0 引言

焦炉是冶金行业中最复杂的炉窑，焦炉的加热过程是单个燃烧室间歇、全炉连续、受多种因素干扰的热工过程，是典型的大惯性、非线性、时变快的复杂系统[1]。中国平煤神马集团平顶山朝川焦化公司原有的焦炉热工控制系统同国内大多数企业十分类似，根据不同结焦时间、入炉煤水分，确定一个经验的标准火道温度，操作工每4 h利用光学高温仪测量一次全炉标准立火道温度，然后根据平均温度与标准温度的偏差，人工加减煤气流量、调整分烟道吸力。焦炉加热生产过程是粗放式的，更不用说是焦炉的自动加热与控制。

为稳定炉温、降低回炉煤气消耗，实施了以“火落温度”为基础的焦炉前反馈热工自动控制系统，促进焦炉热工控制由人工管理向自动调节的转变。

1 基本原理

1.1 通过粗煤气温度判断焦炭成熟度

用粗煤气温度随结焦时间变化规律判断结焦终了时间，粗煤气温度随结焦时间变化如图1所示。从图1中可以看出，粗煤气温度随结焦时间开始平稳而缓慢地上升，十几小时后上升至最高点，这一点称火落点(也称拐点)，然后又快速下降至推焦结束。

  

图1 粗煤气温度随结焦时间的变化Fig.1 Raw gas temperature changes with the coking time

“火落”是炼焦生产过程中客观存在的一种现象，是焦饼基本成熟的标志。利用配合煤在炭化室干馏中的某些固有特征，可以判断出火落现象发生的时刻，即“火落时刻”。最高点温度为Tm，从开始装煤(a点)到火落点的时间(c点)称为火落时间(又称气体析完时间)，从火落点到出焦点(b点)的时间称焖焦时间(或称焖置时间)，则周转时间=火落时间+焖焦时间，即：

τc=τm+τme

中职生正处于身心发展的重要时期，可塑性强，发展潜力大，这一时期是他们世界观形成的关键时期，特别是自我意识的发展比较突出，成人感与独立性增强，要求别人尊重他们的人格和意愿。班主任在教育有过错的学生或处理违纪学生过程中，如果没有遵循中职生的心理特征和年龄特点，给予其过多的批评或过于严厉的处罚，必然使学生在感情上难以承受，引起学生反感，产生对立情绪，影响教育效果，受批评的学生很有可能转化为差生。因此，教育失误后加强学生思想工作非常重要。

(1)

通常认为到火落点时，焦炭基本上成熟，粗煤气也已析完，粗煤气的颜色由黄色转变为淡蓝色到无色，然后焖置一段时间后即可推焦[2]。

1.2 火落管理热工控制的主要特点

(1)将火落时间作为焦炉加热的主要控制指标。火落时间和标准温度都是通过对加热煤气流量来调节实现的，火落时间可以直观衡量焦饼成熟度，对煤干馏的结果进行管理，标准温度是对干馏条件进行管理。

本文针对球杆系统的研究现状，基于拉格朗日法重新建立了球杆系统的全量模型，并通过基于线性二次型(LQR)的最优控制，设计了系统状态反馈控制器。此设计过程即选取负反馈矩阵Kopt的值，使得闭环系统在内部稳定的前提下，对系统的动势能及驱动器的电能消耗进行优化。另外，本文在状态反馈控制器的基础上，提出了轨迹追踪器的设计方法，并在Matlab-Simulink仿真环境下验证了该控制器设计方法的有效性。

我们用H表示有限维实希尔伯特空间，它的内积和范数分别记为〈·,·〉和‖·‖。用R表示全体实数，用Rn表示n维向量空间，其内积定义为：

(2)有助于对煤气燃烧状况、燃烧系统压力、焦饼成熟度的控制。

根据理论分析和实验总结，焦炭的焖炉时间一般在3 h是合适的，焦炭的残余挥发分基本析出完。焖炉时间过长，回炉煤气消耗增加，焦炭易“过火”。从火落时间一览表出现以后，先后降温10 ℃，为了安全起见，需要运行一段时间，再降低标准温度10 ℃。根据目前的全炉火落时间数据来看，仍有进一步降温的空间。

