CN108342225A - 一种粉煤和气化剂进料控制方法 - Google Patents

一种粉煤和气化剂进料控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉煤和气化剂进料控制方法，属于粉煤气化控制技术领域。本发明的粉煤和气化剂进料控制方法，所述控制方法包括氧气流量控制、煤粉流量控制及蒸汽流量控制，其中，根据气化炉压力、实际煤粉流量进行氧气流量控制，根据气化炉压力、实际氧气流量进行煤粉流量控制，根据实际氧气流量进行蒸汽流量控制。该发明的粉煤和气化剂进料控制方法能够使装置稳定运行，避免装置运行过程中突然停车，降低人工成本，具有很好的推广应用价值。

Description

一种粉煤和气化剂进料控制方法
技术领域
本发明涉及粉煤气化控制技术领域，具体提供一种粉煤和气化剂进料控制方法。
背景技术
煤的气化过程是煤粉与气化剂(氧气、蒸气)反应生成碳的氧化物、氢、甲烷等清洁气体燃料的过程，气化炉是煤气化工艺技术中的核心，通过在反应室内发生燃烧、欠氧气化等反应，从而将固态的煤炭转变成气态的以CO+H2为主要混合气体的粗合成气。煤粉流量与气化剂流量比例(O2/C)的波动会引起反应程度的波动，从而产生合成气的组分也会有很大差别。
当前采用的下行水激冷粉煤气化工艺中，烧嘴进料绝大多数采用人工控制煤粉流量及氧气流量为主，在系统波动时必然有人工控制的滞后性，导致煤粉流量与气化剂流量比例(O2/C)的波动，从而对装置运行带来波动，甚至造成装置停车，同时增加人工成本。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种能够避免装置运行过程中突然停车，使装置稳定运行，从而降低人工成本的粉煤和气化剂进料控制方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种粉煤和气化剂进料控制方法，所述控制方法包括氧气流量控制、煤粉流量控制及蒸汽流量控制，其中，根据气化炉压力、实际煤粉流量进行氧气流量控制，根据气化炉压力、实际氧气流量进行煤粉流量控制，根据实际氧气流量进行蒸汽流量控制。
本发明中根据气化炉压力、实际煤粉流量进行氧气流量控制，根据气化炉压力、实际氧气流量进行煤粉流量控制，根据实际氧气流量进行蒸汽流量控制，使得煤粉、氧气、蒸汽能够完全根据当前气化炉负荷及组分要求以一定比例输送到气化炉进行燃烧反应，防止因煤粉量或蒸汽、氧气量波动造成气化炉联锁停车或烧嘴损坏，提高了生产过程的稳定性，节约人工成本。
作为优选，所述氧气流量控制过程为：
1)开车工况
煤烧嘴投料过程中，根据曲线Fig.1对应的气化炉压力输出氧气流量，根据曲线Fig.2对应的气化炉压力输出氧气流量调节阀初始阀位，其中，曲线Fig.1为开车工况氧气流量-气化炉压力线性关系曲线，曲线Fig.2为氧气流量调节阀开度-气化炉压力线性关系曲线；
2)停车/正常工况
煤烧嘴投料完成后，根据曲线Fig.3对应的气化炉压力控制停车/正常工况下氧气流量最小值，根据曲线Fig.4对应的气化炉压力控制停车/正常工况下氧气流量最大值，其中，曲线Fig.3为氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线，曲线Fig.4为氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线；当气化炉负荷设定的氧气流量低于实际煤量*氧碳比*系数a时，气化炉负荷设定的氧气流量被限制，实际气化炉负荷设定的氧气流量转变为实际煤量*氧碳比*系数a，其中，曲线Fig.5为碳氧比-气化炉压力线性关系曲线，系数a为设定值，范围为1.05～1.1。
实际煤量*氧碳比*系数a设计的目的是用实际的煤粉流量来限制氧气流量的上限，防止氧气流量过量。氧气流量过量会造成燃烧过程改变，产品的成分发生变化，氧气过量可能会烧毁煤烧嘴。异常工况(如煤量忽然变小)使用，正常工况下氧气流量由气化炉负荷设定，系数a不会跟随其他条件改变，其值大小主要调整煤量波动多大的幅度会影响到氧气流量调节。
