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引言
固定床煤氣爐是合成氨裝置的“龍頭”設(shè)備,傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝為空氣、蒸汽間歇制氣;近年來(lái),富氧空氣、蒸汽連續(xù)制氣工藝為合成氨裝置提供了技術(shù)改造的新途徑。技術(shù)改造后的煤氣爐可根據(jù)爐況或工藝條件實(shí)現(xiàn)兩種制氣模式的切換。其中,富氧制氣具有產(chǎn)氣量高,煤耗、汽耗低的優(yōu)勢(shì)。因此,結(jié)合煤氣爐多制氣模式的工藝與自動(dòng)化改造是目前合成氨企業(yè)節(jié)能降耗的主要措施之一。
煤氣爐間歇制氣雖然已采用了DCS控制,但其生產(chǎn)操作與控制仍主要依賴于人工經(jīng)驗(yàn),存在著運(yùn)行平穩(wěn)性差、爐況波動(dòng)大、勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題。另一方面,富氧制氣生產(chǎn)是一項(xiàng)新工藝,尚無(wú)成熟的過(guò)程控制解決方案。基于此,根據(jù)煤氣爐兩種制氣工藝特點(diǎn),開(kāi)發(fā)基于預(yù)測(cè)控制和智能控制的先進(jìn)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的精細(xì)化控制,減少了設(shè)備故障率,以達(dá)到穩(wěn)定爐況、提高產(chǎn)氣量、降低煤耗與汽耗、減少勞動(dòng)強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。
? 先進(jìn)控制策略
合成氨裝置煤氣爐先進(jìn)控制系統(tǒng)采用浙江中控軟件技術(shù)有限公司的先進(jìn)控制軟件APC-Sutie。
該先進(jìn)控制系統(tǒng)適用于多臺(tái)間歇制氣與富氧制氣并聯(lián)生產(chǎn)的煤氣爐。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 合成氨裝置煤氣爐先進(jìn)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
煤氣爐間歇制氣先進(jìn)控制:通過(guò)對(duì)加煤量、爐條機(jī)轉(zhuǎn)速、吹風(fēng)時(shí)間、上吹時(shí)間、下吹時(shí)間等的合理調(diào)節(jié),穩(wěn)定煤氣爐的火層位置、炭層高度、上行溫度、下行溫度、灰倉(cāng)溫度等關(guān)鍵工藝指標(biāo),從而有效地防止?fàn)t況惡化,穩(wěn)定并提高產(chǎn)氣量。同時(shí)通過(guò)合理調(diào)整煤氣爐加氮時(shí)間,克服滯后和干擾因素的影響,實(shí)現(xiàn)對(duì)合成塔循環(huán)氫氫氮比的平穩(wěn)控制,有效降低合成氨裝置的綜合能耗。
煤氣爐富氧制氣先進(jìn)控制:通過(guò)對(duì)加煤量、爐條機(jī)轉(zhuǎn)速、蒸汽量、富氧空氣量的合理調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣爐炭層高度、上行溫度、灰倉(cāng)溫度等關(guān)鍵工藝參數(shù)的平穩(wěn)控制。并根據(jù)煤氣爐關(guān)鍵工藝指標(biāo)的變化優(yōu)化調(diào)整蒸汽和富氧空氣量的配比,穩(wěn)定爐況,提高產(chǎn)氣量,同時(shí)也大幅度降低操作勞動(dòng)強(qiáng)度。
爐況智能診斷專家控制:利用煤氣爐生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史信息,建立爐況實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能診斷系統(tǒng),通過(guò)跟蹤關(guān)鍵工藝指標(biāo)的變化,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常爐況,維持穩(wěn)定的煤氣爐火層位置,防止出現(xiàn)爐況惡化、設(shè)備故障等極端情況,為煤氣爐的平穩(wěn)生產(chǎn)提供保障。
? 應(yīng)用效果
合成氨裝置煤氣爐應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)之后,取得了如下效果:
? 顯著提高煤氣爐在間歇制氣、富氧連續(xù)制氣兩種工況下操作平穩(wěn)性,各關(guān)鍵工藝指標(biāo)(上行溫度、下行溫度、煤氣質(zhì)量等)的標(biāo)準(zhǔn)方差平均減少30~40%以上;
? 基于平穩(wěn)操作,實(shí)現(xiàn)了工藝指標(biāo)的“卡邊”優(yōu)化,使煤氣中CO2含量降低2%,殘?zhí)己拷档?%;同時(shí)提高了噸煤的產(chǎn)氣量;
? 充分挖掘裝置潛力,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,噸氨煤耗降低5%,噸氨汽耗降低10%;
? 提高裝置的綜合自動(dòng)化水平,統(tǒng)一操作方法,大幅度降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度;
? 先進(jìn)控制系統(tǒng)投運(yùn)率達(dá)到95%以上。
某企業(yè)合成氨裝置煤氣爐應(yīng)用先進(jìn)控制系統(tǒng)前后工藝參數(shù)對(duì)比情況
某企業(yè)合成氨裝置煤氣爐應(yīng)用先進(jìn)控制系統(tǒng)前后工藝參數(shù)對(duì)比情況
某企業(yè)合成氨裝置煤氣爐應(yīng)用先進(jìn)控制系統(tǒng)前后工藝指標(biāo)對(duì)比情況
? 結(jié)束語(yǔ)
傳統(tǒng)的常壓固定床間歇?dú)饣に囈蜓b置規(guī)模小、能耗偏高和碳轉(zhuǎn)化率低等問(wèn)題,已被國(guó)家列入限制發(fā)展項(xiàng)目。采用富氧連續(xù)氣化工藝和先進(jìn)控制技術(shù)將為全國(guó)氮肥行業(yè)約5000余臺(tái)固定床間歇?dú)饣簹鉅t提供一條切實(shí)可行的技術(shù)改造之路。