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摘 要：本论文从焦炉的概述出发，系统阐述了设我国的焦炉优化加热控制系统进展和存在的问题，接着研究了国内外焦炉优化加热的研究现状。
关键词：焦炉 优化 加热
一、前言
随着科技水平的不断提高，社会经济的快速发展，人们对焦炉优化加热的要求也越来越高。现如今，焦炉优化加热中还存在很多问题，急需解决，因此，我们要加强先进理论与先进技术的学习与应用，不断进行国内外焦炉优化加热的研究。
二、焦炉的概述
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。虽然这些系统种类繁多，各有特色，但从控制系统的角度可将它们分成三类：炉温反馈系统、前馈供热量控制系统、前反馈相结合的控制系统。
三、我国的焦炉优化加热控制系统进展和存在的问题
我国的焦炉优化加热控制系统最早开始于80年代初期，1981年7月，上海焦化厂和中国科学院新疆物理所开始进行焦炉加热微机控制系统的研究，两年以后首次在上焦四号炉实现了微机控制。国内从80年代初期先后开始实施焦炉加热计算机监控系统，调控方案从最简单的恒流量控制、炉温控制到计算机优化控制。焦炉自动加热控制系统对于稳定焦炭质量、延长炉体寿命、节能降耗、保护环境都有着非常重要的意义。但由于焦炉结构的复杂性和炼焦生产的特殊性，先期实施的系统始终没有解决好硬件配置、控制模型及后期管理等问题。
四、国内外焦炉优化加热的研究现状
1、前馈控制
美钢联C2PC系统，伯利恒公司雀点厂的焦炉加热控制系统，法国索尔莫钢铁厂CRAPO以及德国的CODECO分级供热系统都属于典型的该系统。
2、反馈控制系统
根据火道温度或拟合火道温度与目标火道温度的偏差调节加热煤气流量，这种方法在我国、前苏联地区等有应用。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焦炭结焦终了时的温度（有些厂家也采用结焦过程中的粗煤气温度）并由此计算的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。
3、通过粗煤气温度判断焦炭成熟度
通过粗煤气温度判断焦炭成熟度，这种方法目前在日本、北欧应用比较普遍，我国宝钢焦化厂也采用此方法。主要有以下几种形式：
3.1粗煤气温度直接测定法
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。粗煤气温度随结焦时间开始平稳而缓慢地上升，大约十几小时后上升至最高点，这一点称火落点（亦有称拐点），然后又快速下降至推焦结束。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（又可称气体析完时间），从火落点到出焦点（b点）的时
间，称焖焦时间（或称置时间），则
周转时间=火落时间+焖焦时间，即：
τc=τm+τme⑴
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兰色到无色，然后过一段置时间后即可推焦。
3.2结焦终了时间模型法
在日本钢铁公司，通常用观察结焦末期“气体析完”现象来评价结焦终了时间，其操作控制系统是根据下列概念建立的：
总的结焦时间=“气体析完”时间+焖焦处理时间
“气体析完”时间τm按式⑵由温度Tm确定：
τm=A*Tm+C⑵
式中A和C为焦炉的特性值
该系统的控制思想为：由式⑵预测正在炼焦过程中的每一孔炭化室中的每个“气体析完”时间；根据火道温度的前馈模型计算目标火道温度的修正值，以减少目标值与“气体析完”时间的偏差；根据计算出的修正值修正原來的火道温度，重新确定目标火道温度。
3.3日本住友公司相关模型法
采用在上升管中测得的粗煤气最高温度降低值与火道温度的相关条件来确定结焦终了时间，其相关式为：
Tpc=a0+a1/Tf⑶
