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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，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。因此，結(jié)合煤氣爐多制氣模式的工藝與自動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，存在著運行平穩(wěn)性差、爐況波動大、勞動強度高等問題。另一方面，富氧制氣生產(chǎn)是一項新工藝，尚無成熟的過程控制解決方案。基于此，根據(jù)煤氣爐兩種制氣工藝特點，開發(fā)基于預(yù)測控制和智能控制的先進控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的精細(xì)化控制，減少了設(shè)備故障率，以達到穩(wěn)定爐況、提高產(chǎn)氣量、降低煤耗與汽耗、減少勞動強度、提高經(jīng)濟效益的目的。

? 先進控制策略

     合成氨裝置煤氣爐先進控制系統(tǒng)采用浙江中控軟件技術(shù)有限公司的先進控制軟件APC-Sutie。

    該先進控制系統(tǒng)適用于多臺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控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

     煤氣爐間歇制氣先進控制：通過對加煤量、爐條機轉(zhuǎn)速、吹風(fēng)時間、上吹時間、下吹時間等的合理調(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。同時通過合理調(diào)整煤氣爐加氮時間，克服滯后和干擾因素的影響，實現(xiàn)對合成塔循環(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控制：通過對加煤量、爐條機轉(zhuǎn)速、蒸汽量、富氧空氣量的合理調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對煤氣爐炭層高度、上行溫度、灰倉溫度等關(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，同時也大幅度降低操作勞動強度。

     爐況智能診斷專家控制：利用煤氣爐生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和歷史信息，建立爐況實時監(jiān)控和智能診斷系統(tǒng)，通過跟蹤關(guān)鍵工藝指標(biāo)的變化，及時發(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?%；同時提高了噸煤的產(chǎn)氣量；

? 充分挖掘裝置潛力，實現(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化水平，統(tǒng)一操作方法，大幅度降低操作人員勞動強度；

? 先進控制系統(tǒng)投運率達到95%以上。

                       某企業(yè)合成氨裝置煤氣爐應(yīng)用先進控制系統(tǒng)前后工藝參數(shù)對比情況
        
               
                

                 某企業(yè)合成氨裝置煤氣爐應(yīng)用先進控制系統(tǒng)前后工藝參數(shù)對比情況
                   某企業(yè)合成氨裝置煤氣爐應(yīng)用先進控制系統(tǒng)前后工藝指標(biāo)對比情況
     

? 結(jié)束語
 
     傳統(tǒng)的常壓固定床間歇氣化工藝因裝置規(guī)模小、能耗偏高和碳轉(zhuǎn)化率低等問題，已被國家列入限制發(fā)展項目。采用富氧連續(xù)氣化工藝和先進控制技術(shù)將為全國氮肥行業(yè)約5000余臺固定床間歇氣化煤氣爐提供一條切實可行的技術(shù)改造之路。