用万分之一分析天平准确称取适量10种酚类化合物，分别置于50 mL烧杯中，咖啡因和香草醛用乙醇溶解，其余均用超纯水溶解，并用超声波清洗器辅助溶解，然后转移至50 mL容量瓶中，均用超纯水定容至刻度线，得到标准溶液。使用前稀释到所需浓度，进样前均经0.45 μm滤膜过滤。

1.3 前—反馈热工控制系统简介

前—反馈热工控制系统由立火道温度测量与控制系统、煤气压力分烟道吸力调节系统、中控DCS控制系统组成。

按照《青海三江源生态保护和建设二期工程档案管理办法》，生态监测工作组制定了《三江源生态监测档案分类与归档细则》(青海湖流域生态监测项目和祁连山生态监测项目均参照执行)，明确了档案工作职责和任务，以及归档范围及整理要求，使各执行单位对文件材料的形成、积累、收集和整理有据可依。各执行单位确定了档案管理负责人和具体档案管理人员，项目实施过程中形成的档案资料均有专人负责收集、整理和归档，确保了档案资料的完整性。目前，已形成青海三江源、青海湖流域和祁连山等重大生态保护工程生态监测项目档案近千卷，影像资料近万张，积累了宝贵的历史资料，为项目审计、验收及干部离任审计提供了有力的资料保障。

立火道温度采用在线自动测量和多模式模糊控制。根据炼焦计划、火落时间、入炉煤水分确定标准火道温度。根据测量火道温度与标准火道的温度偏差，自动调整地下室煤气管道加热煤气流量；根据加热煤气流量变化，自动调整两侧分烟道吸力；根据分烟道废气含氧量的大小反馈调整吸力目标值。控制系统如图2所示。

(1)当焦炉加热投入到自动加热系统时，必须经常观察红外测温温度趋势是否正常，观察自动加热系统的拟合温度是否正常(正常温度为在标准温度±20 ℃内)，若不正常，切换到人工控制，并向调火工和维护人员上报，并配合他们查找原因。

1.4 前—反馈热工控制主要优点

根据对焦炭质量的分析，确定在一定配煤条件下的最佳火落时间，并以此为控制标准。若实际的全炉平均火落时间高于最佳的火落时间，则提高标准温度；反之，则降低标准温度[5]。

  

图2 控制系统Fig.2 Control system

2 运行情况

2.1 立火道自动测温代替人工测温

(1)立火道温度的自动测量。JN4.3-80型焦炉每个燃烧室有28个立火道，标准火道为7，22火道，其温度分别代表机焦侧温度。人工测量立火道温度一般通过标准火道进行测量。在焦炉标准火道附近，沿焦炉纵向靠近消烟除尘车轨道位置选择自动测温代表点，用来拟合人工测量数据。

(2)立火道温度自动测量与人工测温对比。人工手提式光学高温仪测温数据和相同时刻的自动测温数据如图3所示。

  

图3 自动测温与人工测温比较Fig.3 Automatic temperature measurement and artificial temperature measurement

从图3可以看出，人工测温与自动测温基本一致，可以用自动测温数据代替人工测温。

厌食是小儿时期的一种常见病症，古代文献多将其归为“乳食不下”“恶食”“伤食”等证论述治疗。病变脏腑主要在脾胃，胃司受纳，脾主运化，《灵枢·脉度》：“脾气通于口，脾和则口能知五谷矣。”厌食主要由脾胃不和，纳化失职所造成。《诸病源候论·脾胃病诸候》：“脾者，脏也；胃者，腑也。脾胃二气，相为表里……所以谓之脾胃气不和不能饮食也。”

