電氣自動化在焦電行業中的應用

任 欣

（山西中鑫潔凈焦技術研究設計有限公司，山西太原 030021）

焦電行業是由原有的焦化行業演變而來。常規焦化行業是以生產焦炭和化學產品為主，污染排放嚴重，不符合最新政策的環保。節能要求。但隨著政府管理的收緊，高能耗和高污染成為“焦炭化”的實質性術語，焦化行業能否實現可持續發展成為人們關注的焦點。當電氣自動化在焦電行業中應用時，通過生產焦炭和發電兩種產品，再加以處理，可以實現廢水廢氣零排放。在日常生產冶煉過程中，通過電氣自動化技術可以提高生產效率，降低人力、物力和資金成本，一定程度上提高焦電行業的經濟效益。在這方面，將節能技術應用于工業自動化和電氣化對提高整個焦電行業的可持續發展和自動化水平具有關鍵作用。

1 焦電行業發展現狀

為深入推進能源革命，建設國家綠色環保焦電產業，推動焦電行業高質量發展，如期實現碳達峰、碳中和目標，電氣自動化在焦電行業占有越來越重要的地位。同時，隨著我國經濟的快速發展，國內對焦炭的需求也逐漸增長。但由于環境保護等因素，特別是國家逐步限制焦炭工業的過度發展，焦炭產量逐漸下降。調查發現，全國焦炭產量增長率下降，市場需求遠遠高于實際產量，導致企業效益大幅下降，說明焦炭行業面臨嚴峻考驗。減損降損已成為煉焦企業生存和發展的嚴峻考驗。因此，在全國焦化行業生產增長放緩，越來越多的焦化企業出現嚴重虧損的同時，一批企業開始積極引進應用技術，完善產業鏈拓展和建設，創新發展，為企業創造更有效的經濟效益，以高效精確為特點的電氣自動控制系統無疑為生產帶來全新動力，為焦電行業的發展提供新的機遇。隨著環保意識的提高和相關的環保標準和控制體系的不斷完善，國內生產的許多小型落后的焦化技術已經不能滿足現代工業發展的需要，因此，焦電行業應在生產發展中積極應用電氣自動化技術，利用技術優勢持續強化生產水平與管控力度，從根本上滿足現代社會對于焦電行業的實際需求[1]。

2 電氣自動化在焦電行業中的核心技術

2.1 仿真技術

項目投產前，需要進行仿真，以驗證系統設備是否符合運行條件。但傳統的仿真方法滯后，仿真過程復雜，容易影響測試精度，導致測試偏差。仿真在焦電行業的應用可以有效地改變傳統的檢測環節，利用計算機系統實現TCP/IP 協議，通過網絡傳輸數據，使電源單元的接收端可以在短時間內接收到傳輸的信息，驗證各種數據指標，及時發現并改進不滿意指標，保證系統安全運行，將仿真技術應用于焦炭和電力行業的運營管理，能夠充分發揮質量控制作用，實現仿真和動態監控，降低焦炭企業的維護維修成本[2]。

2.2 PLC技術

PLC 技術的組成結構如圖1所示。

圖1 PLC組成結構圖

采用PLC 技術，可自動對焦電行業各生產車間設備與操控系統進行編程、信息記錄和指令計算，可實時監測各車間各部位設備的運行狀況，可一鍵實現故障檢測和切除，大幅提高了工作效率。應用于焦電行業的PLC 技術可以控制和調節焦爐的吸力、溫度及產生高溫煙氣的壓力和流量，從而可以調節焦炭的產量和發電量。煉焦技術和發電技術的聯合應用不僅可以滿足不同類別用戶的需要，而且可以在一定程度上降低分散的成本，這對提高焦電行業的整體管理水平和競爭力具有重要意義。

3 電氣自動化在焦電行業中的具體應用

3.1 干法熄焦中的應用

目前，為響應國家綠色環保要求，干法熄焦技術已經取代濕法熄焦，廣泛應用于焦電行業。濕法熄焦是用清水和工業廢水，經過熄焦塔噴灑在紅焦上，使焦炭冷卻，此過程會產生大量的水蒸氣夾雜其他粉塵及化合物排放到空氣，不僅污染環境，還造成大氣溫度升高及熱量能源浪費等弊端。干熄焦則是由接焦車將成熟的紅焦，推入焦罐，再由提升機提升到干熄槽，進入冷卻室進行冷熱交換冷卻，冷卻后的焦炭由皮帶機送至儲焦倉。這一過程焦炭的余熱產生大量的蒸汽，該蒸汽再被送入余熱鍋爐進行發電。為保證生產運行安全，在兩個控制系統之間設置安全聯鎖，可以操作系統控制焦電生產過程的蒸汽壓力、流量、溫濕度，保證安全、穩定、連續運行，目前該技術已應用于工業領域，并且有很好的節能效果。節省焦爐氣體預熱，同時減少氨殘留量，降低廢水處理廠的生產負荷。因此，該技術極大提高了焦炭的應用質量，降低煉焦過程的成本，符合節能環保方針。

3.2 配煤系統中的應用

結焦性和黏結性是煉焦用煤最重要的指標，配煤是將氣、肥、焦、瘦不同煤種的煤，按一定比例進行混合，達到煉焦用煤的最佳配比，在自然狀態下由裝煤推焦車裝入焦爐進行煉焦的工藝。一般配比為氣煤10%，肥煤21%，瘦煤22%，主焦煤和1/3焦煤47%，配合后可燃基揮發分在25%左右。福建三明鋼鐵有限公司，太行明珠鋼鐵有限公司均采用此煉焦工藝。電氣自動化的目的便是實現自動配煤，編程輸入參數后，由PLC 控制圓盤給料機按預定程序實現最優化配煤（表1）。