曲线Fig.1为开车工况氧气流量-气化炉压力线性关系曲线，该线性关系曲线是根据气化炉开车工况计算得出。曲线Fig.2为氧气流量调节阀开度-气化炉压力线性关系曲线。曲线Fig.1和曲线Fig.2适用于开车工况，曲线Fig.2为根据气化炉设计开车要求的氧气流量实测得到的阀门开度，曲线Fig.1为对应阀门开度下的氧气流量。
曲线Fig.3为氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线，该线性关系曲线是根据气化炉开车工况计算得出。
曲线Fig.4为氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线，该线性关系曲线是根据气化炉开车及设备运行最大工况计算得出。
所述碳氧比是根据气化炉压力得出的曲线Fig.5，其中本发明中碳氧比的调整范围为-0.2～0.2。
作为优选，曲线Fig.2对应的氧气流量调节阀开度与曲线Fig.1下输出氧气流量一一对应。
作为优选，曲线Fig.3与曲线Fig.1对应输出的氧气流量最小值相同。
作为优选，所述煤粉流量控制过程为：
1)开车工况
煤烧嘴投料过程中，根据曲线Fig.6对应的气化炉压力输出煤粉流量，其中，曲线Fig.6为煤粉流量-气化炉压力线性关系曲线；
2)停车/正常工况
煤烧嘴投料完成后，用实际测量的氧气流量来限制煤粉流量，当实际测量的氧气流量*系数b大于氧气流量设定值时，煤粉流量调节器根据实际测量的氧气流量*系数b来控制煤粉流量，系数b为设定值，范围为0.8～0.95。
氧气流量*系数b设计的目的是以实际氧气流量来限定煤粉流量的最小值。异常工况(如氧气流量突然变大)使用。正常工况下，煤粉流量由氧气流量调节器的设定值来控制。系数b不会随着其他条件改变，其值的大小反映实际氧气流量波动多大幅度会影响到煤粉流量的调节。
氧气流量设定值由氧气流量调节器设定。
曲线Fig.6为煤粉流量-气化炉压力线性关系曲线，该线性关系曲线是根据气化炉开车及设备允许最大工况计算得出。
作为优选，煤烧嘴投料过程中，可选择操作员手动调整煤粉流量值，当选择曲线Fig.6时，操作员手动调整煤粉流量值实时跟踪曲线Fig.6对应的输出煤粉流量值。
作为优选，所述曲线Fig.6与氧气流量控制过程的曲线Fig.1的氧碳比相对应。
作为优选，所述蒸汽流量控制过程中根据实际测量的氧气流量*汽氧比率设定值输出蒸汽流量，汽氧比率设定值范围为0.05～0.15。
气化炉加蒸汽的目的是降低气化炉燃烧室内温度，汽氧比率设定值可由操作员根据气化炉内温度进行调整。
作为优选，所述蒸汽流量控制过程中可选择手动调整蒸汽流量值。
与现有技术相比，本发明的粉煤和气化剂进料控制方法具有以下突出的有益效果：所述的粉煤和气化剂进料控制方法中，用实际测量的煤粉流量来限制氧气流量，以实际测量的氧气流量来限制煤粉、蒸汽流量，从而使煤粉、氧气、蒸汽能够完全根据当前气化炉负荷及组分要求以一定比例输送到气化炉进行燃烧反应，防止因煤粉量或氧气、蒸汽量波动而造成气化炉联锁停车或烧嘴损坏，提高了气化炉生产过程的稳定性，节约人工成本。
附图说明
图1是本发明所述氧气流量控制过程示意图；
图2是曲线Fig.2所示氧气流量调节阀开度-气化炉压力线性关系曲线示意图；
图3是曲线Fig.3所示氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线示意图；
图4是曲线Fig.4所示氧气流量最大值氧气流量-气化炉压力线性关系曲线示意图；
图5是曲线Fig.1所示开车工况氧气流量-气化炉压力线性关系曲线示意图；
图6是本发明所述煤粉流量控制过程示意图；
图7是Fig.6所示煤粉流量-气化炉压力线性关系曲线示意图；
图8是本发明所述蒸汽流量控制过程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的粉煤和气化剂进料控制方法作进一步详细说明。
实施例
