杨斐斐 赵小雨 郝勇
内蒙古久泰新材料科技股份有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 010321
摘要：水煤浆气化炉的氧煤比一般都是指体积流量比，氧煤比的控制不仅涉及到气化炉运行的物料、热量平衡和效率，更涉及到安全。目前水煤浆气化炉在运行过程中，当煤浆浓度变化大或出现煤浆管线串入冲洗水等异常情况时，就会造成氧煤比的失真，实际煤浆量和氧气量不匹配，从而容易引发气化炉炉况波动，甚至出现超温和设备损坏等事故，影响气化炉的长周期安全稳定运行。另一方面，中心氧占总氧量的比例不是很稳定，中心氧量一般都是根据总氧量人工手动设定的固定值，当总氧量变化时，中心氧的调节总是不能及时跟上，不利于气化炉的稳定运行。
关键词：水煤浆气化炉；控制；方法
1控制原理
在水煤浆气化过程中，煤浆通过高压煤浆泵泵泵送入气化炉顶部工艺燃烧器的环形通道，空分氧通过工艺燃烧器的外、中心通道进入气化炉。气化炉中，煤粉颗粒、氧、水在高温高压条件下发生复杂的氧化还原反应，形成以CO、H2、CO2为主要组分的粗集料，形成气。
针对上述技术的不足，提出了一种控制方法，该方法可以帮助实时根据煤浆浓度控制氧气量，保持正常的氧煤比和气化所需的中心氧比。包括煤浆流量与浓度控制回路、氧流量、氧温压力控制回路、中心氧流量、气化炉压力、高压煤浆泵煤浆体积控制回路、总氧进气化炉控制回路、中心氧进气化炉控制回路、负荷设定值控制回路。（1）气化炉负荷设定值为煤浆体积流量值。直接输入负荷设定值，可调整气化炉负荷。（2）系数设定值为当前氧量系数（>1），即通过该系数可得到与当前煤浆量对应的最大氧量。（3）氧煤比的设定值是氧体积流量与煤浆体积流量的比值，即正常气化所需的氧与煤的比值。（4）中心氧比设定值是中心氧体积流量与总氧体积流量的比值。（5）氧碳质量比是根据氧煤比设定值计算正常气化所需的氧煤质量比。（6）计算功能块1是氧气质量流转化为氧体积流量的计算，计算功能块2是计算氧煤体积比转化为氧煤质量比。
2水煤浆制备的技术要点
2.1正确选择制浆用原料煤
制浆原煤应满足下游用户对煤质的要求。原煤的煤质指标主要包括固碳、水分、挥发分、灰分、灰熔点、生热、元素分析、可磨性指标和化学活性。煤的总含水量包括外部水和内部水。内水是煤的结合水，以吸附或化学状态存在于煤中，是影响成浆性能的关键因素。通常，HGI用于描述煤的可磨性。将煤样与标准煤进行比较，得出的相对粉碎值，粉碎性能为100。指数越高，越容易破碎。煤阶越低，内水越高，煤中o/c越高，亲水性官能团越多，孔隙率越发达，可磨性指数越小，制浆越困难；此外，煤中含有的可溶性高价金属离子越多，制浆越困难。灰分和灰熔点是煤气化用煤的重要控制指标。煤中的碳和氢含量越高，其他元素含量越低越好。煤的化学活性越高，气化反应能力越强，有利于煤气质量的提高。从经济运行的角度看，在选择原煤时应综合考虑原煤的成本和质量特性，尽量选择有害物质含量少、易磨性好、灰渣特性好、产气率高的煤。
2.2制浆工艺和设备的合理选择
磨煤机的性能决定了原煤的粒度和加工负荷。常用的制浆机有两种：球磨机和棒磨机。球磨机易磨细颗粒。棒磨机产品尺寸上限远大于球磨机，有利于提高堆垛效率。制浆工艺的选择直接决定了水煤浆成品的性能。在给定的原煤质量条件下，如何使水煤浆成品的粒度分布达到较高的堆积效率，合理选择磨煤设备和制浆工艺是十分必要的。
2.3选择性能匹配的制浆助剂
