CN108828940A - 一种气化炉负荷控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气化炉负荷控制方法，属于煤气化自动控制技术领域。本发明的气化炉负荷控制方法根据不同工况及n个烧嘴的控制模式，将气化炉总氧气流量自动调整分配给n个烧嘴，其中，烧嘴的控制模式包括负荷控制和非负荷控制。该发明的气化炉负荷控制方法能够实时根据当前烧嘴运行情况对气化炉总负荷及单烧嘴负荷进行自动控制与调节，防止煤粉或气化剂单独过量，稳定生产，节约人工成本，具有很好的推广应用价值。

Description

一种气化炉负荷控制方法
技术领域
本发明涉及煤气化自动控制技术领域，具体提供一种气化炉负荷控制方法。
背景技术
煤的气化过程是煤粉与气化剂(氧气、水蒸气)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、欠氧化等反应，从而将固态的煤炭转化成气态的以CO+H2为主要混合气体的粗合成气。
当前采用下行水激冷煤粉气化工艺中，气化炉总负荷无法根据烧嘴运行情况进行自动调整，当烧嘴运行情况发生变化时，人工调整滞后，极易造成碳氧比高引起气化炉停车甚至烧嘴损坏，给气化炉的正常运行带来不利的影响，甚至会造成气化炉停车，降低工作效率，增加成本。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种能够实时根据当前烧嘴运行情况对气化炉总负荷及单烧嘴负荷进行自动控制与调节，防止煤粉或气化剂单独过量，稳定生产，节约人工成本的气化炉负荷控制方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种气化炉负荷控制方法，所述控制方法根据不同工况及n个烧嘴的控制模式，将气化炉总氧气流量自动调整分配给n个烧嘴，其中，烧嘴的控制模式包括负荷控制和非负荷控制，当n个烧嘴均处于负荷控制时，气化炉总氧气流量平均分配至n个烧嘴；当有m个烧嘴处于非负荷控制时，气化炉总氧气流量减去该m个烧嘴氧气流量后，平均分配至其余n-m个烧嘴；当有一个烧嘴停车时，气化炉总氧气流量平均分配至运行的n-1个烧嘴；当有n-1或n个烧嘴停车时，气化炉停车，其中，m不小于1且m不大于n-1。
烧嘴负荷控制和非负荷控制根据单条烧嘴氧气流量控制回路来判断。在单条烧嘴氧气流量控制回路中，气化炉上的氧气流量调节阀S上方为选择开关A，选择开关A有两路输入，其中一路输入为氧气流量调节器的输出，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。氧气流量调节器的线路上受选择开关B和选择开关C的控制，当单条烧嘴氧气流量控制回路同时满足下列条件时表示该烧嘴处于负荷控制模式，否则为非负荷控制模式。
(1)氧气流量调节阀S处于自动状态；
(2)氧气流量调节器处于“串级”状态；
(3)选择开关A选择右路；
(4)选择开关B选择左路；
(5)选择开关C选择右路。
该气化炉负荷控制方法能够实时根据当前烧嘴运行情况，对气化炉总氧气流量及单烧嘴氧气流量进行自动控制与调节，防止煤粉或气化剂单独过量，稳定生产，节约人工成本。
作为优选，所述控制方法包括以下情形：
1)单烧嘴氧气流量控制
开车工况，即烧嘴投料过程中，根据曲线Fig.1对应的气化炉压力控制开车工况下单烧嘴的氧气流量最大值，其中，曲线Fig.1为单烧嘴氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线；
2)气化炉总氧气流量控制
开车或开车初期，根据曲线Fig.2对应的气化炉压力控制气化炉总氧气流量最小值；开车工况，即烧嘴投料过程中，根据曲线Fig.3对应的气化炉压力控制全工况下气化炉总氧气流量最大值，其中，曲线Fig.2为气化炉总氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线，曲线Fig.3为气化炉总氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线。
作为优选，正常/停车工况时，单烧嘴的氧气流量最大值为常数a。
