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面向煤造气过程监测、优化与控制的整体解决方案

发布时间:2012-03-09 新闻来源:

前言

造气是合成氨、工业煤气、城市煤气生产的“龙头”,其任务是制备氢气、一氧化碳这两种有效气体。

以煤为原料的气化过程中,按固体燃料与气化剂在反应炉中的接触状态和燃料在炉中的流动状况分,有固定床、沸腾床、气流床等。所用的气化剂也有蒸汽—空气,蒸汽—富氧空气或蒸汽—纯氧等。操作方式可采用间歇式、连续式、常压和加压等不同方式。

将控制技术、计算机技术、网络技术应用于煤造气过程,以信息化带动传统工业改造,是霍尔尼公司不懈追求努力和前进的方向。

工艺流程

以目前广泛使用的一种制气方法——固定层间歇式气化法为例,制取原料气是在煤气发生炉中进行的。焦炭或无烟煤自炉顶加入,再从煤气发生炉的底部或上部通入空气或水蒸汽,就可以得到不同的煤气。

在造气生产过程中,先将空气通入煤气发生炉内,燃烧一部分碳以提高炉温,在炭层中积蓄一定的热量。这时产生的吹风气大部分放空,少部分回收作为合成氨原料气中氮的来源。然后,停止送风,改为制气,通入水蒸汽与炽热的碳反应,制得含氢和一氧化碳的水煤气。合成氨生产过程中需将水煤气与回收的吹风气的比例满足氢氮比为3.1—3.2的要求。

系统功能

基于对造气炉炉况的全面监测,我们将为用户提供最佳的造气生产控制效果以及实现稳产、高产、消耗。

(一) 对造气炉炉况进行全面监测

(二) 在全面炉况监测的基础上,对造气炉炉况进行闭环控制

典型控制方案

一 炉况监测技术

我们通过造气炉炉内的八只探头以及炉条、上行测温热电偶构成测量体系;

l 控制系统运用无源雷达来测量灰渣层厚度、气化层厚度、炭层高度;

l 根据脉动相关理论求得流通参数分布,而流通参数又与炭层阻力成反比,所在在实际应用中可以把流通参数当成炭层阻力分布;

l 仅靠气化层温度难以优化炉况,因此我们利用华氏场的蓄热饱和度及阻力——温度曲线的斜率来监测气化层的温度特性,并将两者结合为温度系数,用于指导造气操作;

l 可实现对造气工段各炉的平均蒸汽分解率的测量。

二 炉况闭环优化控制技术

l 炉条机转速优化控制

传统的炉条机转速控制依据下行温度及炭层高度进行,而炭层高度与灰渣层厚度、加煤速度、气化层温度、气化剂用量都存在一定关系,气化层温度升高后会使得炭层高度下降,传统的操作方式会错误的减慢炉条机转速,从而使得灰渣层继续增厚,致使炉况波动,甚至结大疤。

我们提出依据灰渣高度及气化位置来调节炉条机转速,气化位置过低时系统将自动降低炉条机转速;气化位置过高时加快炉条机转速。

l 加煤量优化控制

传统的加煤控制是依据上行温度及人工量炭层进行,但通过调节加煤量可以稳定上行温度,但这种表面的稳定往往是以破坏气化层为代价。

在本方案中我们提出依据热炭高度及气化位置来调节加煤量。

l 吹风时间优化控制

传统的吹风时间依据上、下行温度进行,但其前提是物料各层厚度一定且上、下行气化剂用量及温度一定,一旦前提发生变化,往往容易造成操作混乱,甚至造成结疤。此外,传统的操作往往在加煤后立即延长吹风时间来提温,但在许多情况下,这种方法不仅不能提高发气量,反而破坏了炉况。

