專利名稱：煤為原料的造氣爐爐況優(yōu)化控制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以煤為原料的造氣爐爐況控制方法。
現(xiàn)在普遍采用的以煤為原料的造氣爐制氣過程，一直是合成氨生產(chǎn)中引人關(guān)注的環(huán)節(jié)。爐況的好壞，直接影響到生產(chǎn)的消耗和設(shè)備的正常運行。目前，主要是用經(jīng)驗控制，盲目性很大，經(jīng)濟效益差，有人試圖通過測定爐內(nèi)汽化層溫度進(jìn)而實現(xiàn)爐況的自動控制，如CN86108708號、CN86200790號專利申請所公開的技術(shù)均是采用一個較為龐大的以水為介質(zhì)的系統(tǒng)，直接伸至爐內(nèi)氣化層進(jìn)行測溫，其安裝、使用、維護、準(zhǔn)確性等均不理想，不利于推廣應(yīng)用。DE2935771號專利文獻(xiàn)分開了造氣爐工藝設(shè)備與檢測設(shè)備相結(jié)合的生產(chǎn)技術(shù)，但只適于連續(xù)式反應(yīng)的生產(chǎn)過程而不適于我國普遍采用的間歇式循環(huán)制氣的復(fù)雜過程。
本發(fā)明的目的是，設(shè)計出以煤為原料的造氣爐爐況優(yōu)化控制方法，通過對所述造氣爐的排渣時間尋優(yōu)、入爐蒸汽用量尋優(yōu)、吹風(fēng)量尋優(yōu)、消除爐內(nèi)結(jié)疤諸因素中的一個或一個以上的因素進(jìn)行控制，使?fàn)t況經(jīng)常保持最佳狀態(tài)，以得到最大的出力，降低消耗，增加生產(chǎn)。同時，使所設(shè)計的控制方法為閉環(huán)控制，它易于用微型電子計算機實行自動控制。
本發(fā)明是建立在這樣的基礎(chǔ)上的設(shè)計者詳盡觀察并仔細(xì)研究了影響爐況的各種因素，建立專門的方法檢測入爐蒸汽分解率(該方法的專利申請?zhí)柺荂N85100353，已通過審定)來評價爐況的好壞。簡言之，蒸汽分解率，即入爐的蒸汽利用率較高，爐況就越好。因為單爐的瞬間出力A＝蒸汽分解率×蒸汽用量，A值越大，單爐發(fā)氣量就越大，爐況越好。
本發(fā)明的排渣時間尋優(yōu)控制的內(nèi)容是，以造氣爐的爐底溫度為依據(jù)，控制每個制氣循環(huán)中的排渣時間占空比，當(dāng)爐底溫度峰值低于選定的下限值時，其占空比為100%，渣全排;當(dāng)爐底溫度峰值高于選定的上限值時，其占空比為0，不排渣;當(dāng)爐底溫度處在選定的上、下限值之間時，其占空比正比于上限值與實際爐底溫度峰值之差，并據(jù)此排渣。
下面對本發(fā)明的排渣時間尋優(yōu)控制做出進(jìn)一步說明。
在制氣過程中，觀察蒸汽分解率(ψ)的變化過程表明，爐底溫度過高時排渣會下紅碳，使ψ值降低;爐底溫度過低時爐內(nèi)灰渣層過厚，上吹制氣時使?fàn)t底積存大量的水，降低吹風(fēng)熱效率，同樣使ψ值下降，且還易使?fàn)t頂溫度升高出現(xiàn)掛爐現(xiàn)象。因此，爐底溫度應(yīng)有一個合適的范圍，在此條件下，氣化層位置適中，發(fā)氣情況好，爐渣含煤量最低。由此產(chǎn)生了本發(fā)明所述排渣時間尋優(yōu)的控制方法，即由爐底溫度狀況確定排渣時間的占空比并據(jù)以排渣。占空比是一定溫度下某時間的排渣率。其方法是(1)預(yù)先一次性給定爐底溫度的上限值(T上限)和下限值(T下限);
(2)在每一制氣循環(huán)過程中，測定爐底溫度的峰值(T底);
