第42卷第19期廣州化工Vol 42 No2014年10月uangzhou Chemical IndustryOct,2014煤氣化的氧煤比控制劉歡(中國(guó)天辰工程有限公司,天津300400摘要:闡述了水煤漿氣化裝置在運(yùn)行過(guò)程中,采用氧煤比自動(dòng)復(fù)雜控制,包括中值選擇、溫壓補(bǔ)償、比例調(diào)節(jié)、交叉限幅選擇調(diào)節(jié)等控制原理與方法,精確控制煤漿和氧氣的的λ爐量,實(shí)現(xiàn)氧煤比的自動(dòng)控制?？焖倏朔蛎簼{泵不打量而造成的煤漿流量大幅擾動(dòng)問(wèn)題,氣化爐過(guò)氧和跳車(chē)問(wèn)題,達(dá)到氣化爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的,使裝置的生產(chǎn)運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定關(guān)鍵詞:氣化爐;氧煤比;交叉限幅選擇調(diào)節(jié)中圖分類(lèi)號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1001-9677(2014)019-0160-03Oxygen-coal Ratio Control of Coal Gasification EquipmentLU HuanChina Tianchen Engineering Corporation, Tianjin 300400, ChinaAbstract: Complicated control of water -coal slurry gasification equipments was described primarily including theprinciple and method of ratio control, Median select, temperature and pressure compensation, ross- limiter adjustmentand exactly control the flow of oxygen and coal slurry into gasifier, automatic control of oxygen -coal mole ratio wasrealized. Through applying oxygen -coal ratio control, the problem that the slurry flow substantially disturbance wassolved, the problem that gasification furmace excess oxygen and interlock shutdown was solved, and the gasificatiefurnace can be operated safely and steadily. The reliable operation of instrument and the security and stability of devicewere ensureKey words: gasification furnace; oxygen-coal ratio; cross-limiter adjustment隨著國(guó)內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)的不斷升溫,德士古水煤漿加壓氣化制取水煤氣的生產(chǎn)工藝被大量采用。中煤陜西榆林榆橫煤化工項(xiàng)目一期氣化裝置采用美國(guó)GE專(zhuān)利激冷流程,整個(gè)工藝生產(chǎn)操作流程中自動(dòng)控制系統(tǒng)起著舉足輕重的作用,本文就氣化爐的氧煤比控制的應(yīng)用加以闡述。水煤漿加壓氣化工藝概述從空分來(lái)的純氧和高壓煤漿泵送來(lái)的濃度(ω)在58%65%之間的煤漿,在一定的安全聯(lián)鎖條件下,經(jīng)工藝燒嘴進(jìn)入氣化爐,在壓力6.5MPa、溫度1350℃左右的條件下進(jìn)行氣化0800.850.900.951.001.051.101.151.20反應(yīng),生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣。