专利名称：用于合成氨生产的造气车间综合控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种合成氨生产系统，尤其涉及一种用于合成氨生产的造气车间综合控制系统，具体适用于通过增加造气过程参数的监测、引入具有自学习功能的优化控制站实施单炉操作的优化以及通过与全流程各部分协调控制的方式实现造气车间与全流程在高效低耗操作水平下的稳定运行，达到节能降耗的目的。
背景技术：
造气车间在合成氨企业承担着为氨(NH3)的合成提供N2和C0+H2 (即半水煤气) 的任务，是整个合成氨企业的龙头，也是全企业能源消耗最大(约占60 - 70%)的生产环节。 因此，造气生产的节能和优化对合成氨企业的生存起着至关重要的作用。目前，国内的合成氨企业绝大多数仍采用固定层间歇气化的UGI炉流程，其工艺特点是将空气通过燃烧的煤层，使其充分燃烧达到一定的温度，即02 + 2C——2C0(放热)、 02 + C——C02 (放热)，然后用蒸汽通过灼热的煤层与煤中的炭(C)进行下列化学反应以产生C0+H2，即H20 + C——C0+H2 (吸热)、2H20 + C——C02+2H2 (吸热)，其中，空气通过煤层是一个氧化的放热反应，而蒸汽通过煤层产生煤气(CO、C02和H2)是一个吸热反应。为了可持续地进行生产，上述过程必须反复交替进行，整个生产即煤气制造过程可分为下列五个阶段，以确保热量平衡和生产安全吹风(空气自炉底上吹，使煤层燃烧，升温蓄热)、上吹(蒸汽自炉底上吹经过煤层产生煤气)、下吹(蒸汽自炉上部下吹，经过煤层产生煤气)、二次上吹(蒸汽自炉底上吹经过煤层产生煤气，同时使炉底置换为蒸汽，确保再次吹风时的安全)与吹净(空气自炉底上吹、所产生的吹风煤气和氮气及原先残留在炉上部的煤气回收进系统，同时为再次吹风准备好了条件)。为了达到氨合成所需的氮在半水煤气中占有相应的比例，除了在吹净时回收一定量的氮外，在上吹或下吹时也会随着蒸汽加入适量的空气，一方面利用空气中的氧与煤反应，补充一定的热量，另一方面，空气中的氮作为氨合成所需的 H2/N2的调节手段，生成符合后工段所需的半水煤气。由上可见，要实现造气生产的节能和优化，必须做到以下三点首先，要保证上述五个阶段循环、有序地进行，即要实现一系列工艺阀门的程序控制。虽然这个任务可由专用的程序控制环节(PLC、专用机或DCS)完成，但目前其各阶段的时间是相对固定的，灵活性较差，不利于实施单炉操作的优化控制。其次，由于工况恶劣，造气车间的参数测量点，长期以来只采用了上下部气道温度和压力及蒸气流量等少数测量点，远远不够，直接导致整个造气的生产基本上处于一个开环的、无质量反馈的、粗放的状态，即造成对炉况判断的局限和相应的操作缺乏依据，因而整个生产的监控比较粗糙和不精确，这是造气能耗居高不下的主要原因，如吹入炉内的空气和蒸汽的流量目前都由手动阀调整在一定的流量，且一般不予变化，空气或蒸汽吹入的时间也基本固定，只有精心操作的老操作工才偶然地予以调整，这有碍于炉况的优化和稳定，也直接影响能耗降低目标的实现，因此必须增加造气过程参数的测量点。再次，造气是提供合成氨原料的工序，其任务是根据下游生产的需要来提供符合要求的半水煤气，但由于流程比较长，中间还存在着一个大的煤气柜，属于一个大滞后的系统，很难使造气车间及时地改变其气量和质量以适应后续工序的需要，这要求非常有经验的调度和精心的管理，否则容易造成生产的不稳定，甚至在后续生产有异常情况时会导致全流程的大波动，需要很长时间才能再次进行稳定，从而造成很大的浪费，使生产不能长期在稳定的高效的条件下进行，这也是造成全流程能耗高的原因之一，因此必须实现造气与全流程各部分的协调控制。中国专利公开号为CN101503635A，
