固定床间歇式造气炉智能优化控制的应用及探讨

间歇式造气炉操作在化肥生产中，造气炉操作的好坏，直接关系到整个系统生产的稳定程度，关系到全厂经济效益及能耗的高低。

因此保证造气的稳定生产就显得格外重要。

本文就造气操作中应特别注意的炉温、气化剂和炉条机问题进行探讨。

1 造气炉炉内温度控制造气炉炉内温度控制是造气生产的核心。

它的标准是炉内最高温度均匀地逼近或达到原料煤的灰熔点，使蒸汽分解率尽可能地高。

所谓“均匀”，是指炉内径向温差极小，并且最高温度区域基本固定于炭层中、下部合适位置。

用通俗的说法是炉温控制达到了该标准就是造气生产“火候已到”。

为了便于表达，把这种情况称之为“火候型”，是造气生产唯一需要的类型。

当炉温没有逼近或达到煤的灰熔点，这就是造气生产“火候未到”，称之为“火力不足型”。

这种生产类型是开“太平车”，存在炉子制气质量差、消耗高的缺点，是造气生产不该有的类型。

当炉温超过煤的灰熔点，称之为“过火型”。

这种生产类型是开“危险车”，炉子制气量差、消耗高，严重时炉况恶化，甚至需停炉打疤，这也是造气生产不该有的类型。

由于气体分布不均匀等原因造成炉内径向温差大，炉内温度局部过热和局部偏低等现象发生，这种情况称之为“火力不均衡型”。

此时炉子发气量差、消耗高。

这里需要指出的是，当“火候型”状态受到影响，炉内最高温度区域离开了适宜位置，这种情况也称为“火力不均衡型”，不过它同上述因气体分布不均匀引起的有所区别。

日常生产中必须随时了解炉况属于哪种类型，要学会控制好“火候”，使造气生产始终稳定在“火候型”状态，此时造气生产条件是最佳的。

判断造气生产炉温的方法如下。

1.1 火候型在外界条件稳定的情况下，炉内炭层会随着生产的进行稳定下降，加煤之后，炉内空程高度是一致的。

这是“火候型”炉子必备的条件。

如果此时炉子发气量很好，投煤量少，蒸汽耗量不大，蒸汽分解率高(可从气体成分及吹风气回收时间，包括上、下吹加氮时间加以判断)，那么可优先考虑属“火候型”生产状况。

一般来说，炉内温度越高，炉内物料粘结力越大，自然使炉条机运转电流越大。

固定层间歇式煤气化炉优化控制系统的开发及应用
固定层间歇式煤气化炉是一种常用的煤炭转化设备，其对于煤炭资源的高效利用具有重要意义。

然而，由于煤气化过程的复杂性和多变性，煤气化炉的操作和控制往往面临很大挑战。

为了提高固定层间歇式煤气化炉的运行效率和安全性，优化控制系统的开发及应用成为一个紧迫的问题。

首先，为了实现煤气化炉的优化控制，必须对煤气化过程进行建模与仿真。

通过建立数学模型，可以在计算机上对煤气化过程进行仿真，以确定最佳控制策略。

这样，煤气化炉的操作人员就可以在计算机上模拟不同的工艺参数和控制策略，以优化煤气化炉的运行情况。

其次，优化控制算法的设计是优化控制系统的核心。

优化控制算法的目标是通过调整煤气化炉中的操作参数，使得煤气化过程的产率和质量都能达到最佳状态。

常见的优化控制算法包括模型预测控制（MPC）和模糊控制等。

这些算法可以根据煤气化过程的实时数据，计算出最优的操作参数，并对煤气化炉进行精确控制。

第三，系统参数的在线辨识与优化是优化控制系统的关键之一、煤气化过程中涉及到许多参数，如煤气化温度、煤气化压力、煤气化速度等。

这些参数的准确性对于煤气化炉的稳定运行至关重要。

通过在线辨识和优化算法，可以随时根据煤气化过程的实时数据，调整系统参数，提高煤气化炉的运行效率和质量。

最后，故障检测与诊断是优化控制系统的重要组成部分。

在煤气化过程中，煤气化炉可能会出现各种故障，如温度波动、煤气化速度变化等。

优化控制系统需要具备故障检测和诊断的能力，及时发现和排除故障，保证煤气化炉的安全稳定运行。

固定床间歇制气安全技术应用小结固定床间歇制气安全技术应用小结范文固定床间歇制气安全技术应用小结范文固定床间歇制气是我国小氮肥发展的主要气化炉型，为我国氮肥行业的发展做出了非凡的贡献。