生成的粗合成氧煤化(kg/kg)氣經(jīng)洗滌塔洗滌后送往后續(xù)變換工段。入爐煤量(干)100-105t/h,煤漿濃度80%(重量,銅川煤氣化主要反應(yīng)機(jī)理如下圖1氧煤比與碳轉(zhuǎn)化率的關(guān)系Cn Hu +(n/2)O2 nCO+(m/2)H2氧煤比是氣化爐操作的重要參數(shù),對(duì)碳轉(zhuǎn)化率的影響十分但是隨著氧煤比的進(jìn)一步增加,碳的轉(zhuǎn)化率增加不大,同明顯,提高氧煤比可使碳的轉(zhuǎn)化率明顯上升,如下圖1所示。時(shí)由于過(guò)量的氧氣進(jìn)入氣化爐,部分碳將完全燃燒,生成二氧氧煤比是指氧氣和水煤漿的體積比,氧煤比增加,將有較化碳中國(guó)煤化工,又進(jìn)一步氧化成二氧化多的煤發(fā)生燃燒反應(yīng),放熱量增大,氣化爐溫度升高,為吸熱碳,從ILR1CNMH使冷煤氣效率、產(chǎn)氣率下的氣化反應(yīng)提供更多的熱量,對(duì)氣化反應(yīng)有利。因此,碳的轉(zhuǎn)降。而且,、,以顯上升,而煤耗下降。化率、冷煤氣效率及產(chǎn)氣量上升。般認(rèn)為氧/碳原子比在1.0左右比較合適。對(duì)過(guò)程操作來(lái)說(shuō)控制合適的氧煤比是氣化操作最主要的要求第42卷第19期劉歡:煤氣化的氧煤比控制鐘最大變化率是不允許超過(guò)5%,因?yàn)樯地?fù)荷要緩慢,如果2氧煤比控制決速升降負(fù)荷,閥門(mén)沒(méi)有那么準(zhǔn)確,容易造成過(guò)氧。下面結(jié)合中煤氣化項(xiàng)目的具體組態(tài)內(nèi)容(圖2),講解一下(2)氧煤比設(shè)定值:對(duì)應(yīng)圖2中“氧煤比控制器氧煤比在項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用112FCl01”的SP值,是操作工手動(dòng)給定的,手動(dòng)給定的“氧煤比設(shè)定值”限幅在450~600以內(nèi),如果輸?shù)臄?shù)值不在這個(gè)范圍內(nèi),將不起作用。限幅在這個(gè)范圍,是因?yàn)檠趺罕日?70左右,不能超過(guò)450~600這個(gè)范圍,氧煤比高,高高會(huì)聯(lián)鎖跳車(chē)。氧煤比低不聯(lián)鎖停車(chē),但是產(chǎn)生的合成氣不合格(3)氧氣純度-對(duì)應(yīng)圖中OsP1氧氣純度設(shè)定值,操作工按當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的氧氣純度手動(dòng)給出。2.3.2投用條件(1)手動(dòng)輸入?yún)?shù)已輸入完畢(2)氧氣流量控制器投串級(jí)(3)煤漿流量控制器投串級(jí)。2.3.3氧煤比交叉控制-降負(fù)荷圖2中1122FFC01是氧煤比控制器,SP值是操作工手動(dòng)給定的“氧煤比設(shè)定值”,圖2中SP值給的是480,一旦sP設(shè)定值給定了,氧煤比就是固定值不變了。氧煤比控制器(比值圖2氧煤比控制回路器)112FFCl01把圖2中上面取出來(lái)的煤漿量的中值SMM(1122FFCl01的輸人X2)乘以氧煤比,算出需要的氧氣量2.1煤漿流量調(diào)節(jié)回路算出的“需要的氧氣量”就是112FCl01的OP值。而煤漿流量采用三臺(tái)電磁流量計(jì)(112lrTi04/105/106)測(cè)12 FFICIO01的測(cè)量值Pv值為氧氣和煤漿流量的體積比,氧氣量,高壓煤漿泵(1121P103)轉(zhuǎn)速也折算成煤漿流量值,三臺(tái)流量為1122F1 