造气生产中的炉况优化控制技术

李晓刚

(河北科技大学德隆公司 石家庄050018)

0 前言

进入21世纪,在造气生产上对先进技术的采用要求更加强烈,希望有一种控制技术能够代替人的思维、能够总结人的经验对造气炉生产中的炉况进行优化控制。德隆公司经过努力和探索,在一些先决条件具备的情况下,炉况优化控制得以实现;造气操作工梦寐以求的全自动化连续生产得以实现。

1 炉况优化控制的先决条件

造气炉况优化控制是个系统工程,只有各种条件满足了这个系统工程才能实现。要实现炉况优化控制,首先要创造先决条件,只有这样,优化控制的实现才有依据和保证。可见,创造先决条件非常重要。没有测量的控制是盲目的控制,有没有相应的测量信号是衡量先决条件具不具备的体现。

1.1 炭层实际高度的测量

采用炭层高度自动测量装置,定时测量实际的炭层高度,为炉况优化控制提供准确的炭层高度信号(如图1所示)。德隆公司研制的炭层高度自动测量装置,即便是在手动状态,控制系统照样能够接收到真实的炭层高度信号。

1.2 灰仓温度测量

方法是把灰斗上面平均分成4块,测量灰仓的温度热电偶安装在灰犁对侧、靠近炉体一块的,垂直或稍向内倾斜(便于维修),插入深度10~15c m,2个测灰仓温度的热电偶必须对称,插入深度一致(如图2所示)。

1.3气化层温度测量

方法是采用特制热电偶(其保护套管具有耐

高温、耐摩损的特点),根据习惯的炭层位置,在

图1 炭层自动测量

图2 灰仓温度测量

一侧灰斗的上方炉体上呈垂直一条线自上而下测量气化层的上端(干燥层)、中端(气化层)和下端(灰渣层)3点温度(T1、T2、T3),以全面获得气化层的温度分布参数。

对于其它参数的获得,如上行温度、下行温度、空层温度、炉箅温度、蒸汽压力、风压、炉顶压力、炉底压力、入炉蒸汽瞬时流量以及CO、CO2含量等也很重要,这些数据的准确测量是实现炉况优化控制的先决条件。

2 炉况优化控制的具体方法

2.1 系统组成系统严格按照工业现场总线的标准,采用西门子S7-200组成分布式计算机控制系统DCS。基于煤气炉在工艺上一致性的特点,为确保任何1台煤气炉发生故障时,不影响其它煤气炉的生产,为此每台煤气炉有1套完整的控制站进行控制。这样可提高系统的安全性,是比较适合造气现阶段工艺要求的。

2.2 炉况优化控制的指导思想

坚持造气生产的一稳定、两平衡,从而使炉况最佳、效益最高。

(1)稳定就是气化层位置、气化层厚度、气化层温度要稳定。经分析,影响它们的要素是:①入炉蒸汽压力,它的升高与降低对炉上、炉下温度的升高与降低的影响不是等比例的,可能造成气化层位置不合理的移动。②入炉蒸汽流量,如果上下吹时入炉蒸汽流量发生变化必然要影响气化层位置,这时如果气化层位置不该向上移时却上移,会造成返焦高;或该移的时候不移,会造成气化层变薄,浪费蒸汽和有效制气时间,影响炉内热量积蓄。③备炉的频繁开停,会造成其它炉子的蒸汽不稳,影响炉上、炉下温度,影响气化层位置。

基于上述分析,控制系统根据上、下吹时的蒸汽压力和上、下行温度的差值调节上、下吹时间,使气化层温度相对稳定,使炉内的显热损失减少到最小,使蓄热量达到最大,使炭的有效利用率提高,降低白煤消耗。总之,合适调整上、下吹时间可实现一稳定的目的。

(2)两平衡是物料平衡和热量平衡。

①物料平衡,即加煤与排灰平衡。此平衡看似简单,但在优化控制中起的作用是非常大的。这里给煤时间和炉盘转数是对应平衡的;干燥层和灰渣层是动态平衡的。以气化层位置的3个测温点为主要操作控制参数,以上行或空程温度及炭层高度为次要参数,让控制系统来控制给煤时间;以气化层位置的3个测温点为主要操作控制参数,以下行或灰仓温度为次要参数,让控制系统来控制炉条机的转数。以上控制的目的就是让气化层的位置始终不变。

其中,在物料平衡中,还有上平衡,即加煤平衡;下平衡,即排灰平衡。炭层高度固定、负荷增加、干燥层温度增加则控制系统增加加煤时间,反之减少加煤时间;灰渣层温度下降,则增加炉盘转速,反之减小炉盘转速。以保证加煤与产灰的平衡、产灰与排灰的平衡,从而也可保证炭层高度的稳定、灰渣层的稳定、气化层的稳定、干燥层的稳定,最终使煤的消耗最小,产气最佳。

②热量平衡。造气生产中,在气化层位置相对稳定的情况下,上、下行温度的变化主要反映了炉内热量的增加或减少。吹风放热和制气吸热达到平衡时,上、下行温度平行稳定运行;如吹风放热增加而制气吸热没有增加,则炉内蓄热量增加,上、下行温度稳定上升,反之则稳定下降。例如,因为昼夜温差,可使夜间吹风强度比白天大5%。如果制气吸热一定,那么夜间吹风放热是大于白天吹风放热的,炉子的蓄热量夜间是大于白天的。这样,如果以夜间标准操作,则白天就是开 太平炉 ,浪费蒸汽和白煤;如果以白天标准操作,那夜间炉况就易恶化。