随着市场行情的低迷，小氮肥企业大力推进小改小革，内部挖潜降耗，节约成本，使得小氮肥企业迅速做大做强，其规模能力已赶超中氮大氮水平，占据氮肥行业的半壁江山。

但随着企业规模的壮大，人力资源成本的增高，大炉群安全生产管理控制迫在眉睫。

为此，笔者根据一线生产的经历，浅谈一些造气安全生产技术。

仅供参考。

一、造气炉体安全附件的设施齐全完好固定床间歇制气是以空气和蒸汽分别为气化剂交替制气的过程，在程序控制中已用蒸汽或空气将阀门转换的过程中残留的空气或煤气清扫置换干净，生产过程是安全的.。

但如果阀门起落不正常程序正常运转，置换不彻底就可能引发爆炸事故。

为此，炉体要设置安全防爆装置。

1、灰仓防爆板装置完好灰仓防爆板在各炉安装过程中均已设置，但因易积灰积水，存在温度交变，防爆板极易被腐蚀漏气，更换较频繁。

有的企业为了图省事，将其用盲板盲死，不起防爆作用，存在安全隐患。

2、中心三叉管设置防爆板一处当设备出现故障例如上吹蒸汽阀阀板脱落，操作人员未及时发现，造成炉底置换不净而发生炉底爆炸，能量得不到释放就可能损坏设备。

3、各炉设置吹风安全蝶阀吹风安全蝶阀有三方面的作用：（1）、防止在制气时特别是下行制气时，风漏人煤气系统造成氧含量跑高。

安装安全蝶阀后，安全蝶阀漏的风或吹风阀漏的煤气将从安全蝶阀的安全放空阀放空。

（2）、防止单炉出现上行阀、下行阀或煤气总阀阀板脱落炉子正赶制气阶段，吹风阀内漏，炉内压力高煤气漏人风管引发事故；安装安全蝶阀后，即使吹风阀内漏，漏的煤气将从安全蝶阀的安全放空阀放空。

（3）、防止吹风阀阀板脱落或出现其它故障，立即将单炉停掉，吹风蝶阀人为关闭进行更换，不影响其他各炉正常运转。

但个别企业的吹风阀不论是闸阀还是座板阀，均易发生内漏，使用时间不长炉底就云雾弥漫，影响现场造成浪费，于是就停用吹风安全蝶阀，这为安全事故的发生埋下了伏笔，是不可取的行为，可以从阀门自身制造技术维修技术着手，解决泄露问题。

固定床造气炉技术改造及新型煤气化技术在我公司的应用王中刚秦喜科山西丰喜肥业〔集团〕股份临猗分公司摘要：在目前我国天然气、油、无烟煤价格较高的情况下，合成氨原料路线改造势在必行。

丰喜集团临猗公司在优化固定床造气工艺的同时，积极探索、实践新型煤气化技术，特别是加压循环流化床气化技术的建设实施将有力提升我国煤气化技术水平，对实现合成氨原料煤本地化具有重大意义。

