制方案组态184.3 控制方案组态254.4 监控画面28第5章 结束语33参考文献34致辞35附录3636第1章 绪论1.1焦炉的背景和意义目前，随着全球信息化的快速发展，企业竞争己经逐渐从局部向全球化发展。在激烈的市场竞争和内外环境的压力
10、下，企业若要达到预期的市场占有率和经济效益，提高企业的应变能力和竞争能力，必须提高自己的劳动生产率和节约生产消耗。提高企业生产的自动化水平是解决该问题的主要途径。焦炉是煤炭企业中的重要设备，其高效、优质地生产尤为重要。焦炉既是高温化学反应器，又是十分庞大而且结构复杂的热工设备，它由多个炭化室和燃烧室依次相间组成。炭化室是煤隔绝空气干馏的地方，燃烧室是煤气燃烧的地方。每个燃烧室又包括一定数量的火道，其中每两个火道作为一对，组成一个气体通路，其两端分别和下面的蓄热室相连。煤气和空气在众多的燃烧室火道内混合、扩散、燃烧，产生的热量通过辐射对流的形式传递给炭化室，煤料在炭化室中隔绝空气加热(高温干馏)
11、形成焦炭，燃烧室里煤气燃烧产生的废气经蓄热室、烟道进行排放1.2。烟煤隔绝空气加热到9501350，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制得焦炭，这一过程称为高温炼焦(高温干馏)。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门作为燃料或原料；炼焦过程中得到的干馏煤气经回收、精制得到各种芳香烃和杂环化合物，供合成纤维、染料、医药、涂料和国防等工业作原料；经净化后的焦炉煤气既是高热值燃料，又是合成氨、合成燃料和一系列有机合成工业的原料。因此，高温炼焦是煤综合利用的重要方法之一。1.2 焦炉的发展现状 20世纪70年代后期，国外开始焦炉加热控制方面的研究与探索，自从1973
12、年日本钢管公司在福山钢铁厂5#焦炉上首次成功地开发应用了焦炉燃烧控制系统(ccs)pA来，世界上许多钢铁公司已先后开发了10多种焦炉加热自动控制系统，相继出现了ACCS、CARPO、COHC等各具特色的系统。目前日本已有57座焦炉实现了焦炉加热自动控制，其中的3座焦炉还实现了单个燃烧室的加热控制。美国、法国、德国、荷兰和芬兰等国也有一些焦炉实现了自动控制。工业发达的国家投入大量的人力、财力和物力用于焦炉计算机控制系统的研究，开发和应用，取得了明显的经济效益4。第2章 焦炉烘炉工艺过程2.1焦炉烘炉的工艺自本世纪20年代起，焦炉耐火砖由粘土改为硅砖，使结焦时间从24-28h缩短到1416h，一代
13、炉龄从10年延长到20一25年。由于高炉炼铁技术的进展，要求焦炭强度高、块度均；由于有机化学工业的需要，希望提高萘和烃基苯的产率。这就促进了对焦炉工艺的研究，使之既实现均匀加热以改善焦炭质量，又能保持适宜炉顶空间温度以控二次热解而提高萘等有机物的产率3。2.2焦炉烘炉的炉体结构工业中常用的焦炉有五十个左右相同的单元构成，这五十个单元之间是并列的关系，完成的作用也是相同，所以每个单元的控制方案也是相同的，每个单元主要由炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区和炉顶区所组成，蓄热室以下为基础和烟道，焦炉炉体结构如图2.1所示。（本文中介绍一个单元）现代焦炉可按加热煤气和空气的供入方式，燃烧室火道类型，实现高
14、向加热均匀的方式。每一种焦炉型式均由以上分类的合理组合构成。焦炉加热煤气和空气的供入方式有侧八式和下喷式两类。6燃烧室火道的类型分为水平火道和直立火道两大类。焦炉高向加热均匀性的方式主要有高低灯头、不同炉墙厚度、分段加热和废气循环等四种方式。焦炉的加热方式主要有单热式和复热式两种7，8。图2.1 焦炉炉体结构图（1）炭化室和燃烧室的结构1炭化室 2.炉头 3.隔墙 4.火道 图2.2 燃烧室与炭化室炭化室是隔绝空气，进行煤的干馏的地方；燃烧室是煤气燃烧的地方，两者依次相间，其间的隔墙要传递干馏所需的热能。焦炉生产时，燃烧室墙面平均温度约1300C，炭化室内平均温度约为11000C。在此温度下，
15、墙体承受炉顶机械和上部砌体的重力，墙面要经受干馏煤气和灰渣的侵蚀、以及炉料的膨胀压力和推焦侧压力。因此要求墙体透气性低、导热性好、荷重软化温度高、高温抗蚀性强、整体结构强度高。(2)斜道区的结构斜道区位于蓄热室与燃烧室之间，是连接该两者的通道，其结构如图2.3所示。斜道区内布置着数量众多的通道(斜道、砖煤气道等)，它们距离很接近，而且走压力不同的各种气体，容易漏气，因此结构必须保证严密9。此外，焦炉两端因有抵抗墙定位，不能整体膨胀，为了吸收炉组长向砖的热膨胀，在斜道区内各砖层均预留膨胀缝，缝的方向平行于抵抗墙，上下砖层的膨胀缝间设置滑动层，以利于砌体受热时，膨胀缝两侧的砖层向膨胀缝膨胀。 1.炭化室 2.火道 3.调节砖 4.砖煤气道5.废气循环孔 6.膨胀缝 7.斜道 8.蓄热室 图2.3 焦炉斜道区的结构斜道的倾斜角应大于30，以免积灰造成堵塞。同一火道内的两条斜道出口中心线的夹角尽量减小，以有利于拉长火焰。斜道出口收缩和突然扩大产生的阻力应约占整个斜道阻力的75。这样
