德士古水煤浆气化装置的特殊调节回路

德士古水煤浆气化装置的特殊调节回路一、氧气流量调节氧煤化比（O/C）控制)F7f/V3h,L/P/UWH煤气化装置气化炉主要操作参数：压力6.5MPa(G),温度1300~1500℃,所用原料为约65%浓度的水煤浆和98%~99.5%纯度的氧气。水煤浆和两路氧气经三流喷嘴喷入炉内进行有控制的不完全燃烧，产生H2、CO、CO2、CH4及其他气体。气化的目的是要尽量提高合成气中H2+CO的百分含量，这就必须控制氧/煤比（O/C），使O/C的比值较低。但O/C的比值较低时，气化炉的炉温较低，煤渣的流动性差，易堵塞气化炉的排渣口及下降管，不利于气化炉长期连续运转。O/C的比值较高时，炉温高，炉内耐火砖加快熔蚀，气化炉的运行寿命受到影响。所以生产中必须根据煤种、氧气纯度和气化炉情况，控制最佳的O/C比气化炉O/C比控制系统由工艺专利商设计，在DCS系统上自动完成。在操作站CRT上设定O/C比和生产负荷量等数值，可自动控制水煤浆和氧气流量。在开车和运行初期，可分别用手动控制，也可分别对煤浆和氧气自动控制回路进行单独控制。O/C比控制系统原理图参见图11-1-2：)d-I&Q4Q6m氧气8q*C;{,G(D3?7R&k$H3d#~6z;h$R9U,M&ZOSP1OMOMP+~0]$Q+@#C&i0@$YOSPO/C设定工程单位调整KIOSP2CSSPSSS1@+G$t$X(d&P;j;BDSSP生产负荷速度限幅DSSP:d/_!D!`.}5m设定SSPSMM#E1d9v-F3g9T水煤浆7H'f:LP(y&v-_3|由图11-1-2可见，气化炉氧煤比（O/C）控制系统包括：①煤浆流量调节回路，含煤浆流量测量、中值选择、流量调节三个环节；8f9i]7j.B;d*b'Q5m②氧气流量调节回路，含氧气流量测量、温度压力补偿、氧气纯度校正、流量调节四个环节；$S#r%E+S+~*b#[.b2i/n③氧煤比交叉耦合调节回路；7Xu+t/Y+y&\(m5J9Gy④负荷控制和交叉限幅选择调节回路。5?9]$K)x8f2|4y(v+Z以下分别说明各个调节回路。4lS$U!G4d（1）煤浆流量调节回路参阅图11-1-2煤浆管线部分。煤浆流量采用两台不同口径的电磁流量计测量，煤浆泵转速也折算成煤浆流量值，三个煤浆流量值输入中值选择器，在DCS中作中值选择，选择其中间值。选中的流量信号为SMM，输入煤浆流量控制器，与煤浆设定值比较，按PID规律输出调节信号至煤浆计量泵调速电机控制器（VVVF），调节煤浆泵电机转速，从而调节进气化炉的煤浆流量。（2）氧气流量调节回路参阅图11-1-2氧气进料管线部分，在氧气管线上，氧气流量用孔板流量剂测量，同时测量氧气温度和压力，在DCS中经温度和压力补偿后得到氧气测量值为OM。OSP1为氧气纯度设定系数，按当时生产的氧气纯度给出。经氧气纯度校正后的氧气最终测量值为OMP，它作为氧气流量控制器的测量值输入，与设定值比较，按PID规律调节进气化炉的氧气流量。4h5jo6y+q;o-|3@9w!N:{~9~（3）氧煤比交叉耦合调节回路氧煤比交叉耦合调节回路是通过氧气和煤浆远程给定，使煤浆和氧气流量两个单参数调节回路耦合起来，交叉控制，组成交叉耦合控制系统。原理图参见图11-1-2。9z!u8AD;LO/C比控制系统涉及到的主要量为：SMM——经中值选择后的煤浆流量；(X2}$H%\#eDSSP——煤浆负荷设定信号，也就是气化炉负荷设定信号；:y7m9s'@#@$M;D#T'T:z3L-N)SSSS——由煤浆量SMM与负荷设定信号DSSP在低选器中比较后所选中的值，它作为氧气比例计算乘法器（比值器）的输入值；OSP2——O/C比设定值；K1——O/C比经工程单位调整后的数值；$Q4y7i#_2R%t4uOSP——氧气控制回路远程设定值，它是K1和SSS经乘法器计算后的值；OMP——温压补偿后又经氧气纯度校正的氧气流量；CSSP——煤浆控制回路远程设定值，它是K1和OMP经除法器计算后的值；3e'n}*d;I8b)k(l%~&t8y)RSSP——煤浆控制回路远程设定值CSSP与负荷设定信号DSSP在高选器中比较后所选中的值，它作为煤浆控制调节器的远程设定值。