2.2 粗煤气温度自动测量

在炼焦过程中，煤中的挥发分就从炭化室中逸出，形成粗煤气，粗煤气经过上升管、桥管最后汇集到集气管中，进入下一道生产工序。在装煤初期，挥发分量大，炭化室温度低，粗煤气的温度也相对较低，随着炭化室温度的升高，从炭化室内部逸出粗煤气温度也随之升高，十几小时后上升至最高点。这一时期，煤基本上变成了焦炭，挥发分很少，从炭化室带走的热量也很少，所以粗煤气的温度也缓慢下降，直到推焦结束[3]。粗煤气的温度的变化在一定程度上反映了炭化室中煤变焦过程变化，因此通过对粗煤气温度变化的研究，可以间接地判断焦炭的成熟情况以及标准温度的高低[4]。

粗煤气温度的测量位置，即火落温度的测量位置，应选择在粗煤气集中逸出的通道上，一般选择在上升管或桥管部分，粗煤气的温度一般不超过1 000 ℃，通常采用K型热电偶测量。该项目在1号、2号、3号焦炉的每个上升管的根部，与炭化室相连的部位安装热电偶，每个上升管一个粗煤气自动测温点，共126个测温点。某粗煤气测温点火落趋势如图4所示。

工程地质条件，场地基础应选择在连续稳定且强度大的岩层之上，地基承载力应达到2000Kpa以上，应避开地质灾害易发生的地区。不应在滑坡、崩塌、泥石流、地面沉陷等不利的自然地质现象的影响范围之内，要考虑区内存在的软土地基等地质问题，尽量避免因工程地质问题使工程复杂化。

  

图4 火落趋势曲线Fig.4 Fire fall trend curve

根据火落时间棒图显示，可清晰地观察各个炭化室成焦状态，火落时间过长，则为低温号、火落时间过短则为低温号。

  

图5 不同温度时粗煤气颜色对比Fig.5 Comparison of the color of crude gas at different temperatures

通过比较粗煤气温度曲线与火焰颜色的变化，认为对于4.3 m捣固焦炉，粗煤气温度大约从最高点下降20 ℃时，达到火落点。

最后，社会关系对工程师的发展程度起着决定性的作用，“个人的全面性不是想象的或设想的全面性，而是他的现实关系和观念关系的全面性”。若实现工程师的全面发展，就需要克服旧有的社会关系的限制，克服旧式的分工，建立新的社会分工。在工程伦理教育中，培养工程师对伦理规范的基本认知，即在工程实践中处理各种社会关系时必须遵守的基本伦理规范和道德精神。通过工程师的努力，实现对社会各群体之间关系的协调，推动工程实践对自然和社会顺利改造的同时，促进社会共享、和谐发展。

衡量空燃比是否合理的最重要的指标为空气过剩系数α。根据理论计算和实际经验总结，对于回炉煤气加热的焦炉，空气过剩系数α应控制在1.20～1.25(对应的废气含氧量应在3.5%～4.2%)比较合理。实际空气过剩系数的主要取决于风门的开度和吸力的大小。

 

表1 焦炉火落时间Tab.1 Coke oven end time list

  

炉号结焦时间/h火落时间/h焖炉时间/h火落时间偏差高低温炉号122.714.68.11.4↑220.715.05.71.0↑322.316.16.2-0.1 422.016.55.5-0.5 521.516.94.6-0.9↓622.916.46.5-0.4 723.815.88.00.2 822.317.05.3-1 920.416.04.40 1021.015.55.50.5 1121.215.65.60.4 1220.316.04.30 1322.616.26.4-0.2 1420.415.74.70.3 1520.815.75.10.3 1622.315.66.70.4 1724.217.07.2-1 1823.016.86.2-0.8↓1924.017.76.3-1.7↓2024.518.16.4-2.1↓2121.815.76.10.3 2224.516.77.8-0.7↓2322.815.57.30.5 2420.515.55.00.5 2524.815.79.10.3 2622.115.56.60.5 2720.315.15.20.9 2822.516.06.50 2921.415.85.60.2 3024.515.49.10.6 3122.115.46.70.6 3222.415.17.30.9↑3322.916.26.7-0.2 3420.716.34.4-0.3 3524.816.28.6-0.2 3622.515.57.00.5 3721.717.04.7-1 3821.015.85.20.2 3922.915.97.00.1 4022.817.15.7-1.1↓4122.215.27.00.8↑4222.716.26.5-0.2