OIABC三取中經(jīng)過(guò)溫壓補(bǔ)償,再經(jīng)氧氣純度校電磁流量計(jì)的煤漿流量去掉最小值,剩下兩個(gè)再與“煤漿泵轉(zhuǎn)正后的氧氣最終測(cè)量值OMP(就是圖2中112FFIC101的輸入速折算出來(lái)的煤漿流量值”做三取中,在DCS中作中值選擇,X1),作為分子;煤漿量的中值SMM作為分母,實(shí)時(shí)計(jì)算出的選擇其中間值SMM氣化爐實(shí)際的氧煤比,是1122FFC01的PⅤ值煤漿流量控制器為1121FC103,控制器的設(shè)定值是由圖中圖2中112HC101是操作工手動(dòng)給定的氧氣負(fù)荷量(單位下面除法器算出來(lái)的“需要的煤漿量”作為1121FC103的設(shè)是Nm3h),假如現(xiàn)在是平衡狀態(tài),由12101ABC測(cè)量的是定值(設(shè)定值是變動(dòng)的),11FC103的測(cè)量值是三臺(tái)電磁流200Nm/h的氧氣,現(xiàn)在想降負(fù)荷,把氧氣流量降到100Nm/h,量計(jì)測(cè)量值和“煤漿泵轉(zhuǎn)速折算出來(lái)的煤漿流量值”取的中值那么操作工就把112HC101輸入100Nm3/h,因?yàn)楝F(xiàn)在是平衡sMM,然后11lFlC103按PD規(guī)律輸出調(diào)節(jié)信號(hào)至煤漿計(jì)量泵狀態(tài),所以112 FFICI01的OP值就是200Nm3/h,因此右邊調(diào)速電機(jī)控制器(wwVF),調(diào)節(jié)煤漿泵電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而調(diào)節(jié)進(jìn)低選器 LOSEL輸入的Ⅺ2就是200,輸人的Ⅺ1是100(Ⅺ1就是氣化爐的煤漿流量。手動(dòng)給定的112HC101),取低值取出來(lái)就是100,100又輸入2.2氧氣流量調(diào)節(jié)回路給右邊的高選器HSEL作為X1,1122FC101的OP值×0.98(即200×0.98=1%6),作為HSEL的X2,196和100取高值測(cè)量,同時(shí)測(cè)量氧氣溫度和壓力,在DOS中經(jīng)溫度和壓力補(bǔ)償肯定是196高,那196就輸給12:01氧氣流量控制器.作后得到氧氣測(cè)量值為OM。OSP1為氧氣純度設(shè)定系數(shù),按當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的氧氣純度給出。經(jīng)氧氣純度校正后的氧氣最終測(cè)量值為196.11101的測(cè)量值即110/BC的測(cè)量實(shí)際值OMP還是200(之前的平衡狀態(tài)),所以氧氣閥門(mén)112V101就關(guān)OMP,OMP就是圖中左邊高選器HSEL的輸入X2,同時(shí)OM小了一點(diǎn)(之前的開(kāi)度是200Nm3/h的開(kāi)度,現(xiàn)在的開(kāi)度是作為氧氣流量控制器112C10的測(cè)量值PV,與設(shè)定值P比196Nm3/h的開(kāi)度,所以閥門(mén)只關(guān)小一點(diǎn)),閥門(mén)關(guān)小以后較,按PD規(guī)律調(diào)節(jié)進(jìn)氣化爐的氧氣流量(控制器1122FIC101122FTl101ABC的測(cè)量值就變成196Nm3/h了,1122FT101ABC設(shè)定值SP來(lái)自:圖中上面高選器 HISEL高選出來(lái)的信號(hào),因此112FIC101設(shè)定值SP是變動(dòng)的)。測(cè)量值作為左邊HSEL的輸入X2,HSEL輸入X1是100(X就是手動(dòng)給定的112HCl01的值100),1%6和100高選,選出2.3氣化爐負(fù)荷控制和交叉限幅選擇調(diào)節(jié)來(lái)的是196(也就是1122FT10ABC的測(cè)量值196Nm3/h)給最氣化爐負(fù)荷控制,總的原則就是確保氣化爐安全,在增負(fù)左邊的 LOSEI作為 LOSEL的輸入X1, LOSEI的輸入X2是荷時(shí),先增煤漿再增氧氣,在減負(fù)荷時(shí),先減氧氣再減煤漿,“11- TIO1ABC的測(cè)量值196Nm3h”乘以1.02,也就是左邊絕對(duì)不允許氧氣過(guò)量的LOSE2.3.1手動(dòng)輸入?yún)?shù)中國(guó)煤化工ABC的測(cè)量值,一個(gè)輸入是(1)氧氣負(fù)荷設(shè)定值:對(duì)應(yīng)圖2中112HCl01,是手動(dòng)給自己本CNMHG02,那么低選肯定是他的測(cè)量值196Nm/h定的氧氣負(fù)荷量(單位是Nm3/h)2196Nm3/h(氧氣量)再輸入左邊的“/”除法器,除法器就是為了避免操作工誤操作,數(shù)值輸入鐠誤,112HClo1限幅用氧氣量算岀需要多少煤漿量(用氧氣量除以氧煤比,氧煤比(20000-45000Nm/h),如果輸?shù)臄?shù)值不在這個(gè)范圍內(nèi),將是操作工手動(dòng)給定的122FC101的sP值),除法器算出的不起作用。