煤气化的氧煤比控制

第42卷第19期广州化工Vol 42 No2014年10月uangzhou Chemical IndustryOct,2014煤气化的氧煤比控制刘欢(中国天辰工程有限公司,天津300400摘要:阐述了水煤浆气化装置在运行过程中,采用氧煤比自动复杂控制,包括中值选择、温压补偿、比例调节、交叉限幅选择调节等控制原理与方法,精确控制煤浆和氧气的的λ炉量,实现氧煤比的自动控制。快速克服因煤浆泵不打量而造成的煤浆流量大幅扰动问題,气化炉过氧和跳车问题,达到气化炉安全稳定运行的目的,使装置的生产运行更加安全、稳定关键词:气化炉;氧煤比;交叉限幅选择调节中图分类号:TP273文献标志码:A文章编号: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随着国内煤化工产业的不断升温,德士古水煤浆加压气化制取水煤气的生产工艺被大量采用。中煤陕西榆林榆横煤化工项目一期气化装置采用美国GE专利激冷流程,整个工艺生产操作流程中自动控制系统起着举足轻重的作用,本文就气化炉的氧煤比控制的应用加以阐述。水煤浆加压气化工艺概述从空分来的纯氧和高压煤浆泵送来的浓度(ω)在58%65%之间的煤浆,在一定的安全联锁条件下,经工艺烧嘴进入气化炉,在压力6.5MPa、温度1350℃左右的条件下进行气化0800.850.900.951.001.051.101.151.20反应,生成以CO+H2为主要成分的粗合成气。生成的粗合成氧煤化(kg/kg)气经洗涤塔洗涤后送往后续变换工段。入炉煤量(干)100-105t/h,煤浆浓度80%(重量,铜川煤气化主要反应机理如下图1氧煤比与碳转化率的关系Cn Hu +(n/2)O2 nCO+(m/2)H2氧煤比是气化炉操作的重要参数,对碳转化率的影响十分但是随着氧煤比的进一步增加,碳的转化率增加不大,同明显,提高氧煤比可使碳的转化率明显上升,如下图1所示。时由于过量的氧气进入气化炉,部分碳将完全燃烧,生成二氧氧煤比是指氧气和水煤浆的体积比,氧煤比增加,将有较化碳中国煤化工,又进一步氧化成二氧化多的煤发生燃烧反应,放热量增大,气化炉温度升高,为吸热碳,从ILR1CNMH使冷煤气效率、产气率下的气化反应提供更多的热量,对气化反应有利。因此,碳的转降。而且,、,以显上升,而煤耗下降。化率、冷煤气效率及产气量上升。般认为氧/碳原子比在1.0左右比较合适。对过程操作来说控制合适的氧煤比是气化操作最主要的要求第42卷第19期刘欢:煤气化的氧煤比控制钟最大变化率是不允许超过5%,因为升降负荷要缓慢,如果2氧煤比控制决速升降负荷,阀门没有那么准确,容易造成过氧。下面结合中煤气化项目的具体组态内容(图2),讲解一下(2)氧煤比设定值:对应图2中“氧煤比控制器氧煤比在项目中的设计与应用112FCl01”的SP值,是操作工手动给定的,手动给定的“氧煤比设定值”限幅在450~600以内,如果输的数值不在这个范围内,将不起作用。限幅在这个范围,是因为氧煤比正常470左右,不能超过450~600这个范围,氧煤比高,高高会联锁跳车。氧煤比低不联锁停车,但是产生的合成气不合格(3)氧气纯度-对应图中OsP1氧气纯度设定值,操作工按当时生产的氧气纯度手动给出。2.3.2投用条件(1)手动输入参数已输入完毕(2)氧气流量控制器投串级(3)煤浆流量控制器投串级。2.3.3氧煤比交叉控制-降负荷图2中1122FFC01是氧煤比控制器,SP值是操作工手动给定的“氧煤比设定值”,图2中SP值给的是480,一旦sP设定值给定了,氧煤比就是固定值不变了。氧煤比控制器(比值图2氧煤比控制回路器)112FFCl01把图2中上面取出来的煤浆量的中值SMM(1122FFCl01的输人X2)乘以氧煤比,算出需要的氧气量2.1煤浆流量调节回路算出的“需要的氧气量”就是112FCl01的OP值。