所述常数a为根据烧嘴设计参数确定的烧嘴运行极限。该常数a用于限制由气化炉总氧气流量分配至单个烧嘴的最大氧气流量。
作为优选，正常/停车工况时，气化炉的总氧气流量最小值为常数b。
所述常数b的值由气化炉总负荷为70％时确定，该值出于以下方面考虑得出：低负荷运行能耗较高，不经济；气化炉在低负荷下，工况波动较大，不易稳定，经现场测试，总负荷70％时，气化炉各工艺参数能够很好的稳定下来。
作为优选，曲线Fig.1对应的单烧嘴氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线，用于气化炉投料过程中，烧嘴由非负荷控制切换至负荷控制时，实现无扰切换。
曲线Fig.1的确定方法如下：
1、确定烧嘴投料时，气化炉压力(本发明中，烧嘴投料过程中，气化炉压力为3.0Mpa)。
2、确定气化炉投料总氧气流量(本发明中气化炉满负荷为10.11kg/s，投料总氧气流量为3.174kg/s，分配至单烧嘴氧气流量为1.058kg/s)。
3、确定气化炉最大工作压力及在最大工作压力下，气化炉投料总氧气流量(本发明中气化炉最大工作压力为3.8Mpa，该压力下气化炉投料氧气流量为4.047kg/s，分配至单烧嘴氧气流量为1.349kg/s)。
确定以上三点后，以气化炉压力为横坐标，单烧嘴氧气流量为纵坐标，列出各工况点(0,1.058)、(3.0,1.058)、(3.8,1.349)、(4.8,1.349)。
由(0,1.058)和(3.0,1.058)两点确定第一段曲线为Y1＝1.058，X1<3.0；
由(3.0,1.058)和(3.8,1.349)两点确定第二段曲线为Y1＝0.3638X1-0.0333，3.0<X1<3.8；
由(3.8,1.349)和(4.8,1.349)确定第三段曲线为Y1＝1.349，X1>3.8。
作为优选，曲线Fig.2对应的气化炉总氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线，用于限定不同气化炉压力下，气化炉氧气流量低限。
曲线Fig.2应用于开车过程及开车初期，只需确定气化炉总氧气流量不低于气化炉投料氧气流量即可。本发明中气化炉满负荷为10.11kg/s，投料总氧气流量为3.174kg/s，因此以气化炉压力为横坐标，投料总氧气流量为纵坐标，根据(0,3.174)、(3.0,3.174)、(3.8,3.174)、(4.8,3.174)确定曲线Fig.2。
由(0,3.174)和(3.0,3.174)两点确定第一段曲线为Y2＝3.174，X2<3.0；
由(3.0,3.174)和(3.8,3.174)两点确定第二段曲线为Y2＝3.174，3.0<X2<3.8；
由(3.8,3.174)和(4.8,3.174)两点确定第三段曲线为Y2＝3.714，X2>3.8。
作为优选，曲线Fig.3对应的气化炉总氧气流量最大值-气化炉压力线性曲线，用于限定不同气化炉压力下，气化炉氧气流量高限。
曲线Fig.3的确定方法如下：
1、确定烧嘴投料时，气化炉压力(本发明中烧嘴投料时，气化炉压力为3.0Mpa)。
2、确定气化炉压力在3.0Mpa下，最大气化炉总氧气流量(本发明中气化炉满负荷为10.11kg/s，3.0Mpa下最大总氧气流量为4.047kg/s)。
3、确定气化炉最大工作压力及最大工作压力下，气化炉最大总氧气流量(本发明中气化炉最大工作压力为3.8Mpa，该压力下气化炉最大总氧气流量为10.72kg/s)。
确定以上三点后，以气化炉压力为横坐标，单烧嘴氧气流量为纵坐标，列出各工况点(0,4.047)、(3.0,4.047)、(3.8,10.72)、(4.8,10.72)。
由(0,4.047)和(3.0,4.047)两点确定第一段曲线为Y3＝4.047，X3<3.0；
由(3.0,4.047)和(3.8,10.72)两点确定第二段曲线为Y3＝8.3412X2-0.0333，3.0<X3<3.8；
由(3.8,10.72)和(4.8,10.72)两点确定第三段曲线为Y3＝10.72，X3>3.8。