2.3 高低温号的判别

(1)粗煤气温度与火落时间的关系。为了找出火落时间与粗煤气温度之间的关系，人工观察发现，在粗煤气温度从最高点下降20 ℃后，粗煤气的颜色基本上从浓黄色变成灰白色，即火落时刻。不同温度时粗煤气颜色对比如图5所示。

2.4 标准温度的优化

全炉平均火落时间实际反映了焦炉标准温度的高低，若平均火落时间过长，则标准温度偏低；反之若平均火落时间过短，则标准温度偏高；整体的火落时间比较短，表明标准温度高了。但个别炉号的火落时间明显长于理想的火落时间，是低温炉号，需要处理，否则降低炉温后会出现生焦。

  

图6 平均火落时间与理想火落时间Fig.6 Average fire down time and ideal time

前、反馈相结合的控制方案克服了单纯前馈控制和单纯反馈控制的缺点和不足，以结焦时间、入炉煤参数等由供热量模型计算目标需热量(前馈)，然后用实测的炭化室炉墙温度或结焦过程中的粗煤气温度计算全炉平均温度，校正供热量，再根据目前特征参数确定焦炉加热用煤气量[2]。

(3)可以发现干馏过程中的异常现象，如多装煤，少装煤，煤水分偏高偏低等。

2.5 优化燃烧

煤气和空气在立火道内燃烧，空气和煤气应有合适的比例。空气量不足，则煤气燃烧不完全，浪费能源；空气量过剩了，煤气大部分在立火道底部燃烧，火道底部温度高，高向加热均匀性不好；空气量过剩了，大量的冷空气经过焦炉火道变成300 ℃以上的热废气从烟囱排出，同样浪费能源，另外空气量过剩以后，往往火焰温度过高，烟气中氮的氧化物急剧上升[6]。

(2)火落时间自动判断。根据粗煤气温度的变化规律，自动计算出火落时间、焖炉时间(表1)、实际结焦时间等参数，并给出高、低温炉号数据。

从表2可以看出，各个燃烧室的空气过剩系数差别较大，需要人工个别调整风门和吸力翻板。但整体的空气过剩系数偏大。整体空气过剩系数的调整可以通过调整风门开度和分烟道吸力来实现。

 

表2 部分燃烧室小烟道废气含O2与CO对应关系Tab.2 Part of the combustion flue gas containing small room correspondence between O2 and CO

  

燃烧室号wO2/%机侧焦侧wCO/10-6机侧焦侧146802804.78.7303101755.17.0455042 0007.71.4801 5001 2007.15.2862703208.23.61195302304.65.5

2.6 焦饼温度在线自动测量

焦饼中心温度是反映焦炭均匀成熟的重要指标。焦炉中心温度直接测量比较困难，捣固焦炉尤其如此，焦饼堆比重大，普通插管方式难以进行。因此，捣固焦炉焦饼中心温度一般采用先测机焦两侧焦饼的表面温度，再推算焦饼中心实际温度的方法来进行。该项目在拦焦车导焦槽框架两侧的不同高度上，分别安装3个传感器(红外光纤温度计)，在推焦时，6个传感器透过栅架间隙自动连续地测量整个焦饼两侧上中下3个位置的表面温度，红外测温仪测量的温度数据通过无线电台发送计算机进行处理，生成温度数据报表和趋势曲线。

