工业电气自动化技术在焦化厂节能工程中的应用研究

时间：2024-07-28

祁大鹏

（山西太钢不锈钢股份有限公司焦化厂，山西太原 030003）

我国经济快速发展的当下，各项技术的发展日新月异，自动化技术作为行业连接的桥梁，为社会发展提供了巨大的推动力。而我国在第一时间认识到绿色工业革命为日后社会发展的主流，开始积极号召焦化企业开展绿色、环保的生产流程，并将工业电气自动化技术融入到焦化厂节能生产当中，为企业的经济效益与社会效益的提升奠定良好的基础。

1 焦化厂的节能技术

焦化厂作为专门从事冶金焦炭生产及冶炼焦化产品、加工、回收的专业工厂，其在日常的生产及冶炼工序中借助工业电气自动化技术提高了自身的生产效益，并有效降低了人力、物力与财力的消费，在这一定程度上实现了焦化厂经济效益的提升。但是随着国家管理的日益严格，高能耗、重污染一度成为焦化的代名词，能否可持续发展已经成为了焦化行业所关注的焦点，焦化厂也意识到只有节能减排才可实现可持续发展，因此提高焦化企业生产过程中的节能环保显得尤为关键。而在这一趋势下，工业电气自动化节能技术的运用起到了关键性的作用，为焦化企业的可持续发展提供了源源不断的动力，同时提高整个行业的自动化控制水平。

2 焦化厂工业电气自动化在节能技术的应用措施

2.1 电气技术方面

为有效改善焦化厂环境改善同时提高设备节能效率，目前焦化企业主要从以下几个方面做到新技术不断推广应用。

1）新技术。随着焦化企业大面积的使用中压变频器，提高焦化厂工业电气自动化控制水平，达到了高效节能效果，但是在实际运行过程中，变频器的作用发挥不是十分明显，多数都是手动进行固定频率设定，与设备的联锁较难实现，随着无线通讯技术的快速发展，给设备自动化控制增加了有力手段，比如出焦除尘的高低速联锁可以通过无线通讯进行联锁，筛焦除尘可以与下料口的操作实现联锁，高压水泵与用户端实现压力联锁控制等。

2）新设备。另外在正常生产过程中为节约大量电能，可以将目前成熟的节能型电力设备运用到实际的生产中，生产现场照明全部选择LED照明，并在皮带通廊实现两地控制，做到“人走灯灭”达到节能目的；道路照明采用工业互联方式进行自动控制，通过手机APP实现远程控制。与此同时，还可以通过对调整每个回路的电气负荷进行优化线路负荷，使得整个工业电气可以为生产提供高运行效率，并可以减少能源的消耗。

3）新管理。新工程从项目建设开始对于电机的选择严格按照国家绿色发展要求进行电机选择，尽可能选择一级能效电机，坚决杜绝选择国家禁止的高耗能电机；通过一系列的新管理实现节能目的。

2.2 自动化技术方面

随着焦化厂工业电气自动化技术的快速发展，并得到广泛应用，将以前比较复杂的改造变得越来越简单，并在节能生产中发挥出不俗的效果，通过工艺优化结合自动化控制技术，对生产过程中的细节进行深入摸索、改造，在优化工艺的同时也取得了明显的经济效益，主要列举一下成功的案例：

1）除尘系统除灰刮板机的控制优化。按照原设计除尘系统刮板机是连续运行的设备，因焦化厂的除尘设备多，刮板机的耗能十分大，针对这个问题，工艺及技术人员通过自动化技术进行软件优化，在不增加硬件投资的前提下，对软件进行重新编制，根据现场实际生产情况实现刮板机间歇运行，仅此一项焦化厂每年可节约电能30余万kWh，创造了可观的经济价值。

2）全厂控制室的整合。以前多数焦化厂的控制室为分散性的控制室，根据生产工艺主流为：备煤及配煤控制室、炼焦控制室、化产控制室、运焦控制室以及生产调度室，优缺点十分明显，优点为：生产与点检联系方便，发生故障时反应较快。缺点为：人员配置多，设备管理难度大，无法实现全厂统一管理，根据这种情况，目前主流焦化企业大多已经在建或已建成全厂集中管控中心，利用先进的自动化技术将全厂控制室进行整合，实现管控一体化取得了良好的经济效益及社会效益，经过全部控制室的整合后，大大提高了生产效率，节约了人员配置，操作人员可以减少50%，设备的自动化控制水平也得到了大幅度提升，为企业的下一步管理水平的提升创造了良好条件。

2.3 生产工艺方面

近几年焦化行业工艺技术也取得了大幅提升，但是有效的将自动化技术在新工艺中加以优化应用，可以取得良好的节能效果与经济效益，下面就工艺技术与自动化技术相结合在节能中的应用列举成熟的案例，希望同行业得到借鉴，达到共同进步。

