间歇式造气炉的优化控制改造

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。

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。

间歇式、固定床煤气炉造气生产中的炉况优化控制技术作者/来源：李晓刚 (河北科技大学德隆公司石家庄 050018) 日期：2007-2-131 概述合成氨生产造气非常重要，造气费用几乎占合成氨生产成本的60％以上。

为此，造气生产得到了广泛地重视。

人们期盼的造气生产专用控制技术也是从无到有，从低级到高级，达到现代化水平。

我公司一直是致力于这些专用控制技术的开发，推广工作。

在20世纪90年代，造气生产普遍采用的微机油压控制技术；蒸汽压力前馈补偿及调节控制技术；蒸汽流量自动调节控制技术：合成氨氢氮比自调控制技术；机电一体化自动加煤技术；机电一体化自动下灰技术都由我公司开发成功，并得到大面积推广应用，给氮肥行业、煤气行业创造了可观的经济效益。

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。

我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。

2 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圆满实现。

说穿了要实现炉况优化控制我们首先要创造先决条件，只有这样，优化控制的实现才有依据、才有保证。

否则，寻优是盲目的，是人为作出来的。

可见创造先决条件非常重要。

确切讲，没有测量的控制是盲目的控制，所以信号测量很重要，有没有相应的测量信号是衡量先决条件具不具备的体现。

2.1 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(见图1)。

我们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。

2.2 灰仓温度测量方法是把灰斗上面平均分成四块，测量灰仓温度热电偶安装在灰梨对侧靠近炉体一块的中央，垂直或稍向内倾斜(便于维修)，插入深度10～15cm，两个测灰仓热电偶必须对称，插入深度一致(见图2)。

造气流程的简化优化和操作方法的改进周生贤;肖广芩【摘要】为了进一步节能降耗,提出简化优化造气流程；调整工艺管线、阀门的相对位置,增设工艺管线、阀门.介绍采用薄炭层控制稳定炉温的理论根据及实践经验；推荐三个一(即一个指标,一个措施,一个手段)的操作方法.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2012(038)001【总页数】4页(P3-6)【关键词】造气;简化;优化;三个一操作法【作者】周生贤;肖广芩【作者单位】山东济氮研究所,山东微山 277600;山东济氮研究所,山东微山277600【正文语种】中文【中图分类】TQ113.24我国大多数中小型甲醇、合成氨企业仍然采用间歇式造气炉制取煤气、半水煤气。

而所采用的流程也大同小异。

操作也大多数沿用传统的操作方法。

为了进一步节能降耗，提高装置的生产能力，绝大多数生产企业对造气系统进行了各种改造，也相应对操作方法作了调整，并取得了明显效果。

山东济氮研究所经过深入研究特推出以下工艺流程，并提出改进的操作方法，供广大合成氨、甲醇企业参考、选用。

这些技术经过多家企业生产实践的验证，取得了明显的经济效益。

1 简化、优化造气工艺流程1.1 多台炉共用一台除尘器、一台废锅、一台洗气塔，或者再简化为多台炉共用一台综合器，集除尘、余热回收、降温于一体采用间歇式气化装置制取煤气、半水煤气的企业，绝大多数仍然采用每台炉配备一台除尘器、一台废锅、一台洗气塔的流程。

这种经典流程存在如下缺点，即系统阻力较大，设备利用率低，占地面积较大等。

我所经过潜心研究，开发出多台炉共用一台除尘器、一台废锅、一台洗气塔或共用一台综合塔的简化流程（该综合塔集除尘、热回收、降温为一体，取消原单台炉设置的除尘器、废锅、洗气塔等）。

以上两种流程均在生产厂家成功应用，取得显著的节能效果。

多台炉并联时，支管向总管碰头原均为T型连接，为了减少系统阻力，现全部改为Y型连接。

上行、下行煤气管、吹风气回收管等管道均走造气楼三楼楼顶，直入三合一综合塔。

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。

间歇式造气炉炉温的控制作者：赵永兴周会能汶江虎来源：《中国科技博览》2013年第34期[摘要]造气操作中炉温的控制对造气炉操作的好坏有很大影响，炉内温度控制的要点及控制方法，把炉温控制在“火候型”，造气的气化效率会大大提高，原料煤的消耗也会降低，对化肥企业的稳定生产及节能降耗有很强的促进作用。

[关键词]造气火候温度节能中图分类号：Q948.112+.2 文献标识码：Q 文章编号：1009―914X（2013）34―0609―01在化肥生产中，造气炉操作的好坏，直接关系整个系统的正常生产和企业的经济效益。

