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焦炉本体检测与自动加热控制系统：技术、应用与优化

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代工业生产中，焦炉作为将煤转化为焦炭、煤气及其他化学产品的关键设备，在钢铁、化工等行业占据着举足轻重的地位。焦炭是高炉炼铁的主要燃料和还原剂，其质量直接影响到钢铁生产的效率和质量；焦炉产出的煤气不仅是重要的能源，还可作为化工原料用于生产多种化工产品。因此，焦炉的稳定运行和高效生产对于整个工业链条的顺畅运转和经济效益的提升具有至关重要的作用。

传统的焦炉控制方式主要依赖人工操作与经验判断，存在诸多不足。在温度控制方面，由于焦炉的加热过程是典型的大惯性、非线性、时变的复杂系统，人工调节难以做到及时、准确，导致直行温度波动较大，超出允许范围。这不仅会使焦炭质量下降，无法满足钢铁生产等对焦炭质量的严格要求，还会造成能源的浪费，增加生产成本。而且频繁的温度波动会对炉体造成热应力冲击，加速炉体的损坏，缩短焦炉的使用寿命，增加设备维护成本。

在加热过程控制上，传统方式缺乏对加热煤气流量、空气量等关键参数的精准调控。难以根据煤质、结焦时间等变化及时调整加热策略，导致加热不均匀，部分焦炭成熟度不一致，影响产品质量的稳定性。同时，人工操作还存在劳动强度大、工作环境恶劣等问题，不利于操作人员的身体健康和工作效率的提高。

随着工业自动化和智能化的快速发展，焦炉本体检测和自动加热控制系统应运而生，该系统对提升生产效率、降低能耗及保障生产安全具有重要意义。从生产效率角度来看，自动加热控制系统能够根据焦炉内的实时温度、压力等参数，通过智能算法精准调节加热煤气流量和空气量，实现焦炉的稳定、高效加热。这使得焦炭的生产周期更加稳定，减少了因加热不均匀或温度波动导致的生产中断和次品率，从而大幅提高了生产效率。

在能耗方面，该系统通过实时监测和优化加热过程，避免了能源的过度消耗和浪费。根据煤质、结焦时间等因素动态调整加热策略，确保在满足生产需求的前提下，最大限度地降低煤气等能源的消耗，符合当前节能减排的发展理念，为企业降低了生产成本，提高了经济效益。

焦炉本体检测系统利用多种传感器实时监测炉体的温度、压力、位移等参数，能够及时发现炉体的异常情况，如炉体裂缝、砖体损坏等。通过对这些数据的分析和预警，提前采取维护措施，有效避免了炉体坍塌等重大安全事故的发生，保障了生产的安全稳定进行，减少了因安全事故带来的经济损失和人员伤亡风险。

1.2国内外研究现状

国外在焦炉本体检测技术和自动加热控制系统方面起步较早，取得了一系列具有代表性的成果。在检测技术上，德国的西门子公司研发出高精度的温度传感器，能够精准地测量焦炉内部不同位置的温度，误差可控制在±2℃以内，为焦炉加热控制提供了可靠的数据基础。日本的一些企业采用红外线成像技术对焦炉炉体进行全面检测，通过分析红外图像，能快速发现炉体的裂缝、砖体损坏等隐患，检测精度可达毫米级，大大提高了检测的效率和准确性。

在自动加热控制系统领域，美国的美钢联开发的C2PC系统，采用前馈控制策略，根据装炉煤的工艺参数、推焦装煤作业方案等计算出炼焦耗热量，进而确定加热煤气流量设定值。该系统在生产工况稳定、煤质参数变化较小的情况下，能够较好地实现对焦炉加热的控制，使焦炉的能源利用率提高了10%-15%。日本钢管公司的焦炉燃烧控制系统(CCCS)则是炉温反馈系统的典型代表，通过热电偶连续监测炉内温度变化，并根据温度偏差调节加热煤气流量。该系统能及时发现结焦过程中的异常现象，控制基本能满足生产工艺要求，但由于控制过程存在较大的滞后性，对于快速变化的工况适应性较差。

国内在焦炉本体检测和自动加热控制系统方面的研究也在不断发展。在检测技术方面，一些科研机构和企业联合攻关，开发出基于光纤传感器的焦炉温度检测系统，利用光纤的耐高温、抗干扰等特性，实现了对高温、复杂环境下焦炉温度的稳定测量。同时，国内还在探索将声发射技术应用于焦炉炉体检测，通过捕捉炉体内部材料损伤时产生的声发射信号，判断炉体的健康状况，该技术在早期故障诊断方面具有很大的潜力。

在自动加热控制系统方面，宝钢等大型钢铁企业引进国外先进技术的同时，进行了消化吸收和再创新。宝钢的焦炉自动加热系统结合了前馈和反馈控制策略，以前馈控制根据入炉煤参数、结焦时间等计算目标需热量，再用反馈控制根据实测的炭化室炉墙温度或焦炭结焦终了时的温度校正供热量。实际运行结果表明，该系统有效降低了煤气消耗，提高了焦炭质量的稳定性，使焦炉的直行温度波动控制在±10℃以内。此外，一些高校和科研院所也在积极开展相关研究，提出了基于智能算法的控制策略，如模糊控制、神经网络控制等，以提高焦炉自动加热控制系统的智能化水平和控制精度。

总的来说，国外在焦炉检测和控制技术方面起步早、技术成熟度高，拥有一些先进的传感器技术