与现有技术相比，本发明的气化炉负荷控制方法具有以下突出的有益效果：所述气化炉负荷控制方法能够实时根据当前烧嘴运行情况，对气化炉总氧气流量及单烧嘴氧气流量进行自动控制与调节，防止煤粉或气化剂单独过量，可以稳定生产，节约人工成本，具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明所涉及的单条烧嘴氧气流量控制回路示意图；
图2是本发明所述气化炉负荷控制方法的控制过程示意图；
图3是曲线Fig.1所述单烧嘴氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线示意图；
图4是曲线Fig.2所述气化炉总氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线示意图；
图5是曲线Fig.3所述气化炉总氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的气化炉负荷控制方法作进一步详细说明。
实施例
本实施例中以烧嘴的数量为三个进行说明。
根据不同工况及三个烧嘴的控制模式，将气化炉总氧气流量自动调整分配给三个烧嘴。
1)当三个烧嘴均处于负荷控制模式时，气化炉总氧气流量平均分配至三个烧嘴。
2)当有一个烧嘴处于非负荷控制模式时，将气化炉总氧气流量减去该烧嘴氧气流量，再平均分配至另外两个烧嘴。
3)当两个烧嘴处于非负荷控制模式时，将气化炉总氧气流量减去这两个烧嘴氧气流量，再分配至另一个烧嘴。
4)当有一个烧嘴停车时，将气化炉总氧气流量平均分配至运行的两个烧嘴(不超过单烧嘴氧气流量极限)。
5)当有两个或两个以上烧嘴停车时，气化炉停车。
其中，通过计算功能块7的计算实现以上气化炉氧气流量分配。
判断烧嘴是否处于负荷控制模式方法如下(以一个烧嘴为例，其余两个烧嘴相同)：
如图1所示为单条烧嘴负荷控制回路，氧气流量调节阀S、氧气流量调节器、选择开关A、选择开关B和选择开关C的位置及连接关系如图所示。当该回路中同时满足一下条件时，表示该烧嘴处于负荷控制模式，否则为非负荷控制模式(该过程为自动判断，无需人工干预)：
(1)氧气流量调节阀S处于自动状态；
(2)氧气流量调节器处于“串级”状态；
(3)选择开关A选择右路；
(4)选择开关B选择左路；
(5)选择开关C选择右路。
如图2所示，本发明的气化炉负荷控制方法的控制过程如下：
烧嘴1、烧嘴2、烧嘴3分别接收低选功能块4、低选功能块5、低选功能块6的输入。其中低选功能块4、低选功能块5、低选功能块6的两路输入相同，一路为速率限制功能块10的输出，另一路为计算功能块7的输出。
速率限制功能块10的输入为选择开关一8的输出，选择开关一8的两路输入分别为单烧嘴氧气流量最大值a的输出9和曲线Fig.1的输出。曲线Fig.1的输入为气化炉压力。曲线Fig.1表示开车工况，曲线Fig.1分为三段，具体如下表1所示：
表1
关系曲线(kg/s) 压力范围(MPa)
Y1＝1.058 X1<3.0
Y1＝0.3638X1-0.0333 3.0<X1<3.8
Y1＝1.349 X1>3.8
曲线Fig.1的单烧嘴氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线示意图如图3所示。
曲线Fig.1设置的目的是，用于气化炉投料过程中，烧嘴由非负荷控制切换至负荷控制时，实现无扰切换。如图1所示，烧嘴投料过程中选择开关一8在左侧选择曲线Fig.1，在该过程中，烧嘴由非负荷控制切换至负荷控制时进入到烧嘴中的氧气流量保持一致。烧嘴投料完成后，选择开关一8选择单烧嘴氧气流量最大值a的输出9。单烧嘴氧气流量最大值a为3.711kg/s，该值为单烧嘴110％负荷时计算得出。选择开关一8的切换动作无需人工干预，由程序预设给定。
计算功能块7的输入为高选功能块11的输出，高选功能块11的两路输入分别为选择开关二12和低选功能块13。选择开关二12的两路输入分别为气化炉总氧气流量最小值b的输出14和曲线Fig.2的输出，曲线Fig.2的输入为气化炉压力。曲线Fig.2表示开车或开车初期，曲线Fig.2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)
Y2＝3.174 X2<3.0
Y2＝3.174 3.0<X2<3.8
Y2＝3.174 X2>3.8