本发明的粉煤和气化剂进料控制方法，包括氧气流量控制、煤粉流量控制及蒸汽流量控制。根据气化炉压力、实际煤粉流量进行氧气流量控制，根据气化炉压力、实际氧气流量进行煤粉流量控制，根据实际氧气流量进行蒸汽流量控制。
如图1所示，根据气化炉压力、实际煤粉流量进行氧气流量控制的具体操作过程如下：
气化炉上的氧气流量调节阀1上方为选择开关一2，选择开关一2有两路输入，其中一路输入为氧气流量调节器3的输出，另一路输入为曲线Fig.2的输出。曲线Fig.2的输入为气化炉压力。曲线Fig.2表示开车工况，曲线Fig.2分为三段，具体如下表1所示：
表1
关系曲线(％) 压力范围(MPa)
Y2＝25 X2<3.0
Y2＝9.75X2-4.216 3.0<X2<3.8
Y2＝32.8 X2>3.8
曲线Fig.2的氧气流量调节阀开度-气化炉压力线性关系曲线如图2所示。
曲线Fig.1和曲线Fig.2设置的目的是实现氧气流量控制的无忧切换。如图1所示，开车工况时，选择开关一2和选择开关二13均在左侧，在选择开关一2切换到右侧即氧气流量调节器3时，氧气流量调节器3的实际测量值和设定值(设定值在选择开关二13左侧时)保持一致，实现无忧切换。气化炉共涉及三个烧嘴，正常开车时，气化炉升压至3.0MPa，三个烧嘴同时投入。在正常运行中存在一条烧嘴停车工况，此时气化炉压力可能在3.0-3.8MPa，因此设计曲线Fig.1和曲线Fig.2对应不同开车工况。
氧气流量调节器3表示停车/正常工况，即在煤烧嘴投料(煤粉、氧气、蒸汽)过程中，选择开关一2选择曲线Fig.2，煤烧嘴投料完成后，选择开关一2选择氧气流量调节器3。选择开关一2的切换动作无需人工干预，由程序设定。
氧气流量调节器3的设定值由其上方的高选控制器一4的输出给定，高选控制器一4的两路输入分别为曲线Fig.3的输出和其上方的低选控制器一5的输出。曲线Fig.3的输入为气化炉压力。曲线Fig.3分为三段，具体如下表2所示：
表2
关系曲线(kg/s) 压力范围(MPa)
Y3＝1.058 X3<3.0
Y3＝0.363X3-0.033 3.0<X3<3.8
Y3＝1.349 X3>3.8
曲线Fig.3的氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线如图3所示。
低选控制器一5的输入为曲线Fig.4的输出和其上方的速率限制模块6的输出。曲线Fig.4分为三段，具体如下表3所示：
表3
关系曲线(kg/s) 压力范围(MPa)
Y4＝1.18 X4<3.0
Y4＝3.16X4-8.3 3.0<X4<3.8
Y4＝3.708 X4>3.8
曲线Fig.4的氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线如图4所示。
速率限制模块6的输入为低选控制器二7的输出。低选控制器二7的输入分别为乘法功能块中实际测得的煤量8*氧碳比9*系数a10和手/自动选择开关11的输出。系数a10的取值为1.1。氧碳比9为根据气化炉压力得出的曲线Fig.5，曲线Fig.5分为三段，具体如下表4所示，其中本发明中碳氧比为-0.2，
表4
手/自动选择开关11的输入为操作员手动设定值12及选择开关二13的输出。手/自动选择开关11由操作员操作，该开关不受程序的控制。
选择开关二13的输入分别为来自于气化炉总负荷控制14及低选控制器三15的输出。低选控制器三15的输入为曲线Fig.1的输出及高选控制器一4的输出。曲线Fig.1的输入为气化炉压力。曲线Fig.1分为三段，具体如下表5所示：
表5
关系曲线(kg/s) 压力范围(MPa)
Y1＝1.058 X1<3.0
Y1＝0.363X1-0.033 3.0<X1<3.8
Y1＝1.349 X1>3.8
曲线Fig.1的开车工况氧气流量-气化炉压力线性关系曲线如图5所示。
选择开关二13的两路输入代表不同的工况，低选控制器三15表示开车工况，气化炉总负荷控制14表示停车/正常工况，即在煤烧嘴投料(煤粉、氧气、蒸汽)过程中，选择开关二13选择低选控制器三15，煤烧嘴投料完成后，选择开关二13选择来自气化炉总负荷控制14。选择开关二13的切换动作正常时无需人工干预，由程序设定，异常情况，操作员可手动干预。