公开日为2009年8月12日的发明专利公开了一种增氧间歇式煤气制备控制装置，包括空气压缩罐、煤气发生炉和控制系统，其控制系统中嵌入式控制站分别与磁氧分析仪、红外C0/C02分析仪、热导式氢分析仪、气动薄膜调节阀、自动机连接，磁氧分析仪、红外C0/C02分析仪、热导式氢分析仪分别与煤气发生炉系统连接。虽然该发明能够根据吹风气或上下行煤气的成分以及炉温等参考元素确定增氧空气中的氧浓度及增氧的时间，并采用前馈加反馈的算法及调节环节，以确保增氧浓度的可调性及稳定性，但对于造气生产的节能和优化而言，其仍有以下不足首先，该发明的目的在于确保增氧浓度的可调性及稳定性，确保增氧气化新工艺的实施，这只是单炉操作优化控制的一小部分内容，功能较少，不能较完全的实现单炉操作优化控制；其次，该发明实现确保增氧浓度的可调性及稳定性的依据是上下行煤气的成分以及炉温，参数太少，有损其确保增氧浓度可调性及稳定性效果的实现，更不用提满足整个单炉操作优化控制的需要了 ； 第三，该发明采用的增氧间歇式煤气制备控制站在造气车间内部是相对独立的，不仅相互之间缺乏协调性，而且与造气车间之外的合成氨生产的其余流程之间更缺乏协调性，未从全流程角度解决生产的稳定问题，也不利于进一步节能降耗。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的参数测量点较少、单炉操作的优化控制性不完善、与全流程各部分的协调性较弱的缺陷与问题，提供一种参数测量点较多、单炉操作的优化控制性较完善、与全流程各部分的协调性较强的用于合成氨生产的造气车间综合控制系统。为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是用于合成氨生产的造气车间综合控制系统，该综合控制系统包括多个子系统，每个子系统都包括多个造气炉，每个造气炉的两端分别与煤气炉上部气道、煤气炉下部气道相连接，煤气炉上部气道、煤气炉下部气道的另一端分别经上行煤气阀、下行煤气阀后均与煤气总管相连接，煤气总管的另一端与放空阀、煤气总阀相连接，放空阀的另一端与烟囱相连接，煤气总阀的另一端经洗气塔前半水煤气总管与洗气塔相连接，洗气塔的另一端经单炉洗气塔出口半水煤气管与气柜相连接； 所述空气总管经吹风阀与煤气炉下部气道相连接，蒸汽总管经蒸汽总阀与上行蒸汽阀、下行蒸汽阀相连接，上行蒸汽阀、下行蒸汽阀的另一端分别与上行氮气阀、下行氮气阀相连接，上行氮气阀、下行氮气阀的另一端经氮气总阀与加氮总管相连接，且上行蒸汽阀、上行氮气阀之间的管道与煤气炉下部气道相连接，下行蒸汽阀、下行氮气阀之间的管道与煤气炉上部气道相连接；所述综合控制系统还包括一个车间协调控制站，每个子系统还包括一个子系统优化控制站与一个I/O站，车间协调控制站的一端与厂级调度站信号连接，另一端与子系统优化控制站信号连接，子系统优化控制站的另一端与I/O站信号连接，I/O站的另一端与实际仪表群相连接，实际仪表群的设置情况如下所述造气炉的炉肩上沿同一圆周均勻设置有三个红外图像采集器，三个红外图像采集器都通过集成光电转换器、炉面燃烧信号转换器与I/O站信号连接，造气炉的底部设置有炉底热电偶与电动机，炉底热电偶与I/O站内设置的炉底温度变送器信号连接，电动机与炉篦变频器信号连接，炉篦变频器的另一端与I/O站、炉篦转速变送器信号连接，炉篦转速变送器的另一端与I/O站信号连接；所述煤气炉上部气道上设置有上行热电偶与上行压力变送器，上行热电偶与I/O 