煤氣化的氧煤比控制

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行過(guò)程中,采用氧煤比自動(dòng)復雜控制,包括中值選擇、溫壓補償、比例調節、交叉限幅選擇調節等控制原理與方法,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,達到氣化爐安全穩定運行的目的,使裝置的生產(chǎn)運行更加安全、穩定關(guān)鍵詞:氣化爐;氧煤比;交叉限幅選擇調節中圖分類(lèi)號:TP273文獻標志碼:A文章編號: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(zhù)國內煤化工產(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目一期氣化裝置采用美國GE專(zhuān)利激冷流程,整個(gè)工藝生產(chǎn)操作流程中自動(dòng)控制系統起著(zhù)舉足輕重的作用,本文就氣化爐的氧煤比控制的應用加以闡述。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,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機理如下圖1氧煤比與碳轉化率的關(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,對碳轉化率的影響十分但是隨著(zhù)氧煤比的進(jìn)一步增加,碳的轉化率增加不大,同明顯,提高氧煤比可使碳的轉化率明顯上升,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,將有較化碳中國煤化工,又進(jìn)一步氧化成二氧化多的煤發(fā)生燃燒反應,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)氣率下的氣化反應提供更多的熱量,對氣化反應有利。因此,碳的轉降。而且,、,以顯上升,而煤耗下降?；?、冷煤氣效率及產(chǎn)氣量上升。般認為氧/碳原子比在1.0左右比較合適。對過(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%,因為升降負荷要緩慢,如果2氧煤比控制決速升降負荷,閥門(mén)沒(méi)有那么準確,容易造成過(guò)氧。下面結合中煤氣化項目的具體組態(tài)內容(圖2),講解一下(2)氧煤比設定值:對應圖2中“氧煤比控制器氧煤比在項目中的設計與應用112FCl01”的SP值,是操作工手動(dòng)給定的,手動(dòng)給定的“氧煤比設定值”限幅在450~600以?xún)?如果輸的數值不在這個(gè)范圍內,將不起作用。限幅在這個(gè)范圍,是因為氧煤比正常470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-對應圖中OsP1氧氣純度設定值,操作工按當時(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)輸入參數已輸入完畢(2)氧氣流量控制器投串級(3)煤漿流量控制器投串級。2.3.3氧煤比交叉控制-降負荷圖2中1122FFC01是氧煤比控制器,SP值是操作工手動(dòng)給定的“氧煤比設定值”,圖2中SP值給的是480,一旦sP設定值給定了,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煤漿流量調節回路算出的“需要的氧氣量”就是112FCl01的OP值。而煤漿流量采用三臺電磁流量計(112lrTi04/105/106)測12 FFICIO01的測量值Pv值為氧氣和煤漿流量的體積比,氧氣量,高壓煤漿泵(1121P103)轉速也折算成煤漿流量值,三臺流量為1122F1 OIABC三取中經(jīng)過(guò)溫壓補償,再經(jīng)氧氣純度校電磁流量計的煤漿流量去掉最小值,剩下兩個(gè)再與“煤漿泵轉正后的氧氣最終測量值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,控制器的設定值是由圖中圖2中112HC101是操作工手動(dòng)給定的氧氣負荷量(單位下面除法器算出來(lái)的“需要的煤漿量”作為1121FC103的設是Nm3h),假如現在是平衡狀態(tài),由12101ABC測量的是定值(設定值是變動(dòng)的),11FC103的測量值是三臺電磁流200Nm/h的氧氣,現在想降負荷,把氧氣流量降到100Nm/h,量計測量值和“煤漿泵轉速折算出來(lái)的煤漿流量值”取的中值那么操作工就把112HC101輸入100Nm3/h,因為現在是平衡sMM,然后11lFlC103按PD規律輸出調節信號至煤漿計量泵狀態(tài),所以112 FFICI01的OP值就是200Nm3/h,因此右邊調速電機控制器(wwVF),調節煤漿泵電機轉速,從而調節進(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氧氣流量調節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取高值測量,同時(shí)測量氧氣溫度和壓力,在DOS中經(jīng)溫度和壓力補償肯定是196高,那196就輸給12:01氧氣流量控制器.作后得到氧氣測量值為OM。OSP1為氧氣純度設定系數,按當時(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量值為196.11101的測量值即110/BC的測量實(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,現在的開(kāi)度是作為氧氣流量控制器112C10的測量值PV,與設定值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規律調節進(jìn)氣化爐的氧氣流量(控制器1122FIC101122FTl101ABC的測量值就變成196Nm3/h了,1122FT101ABC設定值SP來(lái)自:圖中上面高選器 HISEL高選出來(lái)的信號,因此112FIC101設定值SP是變動(dòng)的)。