(3)由爐底溫度峰值(T底)確定排渣時間占空比(參見附圖1)a、當(dāng)爐底溫度峰值(T底)低于下限值(T下限)時，其排渣時間占空比為100%，b、當(dāng)爐底溫度峰值(T底)高于上限值(T上限)時，其排渣時間占空比為0，c、當(dāng)爐底溫度峰值(T底)處在上限值(T上限)和下限值(T下限)之間時，占空比＝(T上限-T下限)·α其中，給定系數(shù)α是這樣確定的，即當(dāng)T底＝T下限時，α＝制氣循環(huán)周期值/(T上限-T下限)(秒/℃);
(4)由占空比確定排渣時間與排渣量a、占空比＝1時，為排渣時間，且爐渣全部排出，b、占空比＝0時，不排渣，c、占空比在0與1之間時，為排渣時間，排渣量由占空比確定。
本發(fā)明的蒸汽用量優(yōu)化控制是，在制氣過程中，上吹制氣開始后，對蒸汽分解率定點取樣得出上吹蒸汽分解率，再提取下吹時的蒸汽分解率峰值為下吹蒸汽分解率，由此二值經(jīng)過確定的關(guān)系式得出上、下吹制氣時對應(yīng)的蒸汽閥門開度值(蒸汽用量)，以此控制入爐蒸汽用量下面對本發(fā)明的蒸汽用量優(yōu)化控制做出進(jìn)一步說明。
實際生產(chǎn)表明，在每個制氣循環(huán)過程中，蒸汽分解率的變化過程可以用附圖2的曲線表示。由它可知，在上吹及下吹制氣過程中，蒸汽分解率均存在一個明顯的峰值或峰值區(qū)間。上吹時，它受回收氣的影響很大。為避開這種干擾，簡化工作程序，建立如下控制方法
(1)上吹制氣開始后，延遲一固定時間，對蒸汽分解率定點取樣，做為上吹蒸汽分解率ψ上;
(2)提取下吹時的蒸汽分解率峰值做為下吹蒸汽分解率ψ下;
(3)由式 B＝ψ上/(ψ上-ψ下)A上＝A 上·(B/B0)A下＝A上·(B/B0)確定上、下吹制氣時對應(yīng)的蒸汽閥門開度值A(chǔ)上、A下，其中B0為控制的給定值，在大于0至1之間取值，可一次性給定(例如為0.8)，A
為前一制氣循環(huán)中上吹閥門的開度值。
(4)用A上和A下值分別控制上吹與下吹的蒸汽閥門開度，以控制入爐蒸汽用量。
其中，步驟(1)中所述的延遲一固定時間，要長于測量的純帶后時間。
本方法使用了“相對變化”的概念，它考慮了單個制氣循環(huán)中因不斷吸熱導(dǎo)致上、下吹制氣時ψ峰值的單向變化特征，使下吹的蒸汽分解率盡可能靠近上吹時的值，這樣就能使總的蒸汽分解率最高。由于采用了相對變化值，它的可靠性更高。且用其控制閥門開度，速度快，自適應(yīng)能力強。在每一制氣循環(huán)中，上、下吹的閥門只動作一次，對延長閥門壽命很有利。
本發(fā)明的吹風(fēng)量優(yōu)化控制在于尋求為條件許可的造氣爐的最大出力A值。由于A＝蒸汽分解率×蒸汽用量，它正比于制氣過程單爐的瞬間發(fā)氣量，在有關(guān)數(shù)字模式不清楚的情況下，采用自學(xué)習(xí)程序，用登山法原理，逐步改變吹風(fēng)量的值，同時觀察A值的變化，以求得最大A值時的吹風(fēng)量，其優(yōu)化控制方法有二，分述如下。
本發(fā)明的第一種吹風(fēng)量優(yōu)化控制方法是(1)以每次加碳后的制氣過程為考察對象，當(dāng)某種動因使吹風(fēng)量增加一個步長△t時，從加碳后的第a個制氣循環(huán)起，至第a+8個循環(huán)止，分別提取各個循環(huán)中下吹期間的蒸汽分解率ψ下i;
(2)將ψ下i值同與其對應(yīng)的蒸汽流量Q下i相乘，求出(ψ×O)＝
ψ下i×Q下i/8(3)將(ψ×O)與吹風(fēng)量變化前的同類值(ψ×O)相比，當(dāng)［(ψ×O)－(ψ×O)o］≥C(C為常數(shù))時，使吹風(fēng)量增加一個步長;
(4)觀察(ψ×O)的變化情況，按步驟(3)處理，如此循環(huán)直至(ψ×O)不隨△t按比例變化時止。(此時得到吹風(fēng)量步長最大值，即吹風(fēng)量所許可的極限值);
(5)吹風(fēng)量減少一個步長;