1.氮肥企业原料煤本地化势在必行我国有丰富的煤炭资源，煤炭是我国的主要能源之一。

在煤炭利用技术中，煤气化是煤炭能源转化的基础技术，也是煤化工发展中最重要、最关键的工艺过程之一。

国内中小氮肥企业提供了氮肥供给总量的75％以上，对于氮肥行业，尤其中、小氮肥厂来说，煤气化技术对其生存和发展关系尤为密切。

目前全国80%的中小化肥企业采用固定床气化炉制气，原料是山西晋城、阳城的无烟块煤和焦炭，不仅效率低、污染大，而且煤炭运输困难，价格很高。

采用Shell、Texaco等先进的气化技术是扩大原料煤种、降低环境污染的重要方法，但是这些煤气化的专利技术基本都掌握在国外大公司的手中，引进这些技术必须支付昂贵的专利费。

这不但需要大量的外汇，而且给企业造成了巨大的经济负担。

如何根据我国国情解决中小氮肥企业煤气化技术的规模升级，实现原料煤本地化已迫在眉睫。

2.固定床造气炉现状及改造情况山西丰喜集团创立于1998年6月，是一个集化肥、化工、化工机械制造于一体的国家大型一类企业，是山西省最大的氮肥生产企业之一。

临猗分公司是丰喜集团的核心企业，经过多年的发展，目前已形成年产合成氨40万吨、尿素60万吨、甲醇15万吨、复混肥5万吨、液体CO2 0.5万吨、编织袋1000万套的装置规模。

临猗分公司现有三个合成氨厂，总共25台固定床间歇式气化炉，其中φ2600系列18台，φ2400系列7台。

造气原料以阳城、阳泉无烟块煤和粒度煤为主，年消耗无烟煤50余万吨，其中含沫量〔<8mm〕约20%，每年约10万吨，因粒度太小而无法在固定床气化炉上使用，目前外售。

间歇式固定层煤气发生炉的工艺操作与节能探讨作者/来源：孟新东 (湖南金信化工有限公司冷水江 417506) 日期：2007-2-130 前言据了解，在我国合成氨生产中，中小型氮肥大厂占有很大比重，而中小型氮肥厂合成氨原料气的制备，80％以上采用固定层煤气炉生产。

煤气炉生产原料气的能耗和成本占合成氨总能耗和总成本的60％左右。

因此，如何搞好固定层煤气炉的调优与节能，是当前中小型氮肥厂十分重要的工作。

本文从固定层煤气炉的生产原理及制气效率入手，根据本人多年来工作实践及近年来兄弟厂的技术改造经验，谈谈如何进行固定层煤气炉最佳工艺条件的选择及技术改造，从而达到降低能耗，减少成本，提高经济效益的目的。

1 固定层煤气炉的生产原理及其制气效率在合成氨生产中，需要制备氢氮比为3∶1的原料气。

在中小型氮肥厂中，大都以空气和蒸气为气化剂，间歇通入固定层煤气炉，与灼热的炭起反应，生产半水煤气。

根据生产工艺和安全需要，制气循环为吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、吹净五个阶段，概括起来可分为吹风和制气两个阶段。

吹风阶段将空气通入固定层煤气炉中，空气中的氧与灼热的炭起反应，其主要反应式如下：2C+O2=2CO+234.08kJ (Ⅰ-1-1)C+O2=CO+401.93kJ (Ⅰ-1-2)CO2+C=2CO－172.28kJ (Ⅰ-1-3)进行吹风的目的是将碳与氧气的反应所产生的热量贮存于炭层中，供碳与蒸汽反应生成水煤气使用。

这一阶段中，在消耗一定炭量情况下，贮存于炭层中热量越多，其吹风效率越高。

E吹风=(Q’反－Q’气)／Q’燃×100％ (Ⅰ-2)式中：E吹风——吹风阶段的效率；Q’燃——吹风阶段消耗的燃料所具有的热值；Q’反——吹风时反应放出的热量；Q’气——吹风气带走的热量。