曲线Fig.1：根据气化炉压力得出开车氧气流量。
曲线Fig.2：根据气化炉压力得出开车氧气流量调节阀初始阀位。
曲线Fig.3：根据气化炉压力得出停车/正常工况下气化炉负荷氧气流量最小值。
曲线Fig.4：根据气化炉压力得出停车/正常工况下气化炉负荷氧气流量最大值。
低选控制器二7的作用是用实际测量的煤粉流量来限制氧气流量，即气化炉负荷设定的氧气流量低于实际煤量8*氧碳比9*系数a10时，气化炉负荷设定的氧气流量就被限制，实际气化炉负荷设定流量转变为实际煤量8*氧碳比9*系数a10。
对该过程的描述为：
初始状态：选择开关一2选择氧气流量调节器3的输出，手/自动选择开关11处于自动状态，选择开关二13选择来自于气化炉总负荷控制14。
在煤烧嘴投料过程中：选择开关一2选择曲线Fig.2输出给定氧气流量调节阀1的初始阀位，当煤烧嘴投料完成后，选择开关2选择氧气流量调节器3的输出。为保证选择开关一2在切换过程中实现无扰切换，曲线Fig.2输出初始阀位下的氧气流量应与曲线Fig.1输出氧气流量相对应，同时曲线Fig.3与曲线Fig.1输出氧气流量至少最小值应相同。
如图6所示，根据气化炉压力、实际氧气流量进行煤粉流量控制的具体操作过程如下：
煤粉流量调节阀16上方为煤粉流量调节器17，煤粉流量调节器17上方为选择开关三18。选择开关三18的一路输入为选择开关四19的输出，代表开车工况，即在煤烧嘴投料过程中，选择开关三18选择选择开关四19。选择开关四19的两路输入分别为操作员手动调整煤量处20及曲线Fig.6的输出，选择开关四19切换动作无需人工干预，由程序设定，异常情况可人工干预。曲线Fig.6为气化炉所对应的煤量。曲线Fig.6分为三段，具体如下表6所示：
表6
关系曲线(kg/s) 压力范围(MPa)
Y6＝2.083 X6<3.0
Y6＝0.896X6-0.605 3.0<X6<3.8
Y6＝2.8 X6>3.8
曲线Fig.6的煤粉流量-气化炉压力线性关系曲线如图7所示。
曲线Fig.6与氧气流量控制回路中开车初始氧气流量曲线Fig.1应根据工艺设计投料碳氧比相对应。同时为实现选择开关四19在切换过程中无扰动，操作员手动调整煤量处20在选择开关四19选择曲线Fig.6时，该煤量设定值应实时跟踪曲线Fig.6的输出值。
选择开关三18的另一路输入为乘法功能块21，代表正常工况，即煤烧嘴投料完成后，选择开关三18选择乘法功能块21。选择开关三18的切换动作无需人工干预，由程序设定。乘法功能块21有两路输入，分别为氧气流量高选功能块22的输出及碳氧比例求倒数功能块23的输出。碳氧比例求倒数功能块23上方为限幅功能块24，用以限制氧碳比的范围在工艺设计范围内，防止误操作。限幅功能块24上方为气化炉氧碳比设定处25及操作员根据单条煤线运行情况针对碳氧比设定的微调处26。微调功能块27的输出应与氧气流量控制回路中用煤量限制限制氧气流量时，所用的碳氧比9相对应。氧量高选功能块22的输入分别为实际现场流量变送器所测得的氧气流量28*系数b29和氧气流量调节器3的设定值。本实施例中系数b29的值为0.8。
氧量高选功能块22用实际测量的氧气流量来限制煤粉流量，当实际现场流量变送器所测得的氧气流量28*系数b29大于氧气流量调节器3的设定值时，煤粉流量调节器17将根据实际现场流量变送器所测得的氧气流量28*系数b29来控制煤粉流量。其中选择开关五30在氧气流量控制回路中，氧气流量调节器3为手动控制时，氧气流量大小不受氧气流量调节器设定值的影响，此时选择开关五30拨到“0kg/s”，此时煤粉流量调节器17设定值由实际现场流量变送器所测得的氧气流量28来控制，以保证氧碳比在设计范围内。
如图8所示，根据实际氧气流量进行蒸汽流量控制的具体操作过程如下：