煤颗粒是疏水性物质，不易被水润湿，在水中不易分散。因此，在水煤浆的制备过程中需要使用少量的化学药剂（称为添加剂）。矿浆添加剂在水煤界面上的分子作用在煤颗粒表面形成水化膜，降低了煤浆的粘度，增强了煤浆的分散性，提高了水煤浆的稳定性。水煤浆添加剂按其化学结构的不同可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型。
目前，工业上主要使用阴离子添加剂，如萘磺酸盐、腐植酸磺酸盐、木质素磺酸盐等，在选择纸浆添加剂时，一是要采取性价比最优的原则，而不是只追求添加剂的效率；二是，根据粒度分级和添加剂互补的原则，确定经济适用的添加剂。
3具体控制过程
3.1总氧量的控制
三组总氧气流量A、B、C分别经过温压补偿，再进行三选中运算后的流量值即是总氧气调节阀的实测值PV的输入值；三组煤浆流量A、B、C一路经过三选中运算后，与气化炉负荷设定值共同进入低选器，选择低的煤浆流量值，再经过乘法器，根据氧煤比设定值计算出对应的氧气流量值；三组煤浆流量A、B、C的另一路先分别进行煤浆浓度补偿计算后得出煤浆质量流量，三选中后进入乘法器，根据氧碳质量比计算出对应的氧气质量流量值，再经过乘法器，根据系数设定值计算出氧气的最大质量流量，经过换算得出允许氧气的最大体积流量，此流量与第一路的氧气流量值共同进入低选器，选择低的氧气流量，作为氧气总调节阀的设定值SV，从而实现总氧量的自动控制。
3.2煤浆量的控制
第三次选择总氧流量后的氧流量值通过分压器转换为煤浆流量值。煤浆流量值和气化炉负荷设定值一起进入高分离器。高分离器选择高煤浆流量值作为高压煤浆泵调速功能块的输入值，对高压煤浆泵电机进行调节。
3.3中心氧气控制
中心氧流量控制阀的测量值PV为温度和压力补偿操作后中心氧流量的值，设定值SV为三次选择后总氧流量的值。利用倍增器根据中心氧比的设定值，计算出氧流量值，实现中心氧的自动控制。
3.4气化炉负荷设定值控制
不同气化炉压力对应的煤浆流量具有较高的限值和较低的限值。气化炉压力通过功能运行功能块获得的高限值和负荷设定值进入低选择器，通过功能操作获得的气化炉压力获得的下限值和负荷设定值进入高选择器，使气化炉的负荷设定值不进入高位选择器超出正常范围。
3.5不同工况的控制
如果煤浆流量发生变化，则根据测量的煤浆流量通过氧煤比自动控制计算氧气流量，氧自调节阀采用PID调节控制；如果氧流量变化，通过氧煤比自动控制计算相应的煤浆流量，高压煤浆泵的电机转速通过PID调节控制，使煤浆流量随氧煤比变化。
当气化炉负荷增大时，气化炉负荷的设定值增大，由高压煤浆泵的高分离器选择。首先，通过氧煤比控制电路，增加煤浆量，然后增加氧含量。当气化炉负荷降低时，气化炉负荷设定值降低，由低分离器选择，先降低氧气流量，然后由高压煤浆泵回路控制氧流量，降低煤浆流量。
当煤浆浓度异常时，根据实测的煤浆浓度和煤浆流量，测量实际入炉煤量。计算后，煤进入炉内的量转化为相应的最大氧。当当前煤量对应的最大氧低于根据氧煤比获得的氧气流量时，由低选档选择，氧气量相应减少，以保证实际煤和氧气进入炉内的量在安全范围内，避免由于煤浆浓度降低而导致气化炉氧气的危险。
结论
以上所述气化炉的控制方法，不仅能实现水煤浆气化炉在运行过程中，根据设定的氧煤比实现煤浆量、总氧气量和中心氧量的自动控制，防止煤浆量或氧气量单独过量，还能对气化炉负荷设定值进行限制，确保气化炉压力和对应的负荷在合理范围内，并且当煤浆浓度变化大或出现煤浆管线串入冲洗水等异常情况时，能够及时发现煤浆浓度的变化，实现报警，并自动调整氧气量，确保氧煤比在可控范围内，防止气化炉超温和设备损坏等事故的发生，可以稳定生产，确保安全，具有良好的推广应用价值。
参考文献：
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