(6)觀察(ψ×O)的變化，當(dāng)(ψ×O)變大時，吹風(fēng)量減少一個步長，否則就保持吹風(fēng)量不變。
步驟(1)中的A值為正整數(shù)，通常在10以內(nèi)取值。上述過程直至若干加碳周期后因某種動因而重復(fù)上述過程時為止。其中的下吹蒸汽流量Q下i也可以用下吹蒸汽閥門開度值代替。吹風(fēng)量增加的動因可由以下諸因素中的一個或一個以上的因素導(dǎo)致(a)選優(yōu)設(shè)備剛投入運行時，(b)設(shè)備處在選優(yōu)的過渡過程中，(c)造氣爐經(jīng)過較長時間的穩(wěn)定工作而蒸汽流量偏小時，(d)防止?fàn)t渣結(jié)疤的控制過程。所述常數(shù)C的值由[(ψ×Q)/吹風(fēng)時間]·(1-1/8)來決定，其中引入1/8數(shù)是考慮到該尋優(yōu)的主要目的是盡可能提高造氣爐的出力，而隨著其出力的增加所增加的吹風(fēng)量產(chǎn)生的部分熱量將被氣質(zhì)變化及水夾套增加的吸熱所帶走。
本發(fā)明的第二種吹風(fēng)量優(yōu)化控制方法是(1)在某種動因的作用下，使吹風(fēng)量增加時，檢測加碳后第a個制氣循環(huán)中爐頂溫度的峰值T頂1以及第a+8個制氣循環(huán)中的爐頂溫度T頂2;
(2)求出變差值 △T頂＝T頂2-T頂1;
(3)將△T頂與吹風(fēng)量變化前的同類數(shù)據(jù)相比，若該變差值下降，使吹風(fēng)量增加一個步長;
(4)重復(fù)步驟(3)，直至吹風(fēng)量達(dá)到許可的極限值。
本方法中影響吹風(fēng)量的動因及a的取值均與第一種吹風(fēng)量優(yōu)化控制方法中的相同。本方法是在第一種方法的基礎(chǔ)上，注意到這樣一個“相關(guān)變化”而建立的，即在爐底溫度取恒值的條件下，吹風(fēng)量由大變小而接近許可的最大值時，在同等條件下所考核的爐頂溫度的變差值反而成下降趨勢，這點可以從附圖3的曲線得到說明。圖中的三條曲線分別表示三個不同制氣強度條件下爐內(nèi)溫度的分布關(guān)系(表示為正態(tài)分布)。比較可知，在爐底溫度被鎖定的條件下，制氣強度越大，曲線中心就越靠近爐底，氣化區(qū)越集中;在一次加碳的制氣過程中，爐頂溫度的變化量亦隨制氣強度的不同而變化，制氣強度越大，其對應(yīng)的爐頂溫度變化量就越小。這就從理論上證實了實際觀察效果。
本發(fā)明的爐內(nèi)爐渣結(jié)疤(即爐渣結(jié)塊)自動消除控制方法是(1)觀察爐內(nèi)狀況，直至發(fā)現(xiàn)接近結(jié)疤;
(2)增加吹風(fēng)量，使氣化層溫度升高，從而使疤塊燒碎。
爐內(nèi)結(jié)疤會使排渣困難而爐底溫度仍呈下降趨勢，這樣導(dǎo)致單爐發(fā)氣量大幅度下降而破壞正常生產(chǎn)。
對于本發(fā)明的上述諸因素控制方法，可以考慮對程序制氣的上、下吹時間比進(jìn)行調(diào)整。因為，下吹時間過短會使造氣爐火層上移過快，爐渣燒不透，殘?zhí)剂扛?下吹時間過長，又將使氣化層壓縮得過窄，影響氣化層的反應(yīng)表面積。調(diào)整方法是在手動操作所選定的上、下吹時間比的基礎(chǔ)上，考慮不同蒸汽用量的影響，使下吹起始時間＝a0+B/2;當(dāng)B＝B0時，a0+B0/2＝手動操作時選定的下吹時間。
本發(fā)明的實施例為上述各因素綜合控制的實際應(yīng)用舉例，從所述方法可知本發(fā)明各控制方法均為閉環(huán)控制，它可以簡便地運用微型電子計算機實現(xiàn)微機自動控制，其詳盡過程參見附圖4。