限幅在這個(gè)范圍,是因?yàn)橥读鲜前胴?fù)荷投料,滿負(fù)“需要的煤漿量”給1121FC103煤漿控制器作為設(shè)定值SP,荷是4萬(wàn),所以最低2萬(wàn),且“手動(dòng)給定的氧氣負(fù)荷量”每分1121FC03測(cè)量值PV(煤漿取的中值SMM)還是先前平衡狀162廣州化工2014年10月態(tài)時(shí)200Nm3/h氧氣需要的煤漿量,但現(xiàn)在設(shè)定值改成“196給右邊的 LOSEL作為X2輸入, LOSEI的X1輸入是300,取出Nmh氧氣需要的煤漿量”,所以高壓煤漿泵就要降低轉(zhuǎn)速,的低值就是204,最右邊的HsEL的Ⅺ1是204,204×0.98作讓打出去的煤漿量減少,使打出去的煤漿量是“196Nm/h氧為HSEL的X2,取出的高值是204,204作為1122FC10l的SP氣需要的煤漿量”,這樣就完成了一個(gè)循環(huán)值,此時(shí)1122FC101的測(cè)量值是200Nm3/h,因此閥門(mén)開(kāi)度加從以上分析看出,降氧氣負(fù)荷的時(shí)候,是先降氧氣再降煤大(流量由200Nm3/h升至204Nm3/h),這樣1122FT101ABC漿(即降氧氣負(fù)荷時(shí),先關(guān)小氧氣閥門(mén),然后再降低煤漿泵轉(zhuǎn)的測(cè)量值就增加了,變成了204Nm3/h,到此為止一個(gè)循環(huán)就速)。煤漿泵轉(zhuǎn)速降完后,1121FT04/105/106測(cè)量值減小到過(guò)去了,一遍又一遍,一直到112lFIC103的測(cè)量值升至196Nm3h氧氣需要的煤漿量”,然后繼續(xù)一遍又一遍,一直“300Nm3/h氧氣需要的煤漿量”,煤漿泵不用再調(diào)速,這時(shí)候到1122C01的測(cè)量值為100Nm3/h,SP值等于PV值,閥門(mén)又達(dá)到了一個(gè)新的平衡狀態(tài),完成了氧氣負(fù)荷量從200Nm3/h不用再關(guān)小,這時(shí)候又達(dá)到了一個(gè)新的平衡狀態(tài),完成了氧氣升到300Nm/h的過(guò)程負(fù)荷量從200Nm3/h降到100Nm3/h的過(guò)程小結(jié):利用交叉限幅控制,實(shí)現(xiàn)提高負(fù)荷時(shí),先提煤漿小結(jié):利用交叉限幅控制,實(shí)現(xiàn)降負(fù)荷時(shí),先降氧氣量,量,后提氧氣量,避免富氧氣體的發(fā)生。左邊的限幅器1.02再降煤漿量,避免富氧氣體的發(fā)生。圖2中右邊0.98的限幅器(當(dāng)前值2,每分鐘最大變化率0.1)作用就是當(dāng)升氧氣負(fù)荷(當(dāng)前值2,每分鐘最大變化率0.1)的作用就是當(dāng)降氧氣負(fù)荷時(shí),一點(diǎn)點(diǎn)先升煤漿泵的轉(zhuǎn)速,繼而一點(diǎn)一點(diǎn)開(kāi)大氧氣閥門(mén)開(kāi)時(shí),一點(diǎn)點(diǎn)先減小氧氣閥門(mén)開(kāi)度,繼而也就一點(diǎn)點(diǎn)降煤漿泵的度,逐步提高負(fù)荷。轉(zhuǎn)速,逐步降低負(fù)荷。2.3.4氧煤比交叉控制-升負(fù)荷3結(jié)語(yǔ)比如現(xiàn)在氧氣負(fù)荷是200Nm3/h,想升至300Nm3/h,那氧煤比自動(dòng)控制的投運(yùn)需有經(jīng)驗(yàn)的操作工來(lái)完成?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)么操作工就把112lHC01輸人300Nm3/h,因此左邊的HS配L行證明,此控制方案穩(wěn)定、可靠、操作方便,實(shí)現(xiàn)了氣化爐氧輸入Ⅺ1是300,輸入X2是200(此時(shí)112I0ABC測(cè)量值就煤比的自動(dòng)控制,達(dá)到了控制系統(tǒng)所需的各項(xiàng)指標(biāo)。