2.3.1 脱硫脱硝工艺与VOC工艺共用燃烧设备

随着焦化环保要求的愈来愈严格，近几年新的工艺在焦化厂遍地开花，在进行环保整治及工艺改造的同时，一定要全盘考虑，节约投资及运行费用，最好将新改造工艺的控制系统利用先进的控制技术全部链接，实现大网络、大数据的统一平台。在脱硫脱硝工艺设备配套包含了用于脱硝催化剂的再生燃烧系统，但是利用率很低，基本上两年才运行15天左右，新增VOC处理工艺对于气体的异味处理最好办法就是燃烧，两套工艺距离比较远，这样先进的自动化控制技术就可以将两套控制系统很好的结合起来，两套工艺利用先进的自动化技术实现燃烧系统的共用。实现节约投资及运行费用，最终实现节能目的，取得良好的经济效益及环保效益。

2.3.2 干熄焦中压蒸汽在煤调湿工艺中的应用

目前焦化企业的干熄焦工艺愈来愈普遍，该工艺实现了利用焦炭余热进行发电，同时提高了焦炭质量，在发电的同时也产生大量的蒸汽，而煤调湿技术恰恰是利用蒸汽对焦化入炉煤进行间接加热，将炼焦煤装入焦炉前先进行水分的去除，并将煤的水分保持在9%左右的范围内，之后实施装炉炼焦操作。在实际生产过程中将干熄焦的蒸汽经过减温减压装置后，利用先进的工业电气自动化技术将干熄焦蒸汽压力控制在工艺要求范围内，大量的用到煤调湿系统中，为保证生产运营安全，两套控制系统之间设置安全联锁系统，将蒸汽压力、流量、温度与煤调湿系统运行进行联锁，达到安全稳定连续运行，目前这项技术已经得到工业应用，并且取得了良好的节能效果。在节约焦炉加热煤气的同时也减少了剩余氨水量，减轻了废水处理装置的生产负荷。由此可见，这一技术从根本上提高了焦炭的应用质量、降低炼焦所消耗的资源，进一步贴合了节能环保的政策。

2.3.3 上升管余热利用技术

焦化厂的炼焦过程中，从炭化室出来的荒煤气温度约为650～750℃，其热量约占焦炉输出总热量的36%左右。焦化厂因为工艺技术的影响而导致部分热量在上升管中流失，同时出现炉顶温度过高的情况，近几年随着新技术的不断发展，上升管余热利用技术逐渐开始大范围的推广，利用自动控制技术实现装置出口压力的稳定，可以实现工业连续化运行，回收的蒸汽在化产回收工序中进行应用，以此来提高焦化厂内部热量的应用效率，同时实现节能技术在焦化厂工业化中的应用。

2.3.4 焦炉加热优化控制

焦炉的焦饼成熟以前全部靠时间进行判断，存在过烧与焦饼不成熟的情况，容易引发环保及质量事故，目前焦炉加热优化控制技术不断发展、更新，适应生产需求，实时调整加热煤气流量和分烟道气力，并可以通过火落管理自动预判焦炭成熟情况，实时监控高低温炉号和异常炉号，实时监测和指导调整加热高向均匀性、横排均匀性，在满足工艺的条件下大幅降低煤气消耗量，实现节能目的。

2.4 其他方面

焦化厂工业电气自动化系统在运行过程中，功率会以热的形式散发出去，对于那些功率耗损较大的元器件尤为如此，比如，大功率晶体管、电阻及变压器等[3]。此外，当电气系统所处的工作环境温度较高时，设备工作时产生的热量就不容易散发，致使设备的温度升高。比如，半导体器件对温度的变化非常敏感，温度过高会导致器件工作点增益不稳定、信号失真、发生漂移以及噪音增大，更有甚者会导致热击穿。所以半导体器件自身的温度不能太高，所以在进行设备选择时应该充分考虑散热问题。尽可能的利用设备特点解决散热问题，不新增散热设备加大工艺能耗，尤其是对于中压变频器的散热尽可能的利用设备本身自带的冷却风机将热风通过风管抽到变频器室外，减少变频器室空调的配置，这样可以实现年节约电能2万余kW·h/台。

3 加强节约电能管理知识培训

在终端能源利用中，电力是主要能源形式之一，也是优良的能源载体。人们的生活尤其是工业化生产大都是基于电能的利用，电能在终端利用中占有很大的比例，焦化厂也如此，随着工业电气自动化技术的高速发展，为科学合理使用能源提供了有力手段，但是有些焦化企业节能意识不强，积极性不高，最主要的原因是对用能和节能管理理论和技术缺乏认知，再加上其作为技术设备发展速度日新月异，因此只有全面保障生产人员专业技能掌握情况，才可进一步为提高焦化厂工业电气自动化系统水平，进而实现为节能奠定坚实的基础。因此为了有效提高焦化厂工业电气自动化系统人员管理能力，需定期对其进行专业提升培训，使其可以熟练掌握焦化厂工业电气自动化系统的发展方向与运用情况[5]。确保焦化厂工业电气自动化系统能够在安全、稳定运行。