其中：Tpc——粗煤气最高温度Tm与在结焦终了时粗煤气温度Tb之差
Tf——火道平均温度（从粗煤气达到最高温度时到结焦终了时间的火道温度平均值）
a0、a1——常数
使用上述方程式，可以从一个给定的目标结焦终了时间计算出每孔炭化室的目标火道温度，用于指导炼焦生产。
3.4比利时CRM系统
比利时CRM焦化厂为控制焦炭的成熟度，在炉组若干个上升管的根部和顶部按装2支热电偶，用以测量粗煤气温度。这样，两个热电偶测得的温度显示出一个特征倾向，该倾向与炭化进程的发展状态有关。用焦炭强度指标I10来判断焦炭的成熟度，经过不同的温度水平上的实验，就可以校核达到结焦终点后焦炭是否推出。如果没有正点推焦，就调节焦炉加热水平的设定值。
3.5日本新日铁公司粗煤气浓度法
日本新日铁公司改变了过去的方法，在上升管的某侧设置光源，使光线横穿上升管，连续测量表示粗煤气浓度的透光度，来判断结焦终了时间。这种方法通过粗煤气透光度曲线建立结焦终了时间判断模型。这样既解决了操作上的问题，又可以使实际结焦终了时间与标准结焦终了时间的偏差最小。
3.6结焦指数法
该公司为预测结焦终了时间，在桥管上安装热电偶来测量粗煤气温度。通过测量温度变化的转折点Tm，开始计算结焦指数，在其控制模型中，结焦指数是用结焦时间与达到最高温度的时间的比值来表示的：
CI=τc/τm
结焦指数控制模型根据结焦指数来调节预测能量需求。依据炼焦最终温度来设定结焦指数之值，而结焦最终温度是根据经验确定的。这类控制系统具有控制点少，控制方便、直接等优点，但事先确定一个初始供热量或加热煤气流量的经验值，实施时不断调整。另外，有较大的滞后现象，也容易产生超调现象。
五、结束语
通过对新时期下，国内外焦炉优化加热的分析，进一步明确了焦炉优化加热的设计方向，为焦炉加热的优化完善奠定了坚实基础。
参考文献：
[1]郑明东，严文福；焦炉加热自动控制系统评述与应用[J]；华东冶金学院学报；2009
[2]陈东，温治，霍芳，朱宏祥，徐海，支晓明，沈元林，程乐意，张永庆，吴淑华；焦炉直行温度和火落时间双反馈控制策略[J]；燃料与化工；2003
关键词：焦炉 优化 加热
一、前言
随着科技水平的不断提高，社会经济的快速发展，人们对焦炉优化加热的要求也越来越高。现如今，焦炉优化加热中还存在很多问题，急需解决，因此，我们要加强先进理论与先进技术的学习与应用，不断进行国内外焦炉优化加热的研究。
二、焦炉的概述
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。虽然这些系统种类繁多，各有特色，但从控制系统的角度可将它们分成三类：炉温反馈系统、前馈供热量控制系统、前反馈相结合的控制系统。
三、我国的焦炉优化加热控制系统进展和存在的问题
我国的焦炉优化加热控制系统最早开始于80年代初期，1981年7月，上海焦化厂和中国科学院新疆物理所开始进行焦炉加热微机控制系统的研究，两年以后首次在上焦四号炉实现了微机控制。国内从80年代初期先后开始实施焦炉加热计算机监控系统，调控方案从最简单的恒流量控制、炉温控制到计算机优化控制。焦炉自动加热控制系统对于稳定焦炭质量、延长炉体寿命、节能降耗、保护环境都有着非常重要的意义。但由于焦炉结构的复杂性和炼焦生产的特殊性，先期实施的系统始终没有解决好硬件配置、控制模型及后期管理等问题。
四、国内外焦炉优化加热的研究现状
1、前馈控制
美钢联C2PC系统，伯利恒公司雀点厂的焦炉加热控制系统，法国索尔莫钢铁厂CRAPO以及德国的CODECO分级供热系统都属于典型的该系统。
2、反馈控制系统
根据火道温度或拟合火道温度与目标火道温度的偏差调节加热煤气流量，这种方法在我国、前苏联地区等有应用。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焦炭结焦终了时的温度（有些厂家也采用结焦过程中的粗煤气温度）并由此计算的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。
