煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)自動控制改造研究

武宇杰

太原重型機械集團機械企業(yè)公司 山西太原 030024

1 案例分析

某公司是以鋁生產(chǎn)為主，年產(chǎn)氧化鋁大概在150 萬噸左右。此公司的煤氣分廠，為氧化鋁生產(chǎn)焙燒爐提供燃燒煤氣。但是，由于煤氣分廠在進行具體設(shè)計時，受到了自動化裝備水平的制約，所以在生產(chǎn)過程中，自動化控制系統(tǒng)依然是應(yīng)用早期的方式，對儀表檢測實行人工控制模式，更為重要的是檢測崗位并未進行集中處理，而是比較分散，導(dǎo)致調(diào)度不集中。因為自動控制方式存在嚴重的落后現(xiàn)象，所以在進行具體生產(chǎn)過程中，能耗比較大、穩(wěn)定性偏低、產(chǎn)量和質(zhì)量很難得到確切的保證、設(shè)備的維護和檢修更是經(jīng)常性發(fā)生，生產(chǎn)事故發(fā)生頻率很高，最終導(dǎo)致了燃料的質(zhì)量和數(shù)量都無法達到焙燒爐的各項要求。

2 開發(fā)改造以前的基本情況分析

煤氣分廠設(shè)計有24 臺TG-3MI 型煤氣發(fā)生爐，主要是為兩臺焙燒爐和居民生活用氣提供相應(yīng)的服務(wù)，其中主要的生產(chǎn)流程圖，如圖1 所示。14-40mm 的無煙塊煤與型煤輸送到發(fā)生爐煤倉，來自鼓風(fēng)機的空氣與發(fā)生爐軟化夾套會產(chǎn)生相應(yīng)的蒸汽，并且會將其混合于飽和管中，在此種狀態(tài)下蒸汽通常都會被當作是氣化劑和爐內(nèi)中的無煙煤、型煤反應(yīng)，熱煤氣在會經(jīng)歷一下流程：一是從發(fā)生爐頂部導(dǎo)出；二是進入到雙豎管和洗滌管；三是得到了冷卻和初步除塵；四經(jīng)過電收塵脫除焦油和微小粉塵，在此階段中含粉塵量不能大于50mg/m3de 的低壓煤氣；六經(jīng)過排送機實行升壓處理，達到焙燒爐以前的煤氣必須要大于25KPa。

分廠在2015 年8 月對其進行了改革與創(chuàng)新，將發(fā)生爐操作模式由原來的底料層操作方式改成了滿料成操作模式，從而使煤氣熱值的穩(wěn)定性得到了保證，以及煤氣帶出物有效有了明顯的減少，爐出煤氣溫度也得到了明顯的降低作用效果。但是隨著人工頻繁性的加煤、探火和點檢，對司爐相關(guān)工作人員的責(zé)任心和規(guī)范性操作提出了更高的要求，使勞動強度呈現(xiàn)出成倍增加；另外，滿料層在進行具體操作時，要求各個臺爐必須要處于低負荷平衡狀態(tài)，然而發(fā)生爐幾乎都是保持手工操控的模式，所以對發(fā)生爐滿料層操作的生產(chǎn)穩(wěn)定產(chǎn)生了重要影響。具體生產(chǎn)流程過程中，輸煤、司爐、鼓風(fēng)、排送等，都必須要依靠分廠調(diào)度室進行協(xié)調(diào)性生產(chǎn)，而實行的協(xié)調(diào)方式，主要是通過電話。這樣的生產(chǎn)管理方式會造成一定局限性：

當焙燒爐中的用氣量有一定量減少時，排送崗位的排后壓力會出現(xiàn)明顯的上升現(xiàn)象，對于有關(guān)的調(diào)節(jié)建議和指令，必須要派送崗位、調(diào)度室、發(fā)生爐控制室，鼓風(fēng)室和司爐工之間進行有效傳達并立即執(zhí)行，將其調(diào)節(jié)到完善的程度，在時間方面至少需要花費30 分鐘。在此階段為了排送機能夠處于穩(wěn)定的狀態(tài)，高壓煤氣會被強制性地放散，每月放散率至少是在6%以上，分廠為了節(jié)能的目的，對放散實行了控制的方式，但是又出現(xiàn)了排后壓力過高的現(xiàn)象，并且是經(jīng)常性發(fā)生，導(dǎo)致排送機的機體震動，使大型設(shè)備之間的磨損變得更加嚴重，運行周期已經(jīng)長達6 個月，檢修很頻繁致使成本費用大幅度增加[2]。若煤氣流量得不到及時的提升，排送機為了使穩(wěn)定運行得到保證，會采取被迫打回流的方式，如此一來，電力消耗必定會增加，在2016 年9 個月電單耗已經(jīng)超過了計劃值48.5KWh/km3。通過以上所述，煤氣生產(chǎn)爐控制技術(shù)存在嚴重落后的現(xiàn)象，調(diào)節(jié)系統(tǒng)信息指揮不當，質(zhì)量和指標都會受到人工因素不同程度上的影響，這些都阻礙了提升焙燒爐產(chǎn)量和質(zhì)量，以及降低成本的作用效果，所以面臨此種現(xiàn)象，必須要對煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)實行自動化控制的模式[3]。

