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    石油焦煅燒是生產(chǎn)陽極的先行關(guān)，其作用是排除原料中的水分、揮發(fā)分，提高碳質(zhì)原料的密度和機(jī)械強(qiáng)度，提高原料的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，為生產(chǎn)碳陽極提供原料。煅后焦的質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)工序的進(jìn)行，關(guān)系到最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
    兗礦科澳鋁業(yè)有限公司用于陽極炭素石油焦煅燒的45m滾筒烘干機(jī)，原配有相應(yīng)的控制系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)分析，存在如下問題：(1)目前滾筒烘干機(jī)內(nèi)襯使用情況只能通過巡檢員肉眼觀察，由于滾筒烘干機(jī)窯體較長，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部脫落、掉磚，甚至紅窯等情況。(2)在冷卻機(jī)排料端，雖然可參照上位機(jī)顯示的相關(guān)溫度數(shù)據(jù)，通過人工調(diào)整冷卻水量達(dá)到控制排料溫度的目的，但該方法操作工勞動(dòng)強(qiáng)度較大。延誤調(diào)整易造成水量過大，使煅后焦?jié)穸却�，影響產(chǎn)品質(zhì)量。(3)窯內(nèi)三個(gè)溫度帶的長度、位置，特別是煅燒帶的長度和位置是直接反映燒成工況的重要參數(shù)，系統(tǒng)采用人工目測方式，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度帶的偏移趨勢，影響滾筒烘干機(jī)煅燒產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。(4)現(xiàn)有的石油焦煅燒系統(tǒng)中沒有窯尾煙氣含氧量檢測，無法合理控制煅燒給風(fēng)量，影響煅后焦的實(shí)收率，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。為改進(jìn)以上缺點(diǎn)，對原控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)過程如下，富通新能源銷售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑烘干機(jī)械設(shè)備。
1、設(shè)計(jì)原理
    在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上．45m滾筒烘干機(jī)燃燒控制硬件系統(tǒng)增加滾筒烘干機(jī)簡體紅外掃描儀+氧化鋯煙氣氧含量分析儀+現(xiàn)場PLC控制器+以太網(wǎng)+上位機(jī)，結(jié)合上位控制、管理軟件，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，使?jié)L筒烘干機(jī)煅燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：測量和顯示煅燒帶位置、長度及其變化趨勢；實(shí)時(shí)監(jiān)測窯內(nèi)襯破損、紅窯等情況并及時(shí)報(bào)警；根據(jù)排料溫度以及蒸汽溫度高低通過控制閥門開度自動(dòng)調(diào)節(jié)直冷水流量，實(shí)現(xiàn)排料溫度的自動(dòng)控制功能；實(shí)現(xiàn)窯尾煙氣含氧量的在線檢測功能，并可通過滾筒烘干機(jī)燃燒控制輔助管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)／自動(dòng)控制的無擾切換功能。滾筒烘干機(jī)燃燒控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
2、設(shè)計(jì)方案
2.1煅燒帶溫度、位置測量方案設(shè)計(jì)
    利用掃描窯皮溫度測量煅燒帶位置，利用窯內(nèi)物料溫度掃描測量煅燒帶最高溫度，運(yùn)用圖像處理技術(shù)，利用窯內(nèi)物料溫度測量結(jié)果對窯皮溫度場圖像進(jìn)行補(bǔ)償，可有效提高煅燒帶位置檢測的精度。
2.2冷卻窯排料溫度控制方案設(shè)計(jì)
    通過對現(xiàn)場冷卻窯系統(tǒng)及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，得出排料溫度與蒸汽溫度具有很強(qiáng)的相關(guān)性，排料溫度滯后蒸汽溫度17min～20min。因此，系統(tǒng)確定了以蒸汽溫度為被控對象的閉環(huán)控制方案，即采用串級PID調(diào)節(jié)器，通過控制直接冷卻水流量來控制排料溫度簡化為通過控制擋板開度來控制蒸汽溫度，解決了大滯后溫度控制的難題。同時(shí)在控制系統(tǒng)中根據(jù)煅燒窯的排料溫度、入料量、煅后焦塊粉比等擾動(dòng)量，進(jìn)行前饋控制，進(jìn)一步減小排料溫度的波動(dòng)。
2.3控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)