基于上述分析,再适当考虑蒸汽的波动,可找出一个上行温度加下行温度的最佳炉况温度(为设定温度)。如果上行温度加下行温度大于设定温度,控制系统自动减小相应的吹风时间;反之,则增加相应吹风时间。这就自动控制了炉内的热量平衡,从而保证造气炉在最佳控制下稳定经济运行,达到多产气、产好气、低消耗的目的。

3 实际应用总结

(1)要尽可能多地掌握炉子的信息。如各种参数的测量要及时、准确,使炉况优化控制具备先决条件,从而对优化炉况的参数进行认真细致的控制,否则就会变成没有测量参数保证的盲目控制、盲目优化。

(2)人与控制系统的关系是取长补短的关系。人对炉况来讲,能掌握更全面的信息,如煤的变化、出灰的情况、设备状况。但人的精力是有限的,而始终如一是计算机的长处。因此,要把两方面的优势结合起来,在人的指导下,由控制系统(计算机)对炉况进行优化。这样,通过人可避免计算机的盲目,计算机可始终如一地执行人确定的正确方式,使煤气炉在最佳状态下工作。这里要强调的是,计算机不可能完全代替人进行优化,指望计算机代替人进行优化是行不通的。

18t/h锅炉水膜除尘器喷水系统改造

曹远义 蒋兴明

(四川成都玉龙化工有限公司 610300)

0 前言

为了保护环境、减少大气污染、实现可持续发展,成都玉龙化工有限公司在2003年就采用了高效水膜除尘的方式对现有的3台锅炉的烟气进行脱硫除尘,使其烟尘指标达到国家GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》的要求。该种水膜除尘器的除尘原理是:利用烟气中灰粒子的重度,依靠雾化水汽的凝并及离心力作用实现灰粒子与烟气的分离,分离后的灰粒子从塔底排出。沸腾锅炉烟气中灰粒子平均粒度为50~200 m,要实现上述分离且达到较高的分离效率就必须增加灰粒子的质量。采用分级捕捉、层层过滤的方法,强化汽尘间的有效接触并延长停留时间,提高汽尘凝并效果,从而达到除尘分离的效果。但在水膜除尘器的使用过程中,发现其喷水系统存在着一定的缺陷,严重地影响了水膜除尘器的使用周期及除尘效果。

1 使用现状及原因分析

公司的水膜除尘器虽然已使用了多段喷嘴来形成水膜对烟尘进行清洗,但从使用的情况来看,每次都是刚使用时效果较好,烟尘排放达标,但在很短时间(2~5d)后,便观察到从水膜除尘器流出的水量明显减少,这时烟囱的烟气就明显带尘。经多次停炉检查其喷水系统发现,其主要原因是水膜除尘器的立式文丘里所使用的鸭嘴形喷嘴堵塞,而堵塞的原因就是由于该种喷嘴的出水口是一条细缝(缝宽为1.0~1.5mm),加之所使用的水是水膜除尘器排出的污水经沉淀、中和等处理后的循环水,该水中难免有少许杂物,因此极易堵塞这种喷嘴,从而导致文丘里中的水膜无法形成或完全形成,烟尘得不到彻底的凝并和清洗。同时还注意到,水膜除尘器的主筒除了其水槽的水可顺主筒内壁流下外,主筒内有很大的截面空间都没有水膜来对烟尘进行有效的清洗。

2 改造方法

原有的水膜除尘器的结构及喷水系统如图1示。

根据图1、使用现状及原因分析,决定对其喷水系统进行改造,具体改造方法如下。

(1)立式文丘里喷嘴及位置的改造。采用自行设计、制作的可调节喷嘴开度的可调喷嘴来取代立式文丘里原有的鸭嘴形喷嘴,并把它安装在立式文丘里的中心位置。这种可调喷嘴的具体原理是:通过1根可升降的调节杆,调节喷嘴的开度

(3)煤气炉是个综合体,造气生产是系统工程,只有用综合优化的方法才能使炉况达到真正的优化,如加煤量的优化、下灰量的优化、蒸汽压力和流量的优化、气化层温度和位置稳定的优化、合成氨氢气和氮气比例的优化等。一般认为吹风的风量在工艺参数整定结束后是固定不变的,但真正在炉况优化中确实要考虑季节、昼夜、环境对吹风风量的影响。如果这些都达到了优化程度,可以说煤气炉这个综合体在造气生产中的炉况就自然是优化的。

用宁夏煤造气,炉况不易控制、能耗过高是普遍存在的现象。宁夏丰友化肥有限公司采用我公司造气生产综合优化控制技术以后,炉况稳定,达到优化生产。如今吨氨煤耗与过去相比下降了20%以上,同时造气生产实现了全自动化连续生产。

又如辛集化肥有限公司采用综合优化控制技术以后,各种指标达到了优化,出现了长期稳定生产的局面。

(收稿日期 2006-06-21)下载本文