測量值作為左邊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氣化爐負荷控制和交叉限幅選擇調節來(lái)的是196(也就是1122FT10ABC的測量值196Nm3/h)給最氣化爐負荷控制,總的原則就是確保氣化爐安全,在增負左邊的 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,在減負荷時(shí),先減氧氣再減煤漿,“11- TIO1ABC的測量值196Nm3h”乘以1.02,也就是左邊絕對不允許氧氣過(guò)量的LOSE2.3.1手動(dòng)輸入參數中國煤化工ABC的測量值,一個(gè)輸入是(1)氧氣負荷設定值:對應圖2中112HCl01,是手動(dòng)給自己本CNMHG02,那么低選肯定是他的測量值196Nm/h定的氧氣負荷量(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),如果輸的數值不在這個(gè)范圍內,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,是因為投料是半負荷投料,滿(mǎn)負“需要的煤漿量”給1121FC103煤漿控制器作為設定值SP,荷是4萬(wàn),所以最低2萬(wàn),且“手動(dòng)給定的氧氣負荷量”每分1121FC03測量值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,但現在設定值改成“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(即降氧氣負荷時(shí),先關(guān)小氧氣閥門(mén),然后再降低煤漿泵轉的測量值就增加了,變成了204Nm3/h,到此為止一個(gè)循環(huán)就速)。煤漿泵轉速降完后,1121FT04/105/106測量值減小到過(guò)去了,一遍又一遍,一直到112lFIC103的測量值升至196Nm3h氧氣需要的煤漿量”,然后繼續一遍又一遍,一直“300Nm3/h氧氣需要的煤漿量”,煤漿泵不用再調速,這時(shí)候到1122C01的測量值為100Nm3/h,SP值等于PV值,閥門(mén)又達到了一個(gè)新的平衡狀態(tài),完成了氧氣負荷量從200Nm3/h不用再關(guān)小,這時(shí)候又達到了一個(gè)新的平衡狀態(tài),完成了氧氣升到300Nm/h的過(guò)程負荷量從200Nm3/h降到100Nm3/h的過(guò)程小結:利用交叉限幅控制,實(shí)現提高負荷時(shí),先提煤漿小結:利用交叉限幅控制,實(shí)現降負荷時(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(當前值2,每分鐘最大變化率0.1)作用就是當升氧氣負荷(當前值2,每分鐘最大變化率0.1)的作用就是當降氧氣負荷時(shí),一點(diǎn)點(diǎn)先升煤漿泵的轉速,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,逐步提高負荷。轉速,逐步降低負荷。2.3.4氧煤比交叉控制-升負荷3結語(yǔ)比如現在氧氣負荷是200Nm3/h,想升至300Nm3/h,那氧煤比自動(dòng)控制的投運需有經(jīng)驗的操作工來(lái)完成?，F場(chǎng)運么操作工就把112lHC01輸人300Nm3/h,因此左邊的HS配L行證明,此控制方案穩定、可靠、操作方便,實(shí)現了氣化爐氧輸入Ⅺ1是300,輸入X2是200(此時(shí)112I0ABC測量值就煤比的自動(dòng)控制,達到了控制系統所需的各項指標。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)跟蹤系統在氧煤比調節中的應用刀],化學(xué)工業(yè)量”給11lFCl03煤漿流量控制器作為設定值,此時(shí)與工程技術(shù),2013(5):35-3712|FC03的測量值是“200Nm/h氧氣需要的煤漿量”,因[2]徐其倫渭河化肥廠(chǎng)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]李國勝大型煤制烯烴項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].化肥設計,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]紀羅軍.《硫酸行業(yè)清潔生產(chǎn)評價(jià)指標體系(試行)》獲準實(shí)施。硫[13]吳莉娜,吳融權.我國氯堿行業(yè)節能減排技術(shù)分析[冂].氯堿工酸工業(yè),2007(05):39]國家發(fā)展和改革委員會(huì ),國家環(huán)境保護總局,氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)[14]白黎明,聶長(cháng)福.淺談I14000環(huán)境管理體系認證[J].中州審評價(jià)指標體系(試行)[Z].2007(04計,2012(12):31-32.8]國家發(fā)展和改革委員會(huì ).純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)評價(jià)指標體系(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]國家發(fā)改委.清潔生產(chǎn)評價(jià)指標體系編制通則,標準號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)境管理體系標準[J].化工環(huán)?；?2010,38(2):108-11029(05):449-452[1]生產(chǎn)布局整體規劃工藝設施從嚴要求我國燒堿行業(yè)將實(shí)行安全[18]夏青,陳逸群,劉靜.環(huán)境標志與清潔生產(chǎn)[J].產(chǎn)業(yè)與環(huán)境,2013準人[冂].江蘇氯堿,2013(01):30-3112]薛衛東,井金旺,氯堿化工廢水綜合利用[J].中國氯堿,2010(10):33-37TH中國煤化工CNMHG