而煤浆流量采用三台电磁流量计(112lrTi04/105/106)测12 FFICIO01的测量值Pv值为氧气和煤浆流量的体积比,氧气量,高压煤浆泵(1121P103)转速也折算成煤浆流量值,三台流量为1122F1 OIABC三取中经过温压补偿,再经氧气纯度校电磁流量计的煤浆流量去掉最小值,剩下两个再与“煤浆泵转正后的氧气最终测量值OMP(就是图2中112FFIC101的输入速折算出来的煤浆流量值”做三取中,在DCS中作中值选择,X1),作为分子;煤浆量的中值SMM作为分母,实时计算出的选择其中间值SMM气化炉实际的氧煤比,是1122FFC01的PⅤ值煤浆流量控制器为1121FC103,控制器的设定值是由图中图2中112HC101是操作工手动给定的氧气负荷量(单位下面除法器算出来的“需要的煤浆量”作为1121FC103的设是Nm3h),假如现在是平衡状态,由12101ABC测量的是定值(设定值是变动的),11FC103的测量值是三台电磁流200Nm/h的氧气,现在想降负荷,把氧气流量降到100Nm/h,量计测量值和“煤浆泵转速折算出来的煤浆流量值”取的中值那么操作工就把112HC101输入100Nm3/h,因为现在是平衡sMM,然后11lFlC103按PD规律输出调节信号至煤浆计量泵状态,所以112 FFICI01的OP值就是200Nm3/h,因此右边调速电机控制器(wwVF),调节煤浆泵电机转速,从而调节进低选器 LOSEL输入的Ⅺ2就是200,输人的Ⅺ1是100(Ⅺ1就是气化炉的煤浆流量。手动给定的112HC101),取低值取出来就是100,100又输入2.2氧气流量调节回路给右边的高选器HSEL作为X1,1122FC101的OP值×0.98(即200×0.98=1%6),作为HSEL的X2,196和100取高值测量,同时测量氧气温度和压力,在DOS中经温度和压力补偿肯定是196高,那196就输给12:01氧气流量控制器.作后得到氧气测量值为OM。OSP1为氧气纯度设定系数,按当时生产的氧气纯度给出。经氧气纯度校正后的氧气最终测量值为196.11101的测量值即110/BC的测量实际值OMP还是200(之前的平衡状态),所以氧气阀门112V101就关OMP,OMP就是图中左边高选器HSEL的输入X2,同时OM小了一点(之前的开度是200Nm3/h的开度,现在的开度是作为氧气流量控制器112C10的测量值PV,与设定值P比196Nm3/h的开度,所以阀门只关小一点),阀门关小以后较,按PD规律调节进气化炉的氧气流量(控制器1122FIC101122FTl101ABC的测量值就变成196Nm3/h了,1122FT101ABC设定值SP来自:图中上面高选器 HISEL高选出来的信号,因此112FIC101设定值SP是变动的)。测量值作为左边HSEL的输入X2,HSEL输入X1是100(X就是手动给定的112HCl01的值100),1%6和100高选,选出2.3气化炉负荷控制和交叉限幅选择调节来的是196(也就是1122FT10ABC的测量值196Nm3/h)给最气化炉负荷控制,总的原则就是确保气化炉安全,在增负左边的 LOSEI作为 LOSEL的输入X1, LOSEI的输入X2是荷时,先增煤浆再增氧气,在减负荷时,先减氧气再减煤浆,“11- TIO1ABC的测量值196Nm3h”乘以1.02,也就是左边绝对不允许氧气过量的LOSE2.3.1手动输入参数中国煤化工ABC的测量值,一个输入是(1)氧气负荷设定值:对应图2中112HCl01,是手动给自己本CNMHG02,那么低选肯定是他的测量值196Nm/h定的氧气负荷量(单位是Nm3/h)2196Nm3/h(氧气量)再输入左边的“/”除法器,除法器就是为了避免操作工误操作,数值输入镨误,112HClo1限幅用氧气量算岀需要多少煤浆量(用氧气量除以氧煤比,氧煤比(20000-45000Nm/h),如果输的数值不在这个范围内,将是操作工手动给定的122FC101的sP值),除法器算出的不起作用。限幅在这个范围,是因为投料是半负荷投料,满负“需要的煤浆量”给1121FC103煤浆控制器作为设定值SP,荷是4万,所以最低2万,且“手动给定的氧气负荷量”每分1121FC03测量值PV(煤浆取的中值SMM)还是先前平衡状162广州化工2014年10月态时200Nm3/h氧气需要的煤浆量,但现在设定值改成“196给右边的 LOSEL作为X2输入, LOSEI的X1输入是300,取出Nmh氧气需要的煤浆量”,所以高压煤浆泵就要降低转速,的低值就是204,最右边的HsEL的Ⅺ1是204,204×0.98作让打出去的煤浆量减少,使打出去的煤浆量是“196Nm/h氧为HSEL的X2,取出的高值是204,204作为1122FC10l的SP气需要的煤浆量”,这样就完成了一个循环值,此时1122FC101的测量值是200Nm3/h,因此阀门开度加从以上分析看出,降氧气负荷的时候,是先降氧气再降煤大(流量由200Nm3/h升至204Nm3/h),这样1122FT101ABC浆(即降氧气负荷时,先关小氧气阀门,然后再降低煤浆泵转的测量值就增加了,变成了204Nm3/h,到此为止一个循环就速)。