蒸汽流量调节阀31上方为蒸汽流量调节器32，蒸汽流量调节器32上方为高选控制器二33，高选控制器二33有两路输入，其中一路为最小设计流量34，另一路为手/自动选择开关35。手/自动选择开关35有两路输入，其中一路为操作员手动设定处36，另一路为根据实际现场流量变送器所测得的氧气流量37*汽氧比率设定值38，汽氧比率设定值为手动设定，本实施例中为0.05。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：所述控制方法包括氧气流量控制、煤粉流量控制及蒸汽流量控制，其中，根据气化炉压力、实际煤粉流量进行氧气流量控制，根据气化炉压力、实际氧气流量进行煤粉流量控制，根据实际氧气流量进行蒸汽流量控制。
2.根据权利要求1所述的粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：所述氧气流量控制过程为：
1）开车工况
煤烧嘴投料过程中，根据曲线Fig.1对应的气化炉压力输出氧气流量，根据曲线Fig.2对应的气化炉压力输出氧气流量调节阀初始阀位，其中，曲线Fig.1为开车工况氧气流量-气化炉压力线性关系曲线，曲线Fig.2为氧气流量调节阀开度-气化炉压力线性关系曲线；
2）停车/正常工况
煤烧嘴投料完成后，根据曲线Fig.3对应的气化炉压力控制停车/正常工况下氧气流量最小值，根据曲线Fig.4对应的气化炉压力控制停车/正常工况下氧气流量最大值，其中，曲线Fig.3为氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线，曲线Fig.4为氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线；当气化炉负荷设定的氧气流量低于实际煤量*氧碳比*系数a时，气化炉负荷设定的氧气流量被限制，实际气化炉负荷设定的氧气流量转变为实际煤量*氧碳比*系数a，其中，曲线Fig.5为碳氧比-气化炉压力线性关系曲线，系数a为设定值，范围为1.05～1.1。
3.根据权利要求2所述的粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：曲线Fig.2对应的氧气流量调节阀开度与曲线Fig.1下输出氧气流量一一对应。
4.根据权利要求3所述的粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：曲线Fig.3与曲线Fig.1对应输出的氧气流量最小值相同。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：所述煤粉流量控制过程为：
1）开车工况
煤烧嘴投料过程中，根据曲线Fig.6对应的气化炉压力输出煤粉流量，其中，曲线Fig.6为煤粉流量-气化炉压力线性关系曲线；
2）停车/正常工况
煤烧嘴投料完成后，用实际测量的氧气流量来限制煤粉流量，当实际测量的氧气流量*系数b大于氧气流量设定值时，煤粉流量调节器根据实际测量的氧气流量*系数b来控制煤粉流量，系数b为设定值，范围为0.8～0.95。
6.根据权利要求5所述的粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：煤烧嘴投料过程中，可选择操作员手动调整煤粉流量值，当选择曲线Fig.6时，操作员手动调整煤粉流量值实时跟踪曲线Fig.6对应的输出煤粉流量值。
7.根据权利要求6所述的粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：所述曲线Fig.6与氧气流量控制过程的曲线Fig.1的氧碳比相对应。
8.根据权利要求7所述的粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：所述蒸汽流量控制过程中根据实际测量的氧气流量*汽氧比率设定值输出蒸汽流量， 汽氧比率设定值范围为0.05～0.15。
9.根据权利要求8所述的粉煤和气化剂进料控制方法，其特征在于：所述蒸汽流量控制过程中可选择手动调整蒸汽流量值。
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