因此保证造气的稳定就显得格外重要。

本文就造气操作中炉温的控制谈谈自己的看法。

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。

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，甚至造成结疤，这也是造气生产不该有的类型。

日常生产中必须随时了解炉况属于哪种类型，要控制好“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。

2.判断造气炉炉温及炉温控制的方法如下。

2.1 火候型：在外界条件稳定的情况下，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。

日常生产中，可确定一个与“火候型”生产情况相对应的电流值作为参考点，根据电流变化情况来初步确定类型。

常压固定床间歇气化工艺的节能举措王志勇在能源、资源日趋紧张的形势下，对于以煤为原料的氮肥企业来讲，节约原材料，特别是降低原料煤消耗，以降低生产成本，提高经济效益，成为了当前工作中的重中之重。

因此，造气是氮肥企业生产中节能降耗的关键工段之一，应该本着开发、优化、节约、循环、环保、节能并举的原则，采取一系列切实可行的措施，实现节能降耗。

1 制订合理的工艺指标并优化之合理的工艺指标是实现生产优质、高效、低耗、安全和稳定的前提。

造气工段要想节能降耗，就必须制订出合理的工艺指标，并不断地对工艺指标进行优化。

1.1 煤气炉温度的控制常压固定床间歇气化过程，实际上是热化学反应过程，而温度的控制则是气化反应的主要手段。

从一定程度上讲，煤气炉温度的高低和蓄热量的多少，就决定了半水煤气产量和质量。

煤气炉温度也并非越高越好，在吹风阶段气化层温度越高，二氧化碳还原成一氧化碳的机会就越多，气化过程中的原料消耗就高，热量损失就大，势必影响吹风效率的提高。

在制气阶段，蒸汽与炭反应的速度随温度的升高而加快，适当提高气化层温度，增加燃料层的蓄热量，气化强度明显提高。

这表明，吹风与制气两个阶段，对于气化层温度、厚度和蓄热量多少的要求是不一样的。

吹风阶段应尽量避免形成二氧化碳还原的条件，希望气化层薄，温度低，蓄热量少；制气阶段则要求有利于形成二氧化碳还原反应的条件，希望气化层厚，温度高，蓄热量多。

另外，气化层温度的高低，还受到原料灰熔点的限制，炉温过高超过灰熔点所能允许的温度，则会造成料层熔结成块，使炉内结疤，造成操作条件恶化。

因此，煤气炉温度高低的选择应从气化强度和热利用率两个方面综合考虑，当气化层温度维持低线指标时，上下吹蒸汽用量应相应减少，否则会使炉温过低，影响制气效率。

由于常压固定床间歇气化工艺的特殊性、复杂性、局限性，煤气炉内实际温度的高低是很难直接测量准确的。

煤气炉内实际温度的控制，往往以轴向的上气道温度、下气道温度为主要依据，以径向的左、右灰仓温度为次要依据，形成轴径向温度全面得到控制的局面。

一、概述固定床间歇造气优化控制机ZKMTY是我们近年开发并推出的功能齐全、安全可靠、操作方便、显示直观的新一代控制机，是造气工段控制设备的换代产品。

在功能上，它不仅能完成以往造气微机的程序控制，而且还能完成对造气炉的优化控制功能。

它接收上位机的各种优化信号，根据炉况随时调节吹风、上吹、下吹等时间，使炉况稳定并达到最佳状态。

实践证明：通过调优，达到了更加节煤，节约蒸汽，增加产气量，基本杜绝炉子结疤的现象。

根据各厂具体情况不同，节煤效果可提高3%～10%，产气量可提高10%以上，节能增效明显。

同时该机还能非常方便地扩展，如与全厂中央控制计算机进行联网通讯。

二、主要技术指标1．可编程控制器：光洋SH-64R12．开关量输入点数：32点3．开关量输出点数：32点4．通讯口协议：RS－232协议5．电源：220VAC6．使用环境：工作温度：0℃～55℃存放温度：－20℃～65℃湿度：35～85％RH（非凝结状）7．工作方式：连续8．参数设置及修改方式：a：面板设定单元或编程器 b：上位机9．安装方式：嵌入式10．开孔尺寸：长×宽＝485×228mm（机箱尺寸：长*宽=482*225）三、功能及结构框图1．主机箱内置光洋 SH-64R1 PLC壹台；显示流程板、开关输入板、时间设定板、继电器输出板各一块。

2．示流程板右边的2个数码管显示各个阶段的时间（0～99），时间为递增。

左边2个数码管显示已制气的循环次数。

流程板图如下页所示：流程图上的状态灯指示各个阀门当时应该的动作状态。

3：时间设定板此板功能之一可实时在线修改时间参数。

当锁开启时，通过“选择”键选择要修改的工序时间，如吹风、吹净、上吹、下吹、二上吹、回收、加氮等工序，然后，按“＋”或“－”修改对应时间，最后，按“设定”键即可。

当锁关闭时，仅对回收、吹风进行微调，且当对吹风时间进行加、减后，自动将其加、减的时间调整到上吹的时间上。

此板功能之二显示阀检状态，当阀门在规定时间内不到位，则相应阀门报警指示灯亮并发出声音报警。