    由于原系統(tǒng)的PLC選用的是AB的SLC500系列，考慮與原系統(tǒng)的兼容及升級需要，新系統(tǒng)仍以AB的PLC為控制設(shè)備，選擇了AB的LOGIX 62系列PLC。通過以太網(wǎng)與原系統(tǒng)PLC，以及上位工控機(jī)組成兩級分布式控制系統(tǒng)。PLC負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場輸出信號，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，PC機(jī)作為算法運(yùn)算以及上位監(jiān)控設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)控制算法、數(shù)據(jù)庫管理，完成車間的生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控等功能。原系統(tǒng)上位機(jī)組態(tài)選用的是RSview 32，為了考慮與原系統(tǒng)的兼容及升級需要，新系統(tǒng)選用RSview SE組態(tài)編程軟件進(jìn)行組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。
2.4設(shè)備選型
    滾筒烘干機(jī)簡體溫度掃描儀選用以法國HGH探頭為掃描探頭的紅外窯筒體掃描儀。氧含量分析系統(tǒng)主要測試窯尾氧氣含量，用以分析滾筒烘干機(jī)內(nèi)的燃燒狀況。窯尾的溫度最高達(dá)到1100℃，主要考慮氧化鋯探頭的耐高溫性，系統(tǒng)選擇耐溫為1400℃的氧化鋯探頭，而沉灰室上方距滾筒烘干機(jī)中心還有1. 5m的距離，現(xiàn)在市場上能耐1400℃的氧化鋯只有1. 2m．專門定制了ZO - 3003型氧化鋯氧量分析儀。
3、系統(tǒng)調(diào)試
3.1系統(tǒng)上位軟件的設(shè)計(jì)與總體調(diào)試
    實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)，按現(xiàn)場要求實(shí)現(xiàn)了負(fù)壓、風(fēng)量、尾氣氧含量等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示，故障語音報(bào)警等功能。完成遠(yuǎn)程控制、手動(dòng)／自動(dòng)切換控制功能，以及歷史數(shù)據(jù)管理保存、歷史曲線顯示等。
3.2煅燒帶位置測量算法軟件開發(fā)調(diào)試
    利用掃描窯皮溫度測量煅燒帶位置，使用窯內(nèi)物料溫度掃描測量煅燒帶最高溫度，對窯皮溫度場圖像進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆桨福�以及運(yùn)用圖像處理技術(shù)完成了煅燒帶圖像邊界特征提取算法，實(shí)現(xiàn)了煅燒帶的劃分。通過現(xiàn)場大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果和現(xiàn)場觀察基本吻合。
3.3冷卻窯排料溫度控制算法及軟件實(shí)現(xiàn)
    以蒸汽溫度為控制對象，下料量作為前饋，將各種干擾諸如煅后焦形狀、環(huán)境溫度等作為模糊修正的排料溫度自動(dòng)控制方案，采用串級模糊PID控制算法完成了排料溫度的自動(dòng)控制。
4、應(yīng)用效果
4.1溫度帶位置的實(shí)時(shí)檢測
    系統(tǒng)采用滾筒烘干機(jī)簡體紅外溫度掃描十窯內(nèi)物料溫度掃描測檢方案，運(yùn)用圖像處理技術(shù)，提出了煅燒帶圖像邊界特征提取算法，實(shí)現(xiàn)了煅燒帶的劃分，完成了煅燒帶位置、長度、偏移方向及偏移速度的實(shí)時(shí)檢測。為現(xiàn)場操作人員進(jìn)行工況調(diào)節(jié)提供了溫度帶的定量數(shù)據(jù)，對進(jìn)一步穩(wěn)定燃燒工況，減少炭損具有重要的意義。燃燒帶位置及變化趨勢如圖2所示：
4.2排料溫度自動(dòng)控制
    新系統(tǒng)采用以蒸汽溫度控制為外環(huán)，直冷水流量控制為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)PID控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了排料溫度的串級PID控制算法，解決了冷卻窯大滯后、非線性被控對象的自動(dòng)控制難題。提高了冷卻窯排料溫度控制的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)煅后焦溫度的穩(wěn)定控制。
5、結(jié)語
    燃燒控制系統(tǒng)應(yīng)用后，不僅實(shí)現(xiàn)了滾筒烘干機(jī)破損預(yù)警，提高煅燒石油焦的實(shí)收率和質(zhì)量，通過自動(dòng)控制和氧氣測量裝置，還有效抑制一些有害氣體的排放，防止環(huán)境污染；同時(shí)，直接冷卻水自動(dòng)控制的投入，可以節(jié)約大量用水，提高設(shè)備的使用率。可見，這一系統(tǒng)技術(shù)性佳，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。