曲线Fig.2的气化炉总氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线示意图如图4所示。
如图2所示，在开车或开车初期，气化炉总氧气流量的控制选择曲线Fig.2，投料完成后，气化炉总氧气流量选择气化炉总氧气流量最小值b的输出14。气化炉总氧气流量最小值b为7.08kg/s，该值为气化炉70％负荷时计算得出。选择开关二12的切换动作由操作员根据实际工况确认后进行切换。
低选功能块13的两路输入分别为曲线Fig.3的输出和经过速率功能块15限制的气化炉负荷调整点16。曲线Fig.3表示全工况，曲线Fig.3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)
Y3＝4.047 X3<3.0
Y3＝8.3412X3-0.0333 3.0<X3<3.8
Y3＝10.72 X3>3.8
曲线Fig.3的气化炉总氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线示意图如图5所示。
如图2所示，在全工况下，当速率功能块15的输出大于曲线Fig.3的输出时，气化炉总氧气流量的控制由曲线Fig.3的输出决定，否则均由速率功能块15的输出决定。
低选功能块4、低选功能块5、低选功能块6设置的目的为：
1)保证开车过程中，三条烧嘴由开车切至负荷控制时，无扰切换；
2)限制单烧嘴最大负荷。
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 (7)

1.一种气化炉负荷控制方法，其特征在于：所述控制方法根据不同工况及n个烧嘴的控制模式，将气化炉总氧气流量自动调整分配给n个烧嘴，其中，烧嘴的控制模式包括负荷控制和非负荷控制，当n个烧嘴均处于负荷控制时，气化炉总氧气流量平均分配至n个烧嘴；当有m个烧嘴处于非负荷控制时，气化炉总氧气流量减去该m个烧嘴氧气流量后，平均分配至其余n-m个烧嘴；当有p个烧嘴停车时，气化炉总氧气流量平均分配至运行的n-p个烧嘴；当有n-1或n个烧嘴停车时，气化炉停车，其中，n为大于1的自然数，m为不小于1且不大于n-1的自然数，p为不小于1且不大于n-2的自然数。
2.根据权利要求1所述的气化炉负荷控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下情形：
1)单烧嘴氧气流量控制
开车工况，即烧嘴投料过程中，根据曲线Fig.1对应的气化炉压力控制开车工况下单烧嘴的氧气流量最大值，其中，曲线Fig.1为单烧嘴氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线；
2)气化炉总氧气流量控制
开车或开车初期，根据曲线Fig.2对应的气化炉压力控制气化炉总氧气流量最小值；根据曲线Fig.3对应的气化炉压力控制全工况下气化炉总氧气流量最大值，其中，曲线Fig.2为气化炉总氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线，曲线Fig.3为气化炉总氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线。
3.根据权利要求1或2所述的气化炉负荷控制方法，其特征在于：正常/停车工况时，单烧嘴的氧气流量最大值为常数a。
4.根据权利要求3所述的气化炉负荷控制方法，其特征在于：正常/停车工况时，气化炉的总氧气流量最小值为常数b。
5.根据权利要求4所述的气化炉负荷控制方法，其特征在于：曲线Fig.1对应的单烧嘴氧气流量最大值-气化炉压力线性关系曲线，用于气化炉投料过程中，烧嘴由非负荷控制切换至负荷控制时，实现无扰切换。
6.根据权利要求5所述的气化炉负荷控制方法，其特征在于：曲线Fig.2对应的气化炉总氧气流量最小值-气化炉压力线性关系曲线，用于限定不同气化炉压力下，气化炉总氧气流量低限。
7.根据权利要求6所述的气化炉负荷控制方法，其特征在于：曲线Fig.3对应的气化炉总氧气流量最大值-气化炉压力线性曲线，用于限定不同气化炉压力下，气化炉总氧气流量高限。
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