本发明专利技术公开了一种多喷嘴对置式水煤浆气化炉炉膛温度先进控制方法，其中包括：气化炉氧煤比例控制，气化炉炉膛温度控制和喷嘴均衡控制，以及炉膛温度控制实施操作方法。采用本发明专利技术所述的气化炉炉膛温度控制方案，能解决基础控制回路氧煤比波动大，四路喷嘴流量不均衡，和火焰偏喷的问题，在煤种变化频繁，水煤浆流量波动的情况下，能够保证炉膛温度稳定在设定值，各路喷嘴的氧煤比协调一致，避免偏喷现象，从而显著提高气化炉的运行周期，提高煤气化装置的经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及炉膛温度控制方法，涉及多喷嘴对置式水煤浆气化炉炉膛温度控制装置及方法。
技术介绍
我国煤炭资源丰富，油气资源匮乏，这一特殊的能源资源结构决定了煤炭将长期是我国的主要能源。然而，目前我国煤炭利用率总体效率低、污染严重。煤气化是煤炭资源清洁、高效利用的重要途径，是发展能源工业和化学工业的重要技术基础，煤气化技术在现代煤基能源与化工系统中具有龙头地位。煤气化技术按进料形态可分为水煤浆气化技术和粉煤气化技术。水煤浆气化技术因其装置投资省、运行可靠和出气化装置合成气水/干气比高，在煤种允许的情况下广泛用于化工合成等系统。不同生产工艺的水煤浆气化流程基本相同，包括水煤浆制备工序、气化及煤气初步净化工序、含渣水处理工序，核心为气化技术。本专利技术针对华东理工大学等设计的多喷嘴对置式气化炉(如专利号200520047515. 3中所示装置)进行控制。多喷嘴对置式水煤浆气化技术相对于国外引进的GE和Destec水煤浆气化技术、干煤粉气化技术在设备投资，运行费用，碳转化率，有效气成分等方面具有很大的优势。多喷嘴对置式气化炉基于撞击流原理，将水煤浆与氧气通过四个对置的喷嘴快速喷入气化炉，通过撞击进行充分混合。在气化炉中，氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐射作用，迅速经历着预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程，最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气和融渣。气流床煤气化的高温(1300 1600°C )、高压(3. 0 6. 5MPa)操作条件以及部分氧化的还原性气氛，使得炉内进行的一系列化学变化与燃烧过程和其它气化工艺有着根本的区别。气化炉的炉膛温度是影响整个水煤浆气化过程的关键因素。如气化炉内温度过高，首先会造成反应气内水分过高，并影响后续工段的操作和运行。此外，炉温过高会影响气化炉的使用周期，造成耐火砖等等损坏。经验表明，当气化炉的操作温度以1400°C为基点时，每变化10°C则耐火砖的使用寿命变化10%，运行温度升高50°C持续3 5天，拱顶炉砖寿命将明显减少甚至造成折断、脱落、砖缝开裂等，严重时会导致整个系统停车。反之，当炉内温度过低时，会造成反应气内CO含量增加，也会影响后续工段操作和整个系统内的水平衡。因此，控制适宜的气化炉温度对于延长耐火砖的使用寿命，降低运行成本意义重大。尽管气化炉炉膛温度的重要性非常明显，现场仍然缺少对炉膛温度的自动控制控制。多喷嘴对置式气化炉目前采用的操作和控制策略为单独对每个喷嘴的水煤浆和氧气流量进行控制；通过调节各喷嘴氧气流量的设定值对炉膛温度进行控制。该控制策略都在现场的集散控制系统(DCS，Distributed Control Systems)平台上进行实施，完成基本控制功能并对生产过程进行监控。这些基础控制系统保障了气化炉的安全运行，但不能使气化炉的温度控制自动进行，普遍不能适应煤种的频繁变化。主要存在的问题有三个。首先，基本控制方案不能进行单个喷嘴水煤浆流量和氧气流量的比列联动。在水煤浆的流量发生变化时，氧气流量需要经过人工干涉来进行相应以保持合适的氧煤比。第二，没有将温度和氧煤比关联起来，形成控制回路，需要人工进行干涉，通过手动调节氧气喷射量改变炉膛温度。第三，由于各喷嘴单独控制，不能保证炉内火焰的平衡。为了气化炉的稳定长期运行， 需要保证四个喷嘴中喷射水煤浆和氧气量的大致平衡。否则，若单个喷嘴内喷射流量过高， 必然会导致炉内火焰偏离中心，造成局部温度过高。不但会影响气化效率，严重时会击穿耐火砖，并烧坏喷嘴。因此，上述三个问题造成了在煤种变化，煤浆流量变化时，操作员需要对四组喷嘴的氧气喷射量进行长时间的手动调节，以达到再次的生产稳定，操作难度大，时间长， 影响了整个气化过程的效率。因此，为了充分发挥气化装置中DCS和操作设备的潜力，有效地利用原料和能源， 增加装置的经济效益，结合气化生产过程的工艺操作特点，综合应用化学工程和自动控制科学中的最新技术，对气化炉实施炉膛温度控制和喷嘴均衡控制，使气化炉各项工艺参数稳定在最优工作状态，具有极其重要的实用价值。