O/C比设定值在DCS操作站的遥控器上手动给出，其值标为OSP2。OSP2经工程单位调整后为K1，它分为2路，分别输入乘法器和除法器，去控制煤浆流量和氧气流量。O/C比控制实质是一个煤浆和氧气的比率调节回路，其中煤浆流量是基准值，氧气流量是随动的，所需氧气流量的设定值由煤浆流量经O/C比的数值经计算后得出，去氧气调节器自动控制氧气流量，从而实现O/C比控制。+f6U%L8_)p0T,A0w$\（4）负荷控制和交叉限幅选择调节回路气化炉的负荷控制在DCS上设手动负荷控制器，可控制负荷范围内为0~100%。为避免过大的生产负荷扰动，设限幅器，限制负荷升降速率在一定的范围内。同时，设立交叉限幅控制。交叉限幅控制是典型的燃烧控制系统，负荷提高时，首先提高煤浆流量，然后提高氧气流量；负荷降低时首先降低氧气流量，然后降低煤浆流量，这是通过高、低选择器实现的。在煤浆流量控制回路远程设定值信号线上加高选器，使由氧气量计算所得的设定值CSSP与负荷设定值DSSP相比较，选其高者作为煤浆流量控制回路最终远程设定值SSP。在氧气流量控制回路远程设定值信号线上加低选器，使煤浆量中值选择所得的设定值SMM与负荷设定值DSSP相比较，选其低者作为氧气流量控制回路最终远程设定值OSP。这样，负荷设定值DSSP提高时，将首先提高煤浆流量；负荷设定值DSSP降低时，将首先降低氧气流量。交叉限幅控制是一种安全控制措施。$N0|8N[5i4Y2B（5）使用情况尽管O/C自动控制回路设计合理，在日本UBE氨厂有使用经验，但我国几个煤气化装置尚无一家实现O/C自动控制。4F'b*L/_.B^a+[二、气化炉、碳洗塔液位测量和控制;X%sd2f#yV'b1．气化炉液位测量&N'G.e8F&P+s气化炉液位测量就是气化炉激冷室液位测量。气化过程的融渣和气化气通过激冷室的水使高达1300~1500℃以上的物料激冷至约250℃，融渣经激冷变成细渣，通过下降管和锁渣阀到达锁渣罐，气化气通过环隙和挡板送出气化炉。气化炉激冷室要保持一定的液位，才能使高温融渣和气化气激冷下来。所以气化炉激冷室液位是非常重要的，它参与气化炉安全联锁系统，当液位低低时气化炉系列联锁停车。4B#G1_1u0t$c%T3j-v*H因为激冷室液位的重要，故设置双重远传液位计，后来的HN煤气化装置更增加至三重液位计，且在就地设有显示仪表，以便现场随时观察。WH煤气化装置激冷室液位变送器位号为LT-03，LT-04。LT-03选用浮筒式液位变送器，LT-04选用双法兰式液位变送器。WH煤气化装置液位计运行中各有所长，浮筒液位计较灵敏，但值波动较大。双法兰差压变送器示值较稳定，但不太灵敏。操作时，参照具体情况决定采用哪一台液位计的示值。1O/I8T8W4c(e*Qh+E'}由于激冷室黑水中含有较多灰渣，极易堵塞，且设计温度和设计压力较高，水中溶解的无机盐也很高，工程设计中采用在双法兰变送器正负压室用密封水吹扫的方法，一方面吹扫掉灰渣，另一方面降温。但原设计是间断吹扫密封水，使双法兰测量膜盒受热损坏。浮筒液位计虽然没有损坏，但浮筒上沉淀一层碳酸钙类的东西，使示值不太准确。2．气化炉液位调节4D*{0R4o4m(_,w气化炉激冷室液位测量是为了自动调节液位，使液位保持于操作设定值。上面谈到激冷室液位低低会引起气化炉联锁停车，液位高也不行，会使气化气中容易带水，所以要求将激冷室液位控制在一定的范围内，一般在40~50%。为此，WH和HN设计了激冷室液位串级调节系统，或均匀调节系统，即采用激冷室液位串级调节激冷室排出黑水量。激冷室液位的两台测量仪表LT-03，LT-04信号输入选择器LY-05，选择较准确者用于液位控制器LICA-05的输入信号。