站内设置的上行温度变送器信号连接，上行压力变送器与I/O站信号连接，煤气炉下部气道上设置有下行热电偶与下行压力变送器，下行热电偶与I/O站内设置的下行温度变送器信号连接，下行压力变送器与I/O站信号连接，煤气总管上设置有蒸汽利用率检测仪，蒸汽利用率检测仪与I/O站信号连接，单炉洗气塔出口半水煤气管上设置有专用分析取样探头系统、塔出口半水煤气专用流量计、塔出口压力变送器与塔热电阻，专用分析取样探头系统经取样预处理装置后分别与H2成分分析仪、CO多组分成分分析仪、C02多组分成分分析仪相连接，H2成分分析仪、CO多组分成分分析仪、C02多组分成分分析仪与I/O站信号连接， 塔出口半水煤气专用流量计内包括的差压变送器与I/O站信号连接，塔出口压力变送器与 I/O站信号连接，塔热电阻与I/O站内设置的塔温度变送器信号连接；所述空气总管上设置有空气压力变送器与空气平衡流量计，空气压力变送器与I/ 0站信号连接，空气平衡流量计内包括的空气差压变送器与I/O站信号连接，加氮总管上设置有加氮平衡流量计，加氮平衡流量计内包括的加氮差压变送器与I/O站信号连接，蒸汽总管上设置有蒸汽压力变送器与蒸汽标准孔板，蒸汽压力变送器与I/O站信号连接，蒸汽标准孔板内包括的蒸汽差压变送器与I/O站信号连接。所述每个子系统内造气炉的数量为四个，该四个造气炉对应一个子系统优化控制站。所述塔出口半水煤气专用流量计包括威流巴流量信号发生器和差压变送器。与现有技术相比，本实用新型的有益效果为1、由于本实用新型用于合成氨生产的造气车间综合控制系统中的每个子系统都包括一个子系统优化控制站、一个I/O站以及多个造气炉(该造气炉的数量一般为四个)， 每个造气炉上都对应设置有各种管道设备与实际仪表群，实际仪表群设置在管道设备的各处，其测得参数种类很多，如炉面温度，炉底温度，煤气炉上、下部气道的温度、压力，蒸汽利用率，单炉洗气塔出口半水煤气的成分、流量、差压、压力与温度，空气、加氮空气与蒸汽总管的流量与压力等，当将这些数据通过I/O站传入子系统优化控制站后，这些数据能使子系统优化控制站即时、精确的掌握子系统的运行情况，从而进行即时调整，全面实现单个造气炉操作的优化控制，此外，本实用新型在具体操作时，还根据实际仪表群测得的参数推出了火层上移、火层下移、氧化层厚度增厚、氧化层厚度减薄、偏火与结疤这六种虚拟参数，且这六个虚拟参数都设计有各自的对应操作，虚拟参数与对应操作的结合能够取得更及时、 更准确的操作效果，从而进一步提高单个造气炉操作的优化控制性，这些都利于炉况稳定在较高的水平，从而实现进一步节能降耗的目的，同时，子系统优化控制站还具有自学习功能，使用中可以不断改善操作规律以适合不同炉型、甚至不同煤种的变化，减少操作人员摸索的时间和外部条件的变化对炉况稳定的影响，较快的适应外部条件的变化，为节能降耗创造条件。因此本实用新型不仅过程参数测量点较多、能较全面地反映炉况，而且单炉操作的优化控制性较完善、适应范围较广。2、由于本实用新型用于合成氨生产的造气车间综合控制系统中由多个子系统与一个车间协调控制站相连接，车间协调控制站向上与厂级调度站相连接，即以车间协调控制站作为多个子系统与造气车间之外的氨生产甚至氨加工等下游流程之间的桥梁，在具体使用时，车间协调控制站可以统筹整个车间内各个子系统的运行情况，便于将厂级调度站传来的氨生产全流程的要求及时、准确的分配到合适的子系统中，不仅利于氨生产全流程对造气生产要求的实现，而且能够有利于全流程生产的稳定，有利于能耗降低目标的实现。 