煤浆泵转速降完后,1121FT04/105/106测量值减小到过去了,一遍又一遍,一直到112lFIC103的测量值升至196Nm3h氧气需要的煤浆量”,然后继续一遍又一遍,一直“300Nm3/h氧气需要的煤浆量”,煤浆泵不用再调速,这时候到1122C01的测量值为100Nm3/h,SP值等于PV值,阀门又达到了一个新的平衡状态,完成了氧气负荷量从200Nm3/h不用再关小,这时候又达到了一个新的平衡状态,完成了氧气升到300Nm/h的过程负荷量从200Nm3/h降到100Nm3/h的过程小结:利用交叉限幅控制,实现提高负荷时,先提煤浆小结:利用交叉限幅控制,实现降负荷时,先降氧气量,量,后提氧气量,避免富氧气体的发生。左边的限幅器1.02再降煤浆量,避免富氧气体的发生。图2中右边0.98的限幅器(当前值2,每分钟最大变化率0.1)作用就是当升氧气负荷(当前值2,每分钟最大变化率0.1)的作用就是当降氧气负荷时,一点点先升煤浆泵的转速,继而一点一点开大氧气阀门开时,一点点先减小氧气阀门开度,继而也就一点点降煤浆泵的度,逐步提高负荷。转速,逐步降低负荷。2.3.4氧煤比交叉控制-升负荷3结语比如现在氧气负荷是200Nm3/h,想升至300Nm3/h,那氧煤比自动控制的投运需有经验的操作工来完成。现场运么操作工就把112lHC01输人300Nm3/h,因此左边的HS配L行证明,此控制方案稳定、可靠、操作方便,实现了气化炉氧输入Ⅺ1是300,输入X2是200(此时112I0ABC测量值就煤比的自动控制,达到了控制系统所需的各项指标。是200Nm3/h),取高值就是300,这样最左边 LOSEL的输入ⅹ1是300, LOSEL的输入Ⅹ2是200×1.02=204,取低值就是参考文献204,204给左边的除法器,算出“204Nm/h氧气需要的煤浆1练健华煤浆自动跟踪系统在氧煤比调节中的应用刀],化学工业量”给11lFCl03煤浆流量控制器作为设定值,此时与工程技术,2013(5):35-3712|FC03的测量值是“200Nm/h氧气需要的煤浆量”,因[2]徐其伦渭河化肥厂气化炉氧煤比控制[J].石油化工自动化,97此煤浆泵加大转速,使煤浆泵打出的煤浆量是“204Nm3h氧(6):3-8气需要的煤浆量”,这样1121FT04/5/6测出的流量值也增加[3]袁君钢.德士古装置氧煤比的控制[J·自动化仪表,2002(9):65了,由“200Nm3/h氧气需要的煤浆量”增加到“204Nm/h氧气需要的煤浆量”,增加后的煤浆SMM值输人112- FIC1OⅠ[4]李国胜大型煤制烯烃项目之壳牌煤气化装置氧煤比控制措施研氧煤比控制器,氧煤比控制器把¨煤浆SMM值”乘以氧煤比究[J].化肥设计,2013(2):35-37得到OP值,因此112FC101的OP值就是204Nm3/h,204(上接第134页)[6]纪罗军.《硫酸行业清洁生产评价指标体系(试行)》获准实施。硫[13]吴莉娜,吴融权.我国氯碱行业节能减排技术分析[冂].氯碱工酸工业,2007(05):39]国家发展和改革委员会,国家环境保护总局,氮肥行业清洁生产[14]白黎明,聂长福.浅谈I14000环境管理体系认证[J].中州审评价指标体系(试行)[Z].2007(04计,2012(12):31-32.8]国家发展和改革委员会.纯碱行业清洁生产评价指标体系(试行)[15]张玲,孙超智,沈欣慰,等.化工企业实施清洁生产的探讨[J].辽[Z].2007(10)宁化工,2014,43(3):277-284「9]国家发改委.清洁生产评价指标体系编制通则,标准号20101364-16]王慧珍,安奉凯.浅析清洁生产与ISO14001环境管理体系[J].天T-469[S]津科技,2006(06):58-59[10]乔玉元,隔膜法与离子膜法生产烧碱工艺对比分析[J.齐鲁石油17]杨再鹏.清洁生产与ISO14000环境管理体系标准[J].化工环保化工,2010,38(2):108-11029(05):449-452[1]生产布局整体规划工艺设施从严要求我国烧碱行业将实行安全[18]夏青,陈逸群,刘静.环境标志与清洁生产[J].产业与环境,2013准人[冂].江苏氯碱,2013(01):30-3112]薛卫东,井金旺,氯碱化工废水综合利用[J].中国氯碱,2010(10):33-37TH中国煤化工CNMHG