3、通过粗煤气温度判断焦炭成熟度
通过粗煤气温度判断焦炭成熟度，这种方法目前在日本、北欧应用比较普遍，我国宝钢焦化厂也采用此方法。主要有以下几种形式：
3.1粗煤气温度直接测定法
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。粗煤气温度随结焦时间开始平稳而缓慢地上升，大约十几小时后上升至最高点，这一点称火落点（亦有称拐点），然后又快速下降至推焦结束。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（又可称气体析完时间），从火落点到出焦点（b点）的时
间，称焖焦时间（或称置时间），则
周转时间=火落时间+焖焦时间，即：
τc=τm+τme⑴
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兰色到无色，然后过一段置时间后即可推焦。
3.2结焦终了时间模型法
在日本钢铁公司，通常用观察结焦末期“气体析完”现象来评价结焦终了时间，其操作控制系统是根据下列概念建立的：
总的结焦时间=“气体析完”时间+焖焦处理时间
“气体析完”时间τm按式⑵由温度Tm确定：
τm=A*Tm+C⑵
式中A和C为焦炉的特性值
该系统的控制思想为：由式⑵预测正在炼焦过程中的每一孔炭化室中的每个“气体析完”时间；根据火道温度的前馈模型计算目标火道温度的修正值，以减少目标值与“气体析完”时间的偏差；根据计算出的修正值修正原來的火道温度，重新确定目标火道温度。
3.3日本住友公司相关模型法
采用在上升管中测得的粗煤气最高温度降低值与火道温度的相关条件来确定结焦终了时间，其相关式为：
Tpc=a0+a1/Tf⑶
其中：Tpc——粗煤气最高温度Tm与在结焦终了时粗煤气温度Tb之差
Tf——火道平均温度（从粗煤气达到最高温度时到结焦终了时间的火道温度平均值）
a0、a1——常数
使用上述方程式，可以从一个给定的目标结焦终了时间计算出每孔炭化室的目标火道温度，用于指导炼焦生产。
3.4比利时CRM系统
比利时CRM焦化厂为控制焦炭的成熟度，在炉组若干个上升管的根部和顶部按装2支热电偶，用以测量粗煤气温度。这样，两个热电偶测得的温度显示出一个特征倾向，该倾向与炭化进程的发展状态有关。用焦炭强度指标I10来判断焦炭的成熟度，经过不同的温度水平上的实验，就可以校核达到结焦终点后焦炭是否推出。如果没有正点推焦，就调节焦炉加热水平的设定值。
3.5日本新日铁公司粗煤气浓度法
日本新日铁公司改变了过去的方法，在上升管的某侧设置光源，使光线横穿上升管，连续测量表示粗煤气浓度的透光度，来判断结焦终了时间。这种方法通过粗煤气透光度曲线建立结焦终了时间判断模型。这样既解决了操作上的问题，又可以使实际结焦终了时间与标准结焦终了时间的偏差最小。
3.6结焦指数法
该公司为预测结焦终了时间，在桥管上安装热电偶来测量粗煤气温度。通过测量温度变化的转折点Tm，开始计算结焦指数，在其控制模型中，结焦指数是用结焦时间与达到最高温度的时间的比值来表示的：
CI=τc/τm
结焦指数控制模型根据结焦指数来调节预测能量需求。依据炼焦最终温度来设定结焦指数之值，而结焦最终温度是根据经验确定的。这类控制系统具有控制点少，控制方便、直接等优点，但事先确定一个初始供热量或加热煤气流量的经验值，实施时不断调整。另外，有较大的滞后现象，也容易产生超调现象。
五、结束语
通过对新时期下，国内外焦炉优化加热的分析，进一步明确了焦炉优化加热的设计方向，为焦炉加热的优化完善奠定了坚实基础。
参考文献：
[1]郑明东，严文福；焦炉加热自动控制系统评述与应用[J]；华东冶金学院学报；2009
[2]陈东，温治，霍芳，朱宏祥，徐海，支晓明，沈元林，程乐意，张永庆，吴淑华；焦炉直行温度和火落时间双反馈控制策略[J]；燃料与化工；2003