在制气阶段中，将蒸汽通入固定层煤气炉中，蒸汽与灼热的炭反应，生产半水煤气。

其主要反应式如下：C+CO2=CO+H2－131.38kJ (Ⅰ-3-1)C+2H2O=CO2+2H2－90.196kJ (Ⅰ-3-2)CO+H2O=CO2+H2+41.19kJ (Ⅰ-3-3)其主要副反应有：C+2H2=CH4+74.898kJ (Ⅰ-3-4)这一阶段反应主要是吸热反应，吹风阶段贮存于炭层中的热量越高，制气反应越有利，制气效率越高，其制气效率E制气是指所获得的水煤气的热值Q气与气化时消耗的燃料所具有的热值Q燃、气化剂所带入热量Q蒸与吹风时蓄积于燃料层内可利用的热量Q利用三者和之比，可用下式表示：E制气=Q气／(Q燃+Q蒸+Q利用)×100％ (Ⅰ-4)吹风时蓄积于燃料层内可利用的热量Q利用应相当于气化反应时所吸收的热Q反，反应后水煤气所带走的热量Q煤气水与热损失Q损三者之和。

中南大学硕士学位论文２固定床间歇式造气影响因素与研究方法响，并针对这些参数提出改造方案。

此外，实测煤气计算法也是目前常用的计算方法。

采用此法计算时，首先要有准确的煤气成分分析数据，对于未经试烧的煤种不能采用，所以有一定的局限性。

对于间歇式煤气发生炉，由于煤是间歇地加入煤气炉，所以在加煤后的初、中、晚期的气体成分和反应强度均会有所不同，继而水煤气、吹风气和吹净气的成分在不同的时期也都是不相同的。

如果在计算过程中把这些因素都考虑进去会令计算过于复杂，所以在实际计算中只采用吹风气和水煤气（如吹蒸汽时同时加氮则采用加氮水煤气）这两种气体组成进行计算，且其成分必须采用每一次加煤过程中的平均组成。

本研究方法主要用于第三章计算造气炉内的物质能量平衡。

造气过程可视为两个子系统：空气吹风阶段和蒸汽吹送阶段。

计算步骤如下：一（一）收集和取定基本数据收集和取定燃料、吹风气等基本数据后才能对其进行定量计算。

需要的详细基本数据如图２．２所示。

ｆ＝二二二二二二二二二二二≤一燃料的元素分析和发热量ｌ三二二二二二二二＝二二二二二二二三干吹风气和干水煤气成分水煤气中水汽含量或蒸汽分解率＜｝二二二二二二二二二二二二二二二二爿煤灰数量及其组成Ｉ｝二二二二二二二二二二二二二二二二二≤灰渣的组成Ｌ生产循环时间的分配图２－２需要收集和取定的基本数据（二）选定计算基础一般以ｌＯＯｋｇ入炉燃料为基准，便于直观分析计算结果。

将工艺指标和消耗定额等数据也计算出后，可以根据各企业的实际吨氨耗蒸汽量再将各结果等量转换为以吨氨为基准的数据。

（三）基本数据计算算出煤灰中各元素量，由灰平衡算出灰渣和灰渣中各元素的重量，最后算出燃料气化后进入煤气中各元素的量。

此后的各项元素平衡都是以这些数据为基础的。

（四）空气吹风阶段计算图３—１芷江化肥全厂生产工艺流程简图收入氧＝燃料带入氧＋空气带入氧一空气中水汽带入氧支出氧＝煤气中氧＋煤气中水汽含氧根据基础数据进行计算得出误差为１．３３％，在工业计算允许的范围内。