经PID运算，输出控制信号去激冷室黑水排出流量控制器FICA-12，作为设定值。流量控制器FICA-12自动控制两个调节阀FV-12-1，FV-12-2，两个阀门用手动选择一个或两个。由于激冷室底部黑水含灰渣量较多，这两个调节阀除常规接收流量控制器控制信号，还定时接收一个脉冲信号，使调节阀定期打开一定开度，保持一个时间间隔以排放灰渣。调节阀脉冲设定的时间、高度和时间间隔根据操作运行情况在DCS上可调。从调节原理看，此调节系统也可认为是均匀调节系统，可以通过液位调节器LICA-05和流量调节器FICA-12的PID参数的调整，使流量调节回路的调节质量高一些，液位调节回路的调节质量低一些，从而兼顾液位和流量调节质量。3．碳洗塔液位测量和调节碳洗塔液位测量和调节和气化炉激冷室液位测量和调节相似，但相对要简单，都是单台仪表、单参数、单台调节阀。WH碳洗塔液位测量选用浮筒液位计，技术规格如下：1e0Z.y6]~*vx#F仪表型式浮筒式液位变送器型式扭力管式#|!\4z7G%R)y0{/f8X量程2500mm0m:s*R:]3_浮筒室材质ASTMA351Gr-CF3M'K*L9P'nl'a/D&?浮子材质316LTP.t}6@0Qn+^6j5Z扭力管材质INCONEL附件另外带就地显示液位指示值（电流表），安全栅等.K'F-_;@5W,H碳洗塔液位是单参数调节，但碳洗塔底部设有两条排放管线，碳洗塔液位仅调节靠上部的一路，另一路在碳洗塔底部由流量FIC-04定值调节灰渣的排放。由于FIC-04管线中所含灰渣量更多，流量计和调节阀工作条件更加恶劣，将在下面两节介绍。4．气化炉和碳洗塔液位计的使用和改进&Y5H)Q3?*s/c&X!J+D1T/ULN煤气化装置采用两台法兰式差压变送器，一台气动式，一台电动型。5U'P%o4c2C+V:N(z.~)}!eSHH水煤浆气化装置在浮筒室安装双法兰差压变送器测量激冷室液位，用的效果较好。+X)e.@)@1t;`#k6PNH煤气化装置激冷室液位采用两台浮筒式液位计和一台双法兰液位计，使用情况良好。联锁关系也修改成3取2，WH是2取1。3取2更加合理。目前看，采用双法兰差压变送器式液位计测量激冷室和碳洗塔液位更受欢迎，WH煤气化装置已经修改过了。首先，双法兰液位计价格约是浮筒式液位计价格的一半；其二，因为浮筒液位计的浮筒挂灰是不可防的，而法兰密封膜片可以选用可耐受较高温度（250℃）的双法兰差压变送器，而且用连续吹扫密封水降温和清扫解决，安装和维修也易于进行。但消耗密封水，故其生产运行成本稍高。采用SHH煤气化装置浮筒式安装双法兰液位计效果应该更好，在浮筒室上法兰处冲水，冷却双法兰液位计的上法兰，水通过浮筒室由下面斜管将灰渣冲入激冷室，也保护了下法兰。这样，兼顾了两种液位计的优点。就地用电流表显示液位值看来没有什么必要，操作人员并不看它，反而增加投资，还要考虑电流表防暴、安装等问题。采用三台液位计也没有什么必要，目前，并没有因为激冷室液位引起联锁或误操作。三、气化装置APC8\4P,Y%u~T7b6L3}%Z(iU气化装置APC即气化装置的优化控制系统，是先进的过程控制AdvancedProcessControl的缩写，它是专家系统。日本UBE公司在承包的WH工程中将宇部氨厂开发的水煤浆气化装置优化控制系统引入工程中。优化控制系统是非常规控制，DCS完成不了，它是在线计算机控制系统。它与DCS之间通过计算机接口进行数据通讯，它收集相关数据，经运算并与专家系统数据对比，判断装置运行状态，给出操作指导信息。进一步，可以发出改变某些常规控制回路的设定值或参数。WH厂当时选用横河公司的YEWCOM530计算机，通过串行接口与DCS相连。运行的软件由UBE公司编制，称作UBESTEP。输入输出UBESTEP的数据在PID图上标明，主要有：.W9@:K+D;{;~'o.a⑴水煤浆流量；⑵煤浆泵转速；⑶氧气总管流量、温度；Z:P)gm.M1h2d.}&X⑷气化炉氧气流量；⑸气化炉压力；4v(S,T5m2](MM⑹气化