技术实现思路
为了克服以上所提及现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种多喷嘴对置式气化炉的控制方法，该方案内容如下气化炉氧煤比例控制根据气化炉操作要求，首先单个喷嘴喷射进入气化炉内的水煤浆与氧气比例应该始终稳定，从而达到较好的燃烧与气化效果。氧煤比的波动首先会造成火焰偏离中心，其次会导致炉膛温度的波动，进而影响合成气的组成。因此，本专利技术中的控制方法首先要求能够在气化炉的操作过程中稳定控制氧气与干煤喷射量的比例。图1中所示为针对单个喷嘴开发的氧煤比例控制策略，实线标识的控制模块(煤浆流量控制与氧气流量控制)和信息流 (两个控制器的设定值与测量值)均为现有的基础控制回路；用虚线标识的模块和信息流为本专利技术添加内容。在DCS上实现时，基础的流量控制均采用传统的PID控制算法。在图1 中，干煤计算模块，采用煤浆流量、煤浆浓度，干煤密度等测量值为输入，间接计算通过该喷嘴进入气化炉内的碳流量。氧煤比例控制模块根据计算出的干煤流量和给定的氧煤比来计算氧气流量控制器的设定值 O1sp = RatiO1olc · Flowrate1c(1)其中O；为第i个喷嘴的比例控制器输出，也为第i个喷嘴的氧流量控制器的设定值，丨为第i个喷嘴的干煤流量，如下计算Flowrate1c = pcoal · Flowrate1sluny · Consluny(2)ρ。。al为干煤密度，Ftowmfelny为第i个喷嘴的水煤浆流量，Conslurry为水煤浆浓度。气化炉炉膛温度控制和喷嘴均衡控制首先，本专利技术的炉膛温度控制要求通过调节氧煤比来控制炉膛温度，在温度偏低时增加氧气的喷射量来提高温度，反之则减少氧气的喷射量。然而，如果将炉膛温度和各个喷嘴的比例控制系统直接串级起来，进行控制，容易造成炉内火焰偏喷现象。首先，各喷嘴的煤浆流量计和氧气流量计存在着不同的偏差。如果以温度控制器的输出直接作为比例控制器的设定值，必然会要求不同喷嘴的比例控制系统按照同样的比例值来控制氧气流量达到同样的氧气流量设定值(假设各喷嘴的水煤浆流量相同)。然而由于流量计偏差，实际从各喷嘴喷入炉膛的水煤浆和氧气流量并不相同，因此造成偏喷。造成偏喷的第二个原因就是，在调节单个炉管的氧煤比时，不能考虑其他喷嘴的喷射流量，因此不能平衡各喷嘴之间的流量，造成偏喷。总之，在设计控制方案时，要求能够将温度控制和比例控制串级起来，并且通过相对的调节各喷嘴的氧煤比来控制温度，而不是绝对的使各喷嘴的流量保持一致。为了解决温度控制和各喷嘴的流量平衡问题，本专利技术在比例控制的基础上提出了如图2所示的控制方案。图2中，所示的实线模块为基础控制模块和比例控制模块，所示虚线模块为本专利技术提出的温度控制与喷嘴均衡控制模块。本专利技术添加的炉膛温度控制器采用传统的PID控制模块在DCS上实现。炉膛温度控制器的输出为与氧煤比相对应的相对数值， 一般为0-100之间的实数。炉膛温度控制器通过调节这个相对数值的输出，改变均衡模块的输出，进而影响氧煤比例控制模块的设定值，从而达到对炉膛温度控制的目的。而为了保证喷嘴之间的流量平衡，专利技术的喷嘴均衡模块通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．多喷嘴对置式水煤浆气化炉炉膛温度控制装置，包括一单嘴氧煤比控制模块，该模块包括：煤浆流量控制器，该控制器以水煤浆流量设定值和测量值为输入，以调节阀门使流量达到设定值；氧气流量控制器，该控制器以氧气流量设定值和测量值为输入，以调节阀门使流量达到设定值；其特征在于，还包括：干煤流量计算模块，该模块以水煤浆流量测量值、水煤浆浓度测量值和干煤密度测量值为输入，进行以下操作：其中为第ｉ个喷嘴的干煤流量测量值，ρｃｏａｌ为干煤密度测量值，为第ｉ个喷嘴的水煤浆流量测量值，Ｃｏｎｓｌｕｒｒｙ为水煤浆浓度测量值，以所得干煤流量为输出；该模块还包括：氧煤比控制器，该控制器以氧煤比设定值和前述干煤流量控制器输出，即干煤流量，为输入，进行以下操作：其中，为第ｉ个喷嘴的比例控制器输出，也为第ｉ个喷嘴的氧流量控制器的设定值，为第ｉ个喷嘴的干煤流量，为该氧煤比控制器的设定值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钱锋，程辉，钟伟民，杜文莉，刘朝，孔祥东，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31
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