3 設(shè)備合理選擇和數(shù)據(jù)有效采集

3.1 設(shè)備選型的檢測工作

測溫元件使用雙支元件（pt120 鉑熱電阻和熱電偶），一路會進入到DCS 系統(tǒng)，一路會進入到現(xiàn)場顯示儀表?，F(xiàn)場的壓力表和差壓表通常會選擇1151 智能變送器。與此同時，通過對具有一分二功能的信號隔離器將現(xiàn)場信號分為兩路的方式，一路進行入DCS 系統(tǒng)，一路靜茹現(xiàn)場顯示儀表。

3.2 數(shù)據(jù)的有效采集、顯示、記錄、報警

關(guān)于數(shù)據(jù)的采集、顯示、記錄、報警，通過對DCS 系統(tǒng)的應(yīng)用，都可以得到很好地實現(xiàn)，現(xiàn)場電氣，儀表信號經(jīng)過變送或者是隔離后，能夠形成標準信號有效的傳入到DCS 系統(tǒng)中。

4 生產(chǎn)過程控制研究

4.1 煤氣發(fā)生爐自動控制

煤氣發(fā)生爐通過對煤炭的利用，以空氣和水蒸氣作為氣化劑生產(chǎn)煤氣裝置，無煙煤、氣化劑主要是通過加煤系統(tǒng)和爐底進入到爐膛內(nèi)，三者之間在爐內(nèi)會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，然后生成煤氣。爐內(nèi)中的料層會分布主要是以自上而下的方式呈現(xiàn)，分別是：灰層、氧化層、還原層、干餾層、干燥層。發(fā)生爐內(nèi)煤的正常氧化反應(yīng)，必須要以合理分布的方式，并且料層必須要處于穩(wěn)定的狀態(tài)，以及反應(yīng)溫度必須要控制在合理范圍內(nèi)。當發(fā)生爐生產(chǎn)是處于穩(wěn)定狀態(tài)時，爐出溫度會隨著穩(wěn)定的加煤操作變化而變化，并且伴隨著一定的規(guī)律性，在此種情況下，可以應(yīng)用爐出溫度來對加煤量進行相應(yīng)的控制。通過理論和實踐研究表明，在原料和生產(chǎn)條件都處于穩(wěn)定狀態(tài)時，發(fā)生爐中的原料消耗量和產(chǎn)量之間是呈現(xiàn)正比的關(guān)系，不僅如此，成灰量和消耗量之間也是成正比關(guān)系，二者之間的比值不會發(fā)生改變，加煤量和排灰量是對等的關(guān)系。根據(jù)此種規(guī)律，將此量值有效的轉(zhuǎn)變?yōu)榧用?、出灰機構(gòu)動作的時間值，然后結(jié)合具體工藝要求，對操作程序?qū)嵭幸?guī)范化的操作，之后通過對DCS 系統(tǒng)的有效利用，便可以使自動加煤、穩(wěn)定生產(chǎn)的目標得到實現(xiàn)。

4.2 煤氣負荷實行自動調(diào)節(jié)控制

對于相對比較復(fù)雜的輸配系統(tǒng)、負荷變化頻繁、對生產(chǎn)連續(xù)性和穩(wěn)定性要求都非常高煤氣站而言，對煤氣負荷實行自動條件的方式非常具有必要性，在進行負荷調(diào)節(jié)過程中，主要是通過對發(fā)生爐的進氣和出氣實行有效控制。

5 結(jié)語

發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)自動控制的有效實行，使常規(guī)性的過程自動控制得到了很好地實現(xiàn)，并且也實現(xiàn)了焙燒用氣匹配的煤氣負荷調(diào)節(jié)，使煤氣的產(chǎn)品質(zhì)量得到了明顯的提升，同時也為焙燒的穩(wěn)定生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)條件。