表1 配煤參數設定

根據實際生產需要，利用先進的自動化技術自動調整配煤比例。實現投資和運營成本的節約，最終達到節能目標，獲得良好的經濟效益和環境效益。

3.3 脫硫脫硝中的應用

隨著近年來焦化環境要求的收緊，焦化廠出現了新技術。在進行環境更新和技術改造時，必須考慮到節約投資和運營成本的必要性。最好將新的現代化過程管理系統與先進的管理技術相結合，建立大網絡和大數據庫。脫硫工藝設備由脫硝催化劑的再生燃燒系統組成，但其利用率較低?；旧?，在兩年內工作15d 左右。采用新VOC 技術處理氣體異味的最佳方法是燃燒，這兩種過程相距甚遠，現代自動控制技術可以很好地結合這兩種控制系統，利用現代自動化技術共同使用燃燒系統，實現投資經營成本節約，最終達到節能目標，實現經濟效益和生態效益。

3.4 改造優化中的應用

隨著工業電氣自動化技術在焦化廠的快速發展和廣泛應用，過去復雜的改造變得越來越簡單，在節能生產中發揮重要作用。通過優化技術和自動控制，對生產過程中的細節進行詳細的加工和改造，在優化技術的同時取得顯著的經濟效益。

（1）優化除塵系統中的除塵控制。根據最初的設計，刮板清洗系統是一種連續的設備。由于焦化廠有大量除塵設備，刮板消耗大量能源。鑒于此，工藝技術人員通過自動化技術優化軟件，在不增加硬件投入的情況下編譯軟件，并根據現場實際生產情況執行刮刀周期運行模式。

（2）工廠管理一體化。工廠管理一體化的優點和缺點十分明顯，其優點是：生產與點校驗通信方便，故障響應快。缺點：人員設備較多、管理較難，較難實現全廠管理的統一。鑒于此，目前大多數主要焦化企業正在改造或新建成全廠規模的集中控制中心，結合先進的自動化技術，實現全廠控制管理一體化，帶來良好的經濟效益和社會效益。整合各管理部門后，生產效率大幅提高，檢修、操作、管理人員可減少50%，設備自動化水平也大幅提高，為下一步企業管理水平提升創造有利條件。

（3）運煤皮帶機的PLC 連鎖控制。原有的皮帶運輸系統是獨立的，各皮帶之間沒有實現PLC 連鎖，只能通過現場操作箱或計算機手動切除故障。為了避免發動機帶負荷起動的現象，只有手動清除皮帶上的殘余物。這種方法不僅延長了生產時間，而且還需要勞動力，對生產會造成極為不利的影響。當系統使用傳統繼電器進行控制時，皮帶開關或拖繩的偏差會直接導致整個系統出現故障。采用PLC技術進行改造后，通過后臺軟件編程，可以使各皮帶機之間建立連鎖與互鎖。在PLC 控制下，系統配有中間繼電器，允許皮帶保險絲控制。一旦皮帶輸送機的上游皮帶出現故障，停止系統將立即啟動，底部皮帶可以正常工作，直到所有材料交付。這時停止系統，檢查故障，然后清理皮帶頂部的材料。這種方法極大節省了材料處置的時間和人力。如果將其應用于相對復雜的傳輸系統，那么效果會更有效。該方法的控制詳情如圖2所示。

圖2 運煤皮帶機的PLC連鎖控制

3.5 煉焦生產中的應用

（1）電氣自動化系統已廣泛應用于焦爐車輛系統。利用編碼電纜及后臺監控等系統可實現推焦熄焦車輛與爐門自動對位，爐門位號自動識別。車輛到位后利用自動化技術實現自動開啟關閉爐門，均編入程序，只需操作人員一鍵控制，減少了系統誤差，提高了爐體壽命。利用數字軟件標準化記錄和可視化，運用信息技術深入分析節能數據，自動化系統提高了出焦時間和出焦產量的精準化程度。

（2）可利用自動化系統實現焦爐的吸力和溫度的測量及自動調節，通過監控系統觀察焦爐內部的顏色變化，從而自動分析焦爐內部的空氣量，通過控制行程開關來調節進風量的大小，以保證煤塊的充分燃燒，從而保證焦炭的產量和質量。

（3）在節能減排技術的過程中，在車輛上安裝除塵設備，可與焦爐無縫對接，在裝煤推焦和熄焦過程中使煙氣和粉塵無外漏，從而實現零排放。此時自動化的應用也尤為重要，對煙氣粉塵的吸力和流量控制，是保證除塵效果的重要手段。同時應根據相關立法和行業標準，為技術提供法律保護，從而提高技術效率，實現良好節能減排。

4 結束語

電氣自動化技術生命力在于結構完整性，目前電氣自動化技術已在各行業獲得廣泛應用，并已成為相關行業的基礎技術，從而提高電氣自動化技術研究水平。為了更好地掌握電氣自動化技術的核心，要從研究電氣自動化技術的特點入手，從電氣自動化技術的重點和發展趨勢等方面研究電氣自動化技術在電焦工業領域的應用。