是200Nm3/h),取高值就是300,這樣最左邊 LOSEL的輸入ⅹ1是300, LOSEL的輸入Ⅹ2是200×1.02=204,取低值就是參考文獻(xiàn)204,204給左邊的除法器,算出“204Nm/h氧氣需要的煤漿1練健華煤漿自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)在氧煤比調(diào)節(jié)中的應(yīng)用刀],化學(xué)工業(yè)量”給11lFCl03煤漿流量控制器作為設(shè)定值,此時(shí)與工程技術(shù),2013(5):35-3712|FC03的測(cè)量值是“200Nm/h氧氣需要的煤漿量”,因[2]徐其倫渭河化肥廠氣化爐氧煤比控制[J].石油化工自動(dòng)化,97此煤漿泵加大轉(zhuǎn)速,使煤漿泵打出的煤漿量是“204Nm3h氧(6):3-8氣需要的煤漿量”,這樣1121FT04/5/6測(cè)出的流量值也增加[3]袁君鋼.德士古裝置氧煤比的控制[J·自動(dòng)化儀表,2002(9):65了,由“200Nm3/h氧氣需要的煤漿量”增加到“204Nm/h氧氣需要的煤漿量”,增加后的煤漿SMM值輸人112- FIC1OⅠ[4]李國(guó)勝大型煤制烯烴項(xiàng)目之殼牌煤氣化裝置氧煤比控制措施研氧煤比控制器,氧煤比控制器把¨煤漿SMM值”乘以氧煤比究[J].化肥設(shè)計(jì),2013(2):35-37得到OP值,因此112FC101的OP值就是204Nm3/h,204(上接第134頁(yè))[6]紀(jì)羅軍.《硫酸行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(試行)》獲準(zhǔn)實(shí)施。硫[13]吳莉娜,吳融權(quán).我國(guó)氯堿行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)分析[冂].氯堿工酸工業(yè),2007(05):39]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì),國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)[14]白黎明,聶長(zhǎng)福.淺談I14000環(huán)境管理體系認(rèn)證[J].中州審評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(試行)[Z].2007(04計(jì),2012(12):31-32.8]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(試行)[15]張玲,孫超智,沈欣慰,等.化工企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)的探討[J].遼[Z].2007(10)寧化工,2014,43(3):277-284「9]國(guó)家發(fā)改委.清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系編制通則,標(biāo)準(zhǔn)號(hào)20101364-16]王慧珍,安奉凱.淺析清潔生產(chǎn)與ISO14001環(huán)境管理體系[J].天T-469[S]津科技,2006(06):58-59[10]喬玉元,隔膜法與離子膜法生產(chǎn)燒堿工藝對(duì)比分析[J.齊魯石油17]楊再鵬.清潔生產(chǎn)與ISO14000環(huán)境管理體系標(biāo)準(zhǔn)[J].化工環(huán)?；?2010,38(2):108-11029(05):449-452[1]生產(chǎn)布局整體規(guī)劃工藝設(shè)施從嚴(yán)要求我國(guó)燒堿行業(yè)將實(shí)行安全[18]夏青,陳逸群,劉靜.環(huán)境標(biāo)志與清潔生產(chǎn)[J].產(chǎn)業(yè)與環(huán)境,2013準(zhǔn)人[冂].江蘇氯堿,2013(01):30-3112]薛衛(wèi)東,井金旺,氯堿化工廢水綜合利用[J].中國(guó)氯堿,2010(10):33-37TH中國(guó)煤化工CNMHG