本方案中我们提出吹风时间主要依据温度系数来调节。当气化层温度升高、或炭层降低、或有热风洞生成、或在大疤块生成时温度系数都会上升,所以控制系统将会减少吹风时间。

当气化层温度降低、或炭层升高、或风洞被冷炭填满、或流通不均、或温度不均减小、或阻力——温度曲线斜率减少、或显热损失减少时,温度系数会下降,所以控制系统将会自动增加吹风时间。

l 吹风风速优化控制

本方案中提出吹风风速主要依据温度系数及气化位置来控制。

l 蒸汽入炉量优化控制

传统的蒸汽入炉量调节都属于开环调节,为保证不结大疤,一般蒸汽用量偏大。

l 上、下吹时间比例优化控制

传统操作无灰渣高度测量手段,所以在气化负荷降低造成下行温度升高时往往是增加上吹,这种操作方法减少下行气体所带走的显热损失,但同时却造成了灰渣返碳量的大幅度增加、制气能力大幅度降低,显然这种操作得不偿失。

本方案中我们引入热炭高度、气化位置及灰渣高度来辅助调节上、下吹时间比例,目的是防止在上、下吹时间比例调节时破坏气化层。上、下吹时间比例主要依据上、下行温度、热炭高度、气化位置及灰渣高度来进行优化控制,控制的主要目的是为了减少显热损失、提高蒸汽分解率、降低下灰返碳量、稳定气化层、减少煤块受热粉化及保护炉底设备。

l 结疤、风洞、偏流处理

如何保证炭层阻力分布均匀,即不发生结疤、风洞、偏流现象,是炉况优化的一个重要课题,炭层阻力分布不均匀将导致气化层反应不均匀,因此我们将两者统一研究,并称之为气化层分布均匀性分析。我们利用空层温度及流通系数来分析均匀性,通过分析其原因为用户提供相应的对策。

l 氢氮比自动控制

我们可实现利用恒氢法、差减法以及色谱氢氮比法实现氢氮比控制,通常为了减少用户投资,我们仅用变换氢、合成氢这两个信号来调节氢氮比达到实用目标。

技术特点 

将霍尔尼公司丰富的过程控制经验、科研成果和完善的工程服务应用于煤造气过程,可大幅提高单炉发气量,降低煤耗,提高蒸汽分解率,并可使造气炉炉况长期稳定运行,并使得造气设备维护费用、灰渣返碳率大幅降低,为用户带来显著的经济效益,我们的技术优势主要体现在:

l 造气全过程自动控制系统

煤气炉炉内监测情况一直以来是个难点,因此往往只能进行人工调节,霍尔尼公司经过不懈努力,实现了造气炉内情况的全面监测并实现了造气全过程的自动控制;

l 先进的生产管理手段

造气生产管理是利用最低的消耗生产出后工段所需的煤气,要实现这一目标就必须有优化而稳定的炉况,但炉况往往收到煤质、入炉蒸汽压力与温度、设备状况、人工操作等破坏,一旦炉况造成破坏,管理人员就很难找到真正的原因,因此往往造成生产的不稳定。本解决方案可从根本上解决目前造气生产管理所存在的困难,实现管理科学化;

l 灵活的配置

控制系统根据用户不同的生产规模和生产工艺选取最适合的硬件与软件配置,提供最符合用户需求的控制系统;

l 强大的软件功能

u 利用先进的组态软件实现了造气生产过程的优化控制和安全操作,生成友好的人机界面实时、安全、可靠地对造气生产过程实行监督、控制和优化;

u 传统的造气操作是依据上、下行温度、下灰状况等造气炉外表现象,由人工凭经验对造气炉进行操作,这种操作方式势必受到人为因素影响从而造成炉况不稳,采用了先进控制技术、过程优化技术、网络技术和现代测量技术,软件设计规范化、模块化,接口灵活,升级方便;专用控制模块很好满足了造气生产过程的各种特殊要求,对造气生产过程实现了全自动控制,保证造气稳产、高产、低耗并降低工人的劳动强度;

u 采用工艺流程图形化操作,直观简洁;

u 提供多种表格显示,可以根据需要把相关参数集中在一张表格中,便于掌握生产状况和分析;

u 工程师站、操作员站均有身份密码识别和权限识别,操作安全。登录操作实时记录每一个阀门、电机操作状态以及进行该项操作的人员,以便安全管理;

u 提供报警画面显示;

u 提供实时和历史报表打印功能。