因此本实用新型与全流程各部分的协调性较强，有利于能耗降低目标的实现，能够为全流程的稳产高产低耗创造较好的条件。3、本实用新型用于合成氨生产的造气车间综合控制系统中在为合成氨生产的造气车间综合控制系统配备仪表和装备时尽量兼顾了先进性和经济性，如空气总管与加氮总管上均采取平衡流量计测量流量，而蒸汽总管上却采用标准孔板测量流量，其原因在于首先，标准孔板安装时要求的直管长度较长，不利于在空气总管与加氮总管上安装；其次，测量时，标准孔板的压力损失较大，空气和加氮空气本身的压力很低，若在此处采用只能牺牲测量精度，而蒸汽的压力较高，适合标准孔板的应用；再次，与平衡流量计相比，标准孔板的价格比较便宜。正是由于以上因素，本实用新型在配备仪表时，统筹考虑，不仅考虑到设置此测量点的必要性，也考虑到便于仪表的安装使用、保证测量的精确性，还能降低仪表和装备的整体成本；又如本系统增加的洗气塔出口半水煤气成分分析，该增加的测量点是创新的，实施时的难度很大，但此测量点对整个系统的意义也很重大，不能放弃，为此，本设计不仅通过一系列措施以保证其在极为恶劣的条件下能长期在线使用，而且考虑到成本，改为多台造气炉(一般为四台)合用一套分析仪，再通过子系统分辨出各造气炉的气体成分，这样便可以大大降低实施成本。因此本实用新型不仅解决了造气生产过程中的一系列测量难点、提高了测量的精确度，而且整体成本较低。4、本实用新型用于合成氨生产的造气车间综合控制系统中在单炉洗气塔出口半水煤气管上设置有塔出口半水煤气专用流量计，其包括威流巴流量信号发生器和差压变送器，采用威流巴流量信号发生器的原因在于单炉洗气塔出口的半水煤气比较脏(含大量热煤粉、煤焦油、硫化氢和残余蒸汽)，流量计的测量部件极易腐蚀、磨损和堵塞，影响精度和开表率，而且此处半水煤气压力极低，因此该测量点是行业的难点，为此，本设计特采用威流巴流量信号发生器，不仅压差低、精度高、耐腐蚀、耐磨损，而且可以不停产进行在线清洗或更换，有利于确保生产的稳定性，有利于降低能耗。
图1是本实用新型的总体结构示意图。图2是图1中子系统的管道设备结构示意图。图3是图2的实际仪表配置示意图。图中厂级调度站1，车间协调控制站2，子系统优化控制站3，I/O站4，实际仪表群5，造气炉6，空气总管7，吹风阀71，加氮总管8，氮气总阀81，上行氮气阀82，下行氮气阀83，蒸汽总管9，蒸汽总阀91，上行蒸汽阀92，下行蒸汽阀93，洗气塔10，煤气炉上部气道 11，煤气炉下部气道12，上行煤气阀13，下行煤气阀14，煤气总管15，放空阀16，煤气总阀 17，烟囱18，洗气塔前半水煤气总管19，单炉洗气塔出口半水煤气管20，气柜21，红外图像采集器BElOl，集成光电转换器BTlOl，炉面燃烧信号转换器BYlOl，炉底热电偶TE103，炉底温度变送器TT103，电动机M，炉篦变频器SY101，炉篦转速变送器ST101，上行热电偶TE101， 上行温度变送器TT101，上行压力变送器PT101，下行热电偶TE102，下行温度变送器TT102， 下行压力变送器PT102，蒸汽利用率检测仪AEAT102，专用分析取样探头系统AE101，取样预处理装置AN101，H2成分分析仪AT101，CO多组分成分分析仪AT102，C02多组分成分分析仪AT103，塔出口半水煤气专用流量计FE104，差压变送器FT104，塔出口压力变送器PT103， 塔热电阻