本實施是應(yīng)用了本發(fā)明方法而設(shè)計的一個機、電、儀相結(jié)合的造氣爐優(yōu)化監(jiān)控儀系統(tǒng)。所述爐底溫度控制的極限分別是T上限為200℃、T下限為150℃(其它參數(shù)的選定前已述及，不再贅述)。
本發(fā)明可對爐況實現(xiàn)尋優(yōu)控制，選擇最佳工作狀態(tài)，使其出力最大，爐頂?shù)谋砻鏈囟鹊停瑺t頂與爐底溫度穩(wěn)定，爐渣含碳量達(dá)到5%以下，平均蒸汽分解率由原來的30%提高到50%以上，不結(jié)疤，不掛爐，噸氨總耗煤減少200公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。


圖1是爐溫一排渣時間占空比曲線，其中縱軸2-占空比橫軸TD-爐底溫度T1-下限值T2-上限值圖2是蒸汽分解率變化曲線，其中a-吹風(fēng) b-回收c-上吹 d-下吹e-第二次上吹圖3是爐內(nèi)碳層標(biāo)高與爐溫關(guān)系曲線，其中a-氣化層位置 b-大強度制氣c-中強度制氣 d-低強度制氣e-爐底 H軸-造氣爐內(nèi)碳層標(biāo)高圖4是應(yīng)用本方法的自動控制原理圖，其中1-蒸汽分解率分析儀 2-微機CMC-80A
3-電動操作器 4-電氣轉(zhuǎn)換或伺服放大5-排渣時間控制 6-造氣爐水煤氣7-針形閥 8-自動機同步開關(guān)信號9-自動機到位開關(guān)信號 10-吹風(fēng)量起始給定11-ψ數(shù)字顯示 12-停爐控制13-微機程序檢誤與自動復(fù)位 14-自動機程序優(yōu)化控制與指示15-入爐蒸汽流量調(diào)節(jié) 16-蒸汽總管17-ψ模擬量記錄 18-同步輸出信號19-T底20-T頂
權(quán)利要求
1.煤為原料的造氣爐排渣時間優(yōu)化控制方法，其特征是，所述方法為(1)預(yù)先一次性給定爐底溫度的上限值T上限和下限值T下限；(2)在每一循環(huán)制氣過程中，測定爐底溫度的峰值T底；(3)確定排渣時間占空比；a、當(dāng)爐底溫度峰值T底低于下限值T下限時，其排渣時間占空比為100%，b、當(dāng)爐底溫度峰值T底高于上限值T上限時，其排渣時間占空比為0，c、當(dāng)爐底溫度峰值T底處在上限值T上限與下限值T下限之間時，其排渣時間占空比，占空比=(T上限-T下限)·α其中給定系數(shù)α是，當(dāng)T底=T下限時，取α=(制氣循環(huán)周期值)/(T上限-T下限)(秒/℃)，(4)由所述占空比確定排渣時間與排渣量；a、當(dāng)占空比=1時，為排渣時間，渣全部排出，b、當(dāng)占空比=0時，不排渣，c、當(dāng)占空比介于0與1之間時，為排渣時間，由占空比確定排渣量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤為原料的造氣爐排渣時間優(yōu)化控制法，其特征是，所述預(yù)先給定的爐底溫度上限值和下限值分別是200℃與150℃。
3.煤為原料的造氣爐入爐蒸汽用量優(yōu)化控制方法，其特征是，所述方法為(1)上吹制氣開始后，延遲一固定時間，對蒸汽分解率定點取樣，做為上吹蒸汽分解率ψ上;(2)提取下吹時的蒸汽分解率峰值，做為下吹蒸汽分解率ψ下;(3)由式 B＝ψ上/(ψ上-ψ下)A上＝A
·(B/BO)A下＝A上·(B/BO)確定上、下吹制氣時對應(yīng)的蒸汽閥門開度值A(chǔ)上、A下;式中BO為控制給定數(shù)，A
為一前制氣循環(huán)中上吹閥門的開度值。(4)用A上和A下分別控制上吹和下吹時的蒸汽閥門開度，以控制入爐蒸汽用量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤為原料的造氣爐入爐蒸汽用量優(yōu)化控制方法，其特征是，所述控制給定數(shù)為0.8。