固定床气化炉的特点及应用固定床气化炉是一种常见的气化设备，用于将固体燃料转化为气体燃料，以供热能或化工原料使用。

它具有以下几个特点：1. 固定床结构：固定床气化炉采用了固定床结构，即将燃料固定在炉膛中，通过燃料的逐层递进气化，使得气化反应更加均匀和稳定。

2. 高热效率：固定床气化炉具有较高的热效率，能够充分利用燃料的热值，最大程度地将固体燃料转化为气体燃料。

同时，固定床结构也使得炉膛能够有效地吸收和利用废热，提高了热效率。

3. 灵活性：固定床气化炉能够适应不同种类的固体燃料，如木材、碳黑、秸秆等，具有较高的灵活性。

此外，固定床气化炉还可以用于试验和研究，可对不同燃料和气化条件进行实验，得到相应的气化效果和参数。

4. 适用范围广：固定床气化炉可以广泛应用于能源、化工、冶金等行业，用于生产燃气、合成气、发电气等气体燃料。

近年来，随着可再生能源的重要性的日益增强，固定床气化炉也广泛应用于生物质能源领域，将木材、秸秆等生物质转化为可再生的气体燃料。

固定床气化炉的应用主要有以下几个方面：1. 煤炭气化：固定床气化炉在煤炭气化领域具有广泛的应用。

通过固定床气化炉，煤炭中的碳氢化合物和灰分可以被有效转化为高热值的合成气，供热、供电和合成化工原料使用。

2. 生物质能源利用：固定床气化炉在生物质能源利用中发挥着重要作用。

生物质如木材、秸秆等可通过固定床气化炉转化为可再生的合成气，可用于供热、供电以及替代化石燃料的合成化工原料。

3. 废弃物处理：固定床气化炉能够有效处理和利用各种固体废弃物，如生活垃圾、工业废料等。

通过固定床气化炉，固体废弃物中的有机物能够转化为合成气，减少废弃物的体积和对环境的影响。

4. 中小型能源系统：固定床气化炉由于其结构简单、操作方便等特点，适用于中小型能源系统的建设。

中小型气化系统可以在远离传统能源供应网络的地方提供能源，解决了能源的供给问题。

5. 实验研究：固定床气化炉还可以用于试验和研究领域。

间歇式造气炉现阶段必须掌控的几个问问题间歇式造气炉现阶段必须深刻认识的几个问题陈松涛前几年，国内大规模试用粉煤富氧连续气化造气炉，虽然在技术上有所突破。

但由于投资大，国产能力差，全自动操作性强，故障率高，运行周期短，不适宜化工连续生产；由于粉煤的加工，富氧的设备投资，污水的大量生产，电耗增加，也没有从根本上解决环保问题，总体生产效益也不容乐观。

各省、市根据自身煤化工企业的资产、技术现状认为固定床间歇造气炉在我国经过70多年的发展、改进技术比较成熟，消耗较低，效益较高。

比较适合我国国情，值得大力推广，但技术上还需继续提高。

国家发改委认识到这一问题的实质根源也不再强求上粉煤富氧连续气化，这给固定定床间歇造气炉提供了一个大力发展机会。

但是氮肥厂现今出现了一个怪现象。

小氮肥的小炉型向大炉型发展如湖北枝江三宁炉型从2600发展到2800，又从2800发展到3000造气炉，气化强度较高，消耗较低；而大多数原来的中氮厂，由于气化强度低、返焦高、消耗高，则把3M系列的造气炉改造成2650或2800造气炉。

究其原因，是由固定床间歇造气炉自身的特点，规律以及人们对它的认识程度决定的。

固定床间歇式造气炉的特点：间歇式造气炉一般构成及附属管线：加焦机构、筒体、夹套、炉箅、上灰仓（中氮叫炉裙）、炉底、左右灰仓、中灰仓及蒸汽、空气、煤气管线和控制阀门构成，这就决定了间歇式造气炉的特点；1.首先它是一个反应器，而且是一个气体、?固体组成的非均相反应系；2、原料从顶部中心炉口加入，现在给料机构基本上是上提式散布加料，这就决定了不同原料的自然分布形态；3.流体间歇交替进入，要求空气、蒸汽入炉缓冲时间越短越好；4灰渣的外排方式，要求炉膛径向气化强度不一，并按一定规律变化。

由于间歇式造气炉具有以上四个特点，所以他不能像其他化工均相、连续反应器一样去理论核算，理论操作，也不能像气流床造气炉、流化床锅炉那样理论可控性强，因此，间歇式固定床造气炉就成了一个黑匣子，让人展开丰富的想象力，去探索、研究，于是出现了似是而非的理念，给人一误导，甚至出现很多截然相反的想法、做法却得到了相同的结论，真是让人难以捉摸。