【对策】降低饲养密度，提高换水率，此外，更换饲养池，进行水槽内消毒。有可能的话，可在海水潮流好的海面进行临时避难。

3 应注意问题

首先在B超检查中使用的仪器是飞利浦iu22，是一种高度精密的仪器，检查的方法如下：患者首先要坐在固定的位置，患者背向检查者坐在那里，然后患者用双手抱住自己的头并且同时肩膀向上移动，目的是拓宽肋骨的间隙，患者需要在检查的过程中将上半身向前倾斜，检查的位置是患者的第七肋骨到第八肋骨之间，扫查方式是纵切面，此时医生开始着重的观察一起的检测情况，一旦发现积液的无回声区，就将探头放在适当的位置，进行详细的观察，同时将积液的范围和深度勾划出来。

(2)自动测温的数据要在人工测温时间点时采集，这样才能对应起来。若发现和人工测温偏差大于20 ℃，告知调火班，查明原因。每天人工测温下来后，调火工负责对温度常数的校正。人工测温和自动测温值是否相差±10 ℃以内，若长期(如7 d左右)超过10 ℃，需要对温度常数校正。

(3)当所有测温点显示不正常时，现场仪表可能停电或DCS输入有问题引起的。立即转到人工控制，并重新设定合适的流量/压力值，使系统与之前正常运行的状态接近。

(4)当煤气发热量、煤气温度、结焦时间、装炉煤水分、配煤比改变时可以改变煤气基准流量。

(5)根据火落趋势图，调出有问题的点与正常的点进行比较，发现异常，分析原因并对故障点进行处理。

4 运行效果

(1)火道测温系统运行可靠，与人工测温的偏差基本在3～5 ℃。

东安三村是一个离我家不远、只隔着一条马路的窄窄的街道，住户不满二十家，老人喜欢谈天，大人必须做家务。到了冬天，事情就多起来了，有些人操起针线缝制好几条棉被，送给隔壁的邻居，或是交给赶集的民工。每天串门至少两次以上，尤其过年，楼道口挤满了川流不息的人，仿佛成了互通交流的港口，附近还有家很小的水果店。但在我是绝对的翻斗乐，不但可以摆脱“之乎者也”，还可以逃避日日夜夜的习课。

(2)在保证焦炭质量前提下，降低标准温度累计达20 ℃，且仍有进一步降温空间。

(3)根据火落趋势图，可以对异常情况进行分析与处理。

(4)根据结焦时间、焖置时间、火落时间，可以对标准温度进行优化。

(5)根据火落时间可指导调火、实时发现高/低温号。

5 结语

以“火落温度”为基础的焦炉前—反馈热工控制系统，克服了单纯前馈控制和单纯反馈控制的缺点和不足，实现了上升管内煤气温度、立火道温度、焦饼表面温度的在线监测，达到了自动火落时间判断、标准温度指导、加热和燃烧优化等目的，对于稳定炉温、降低回炉煤气消耗、提高焦炭质量，推进焦化企业技术进步，具有非常重要的意义。

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[2] 孙立迹.焦炉全自动测温与加热优化控制技术应用[D].天津：天津大学，2013.

[3] 安徽工业大学.一种焦炭成熟度的判断方法：CN201210107382.9[P].2012-08-01.

[4] 太原煤气化股份有限公司，安徽工业大学.焦炉加热温控方法：CN201110357118.6[P].2012-06-27.

[5] 席铁峰.焦炉自动测温、自动火落判断、自动加热系统应用[J].中小企业管理与科技，2015(9)：209.

Xi Tiefeng.Coke oven automatic temperature measurement，automatic fire drop judgment，automatic heating system application[J].Management & Technology of SME，2015(9)：209.

[6] 孟秀芳.浅谈自动加热技术在山焦的实施应用[J].山西化工，2013，33(6)：53.

Meng Xiufang.Application of automatic heating technology implementation in the mountains of coke[J].Shanxi Chemical Industry，2013，33(6)：53.