5.煤為原料的造氣爐吹風(fēng)量優(yōu)化控制方法，其特征是，所述方法為(1)以每次加碳后的制氣過程為考察對象，當(dāng)某種動因使吹風(fēng)量增加一個步長△t時，從加碳后的第a個制氣循環(huán)起，至第a+8個循環(huán)止，分別提取各次循環(huán)中下吹期間蒸汽分解率峰值ψ下i;(2)把ψ下i值同與其對應(yīng)的蒸汽流量Q下i相乘，求出(ψ×O)＝
ψ下i×Q下i/8(3)將(ψ×O)與吹風(fēng)量變化前的同類值(ψ×O)。相比，當(dāng)［(ψ×O)-(ψ×O)o］／△t≥c(C為常數(shù))時，使吹風(fēng)量增加一個步長;(4)觀察(ψ×O)的變化情況，按步驟(3)處理，如此循環(huán)，直至(ψ×Q)不隨△t按比例變化時止;(5)吹風(fēng)量減少一個步長;(6)觀察(ψ×O)的變化，當(dāng)其變大時，吹風(fēng)量減少一個步長，否則就使吹風(fēng)量不變。上述過程直至若干加碳周期后因某種動因而再重復(fù)上述過程時為止。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤為原料的造氣爐吹風(fēng)量優(yōu)化控制方法，其特征是，所述常數(shù)C由下式確定，C=［(ψ×O)／吹風(fēng)時間］·(1－1／8)
7.煤為原料的造氣爐吹風(fēng)量優(yōu)化控制方法，其特征是，所述方法為(1)在某種動因作用下使吹風(fēng)量增加時，檢測加碳后的第a個制氣循環(huán)中爐頂溫度峰值T頂1及第a+8個制氣循環(huán)的爐頂溫度T頂2;(2)求出變差值△T頂＝T頂2-T頂1;(3)將△T頂與吹風(fēng)量變化前的同類數(shù)據(jù)相比，若該變差值下降，則使吹風(fēng)量增加一個步長;(4)重復(fù)步驟(3)，直至吹風(fēng)量達(dá)到許可的極限值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、7所述的煤為原料的造氣爐吹風(fēng)量優(yōu)化控制方法，其特征是，所述使吹風(fēng)量增加的動因是以下一種或一種以上因素(a)選優(yōu)設(shè)備剛投入運行過程，(b)設(shè)備處在選優(yōu)的過渡過程中，(c)造氣爐經(jīng)較長時間的穩(wěn)定工作而蒸汽量偏小時，(d)防止結(jié)疤的消除過程。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、7所述的煤為原料的造氣爐吹風(fēng)量優(yōu)化控制方法，其特征是，所述a為小于10的正整數(shù)。
10.煤為原料的造氣爐爐渣結(jié)疤自行消除控制方法，其特征是，所述方法是(1)觀察爐內(nèi)狀況，直至發(fā)現(xiàn)接近結(jié)疤;(2)增加吹風(fēng)量，使氣化層溫度升高，從而使疤塊燒碎。
全文摘要
本發(fā)明公開了優(yōu)化控制以煤為原料的造氣爐爐況的方法，包括排渣時間自調(diào)、入爐蒸汽用量優(yōu)化控制、吹風(fēng)量優(yōu)化控制、爐渣結(jié)疤自動消除控制。本發(fā)明為間歇式循環(huán)制氣過程提供了一套有效的控制方法，它克服了經(jīng)驗控制的盲目性，為降低生產(chǎn)消耗、增加生產(chǎn)以及實現(xiàn)微型電子計算機全自動控制提供了有效手段。
文檔編號C10J3/34GK1050554SQ8910577
公開日1991年4月10日 申請日期1989年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月30日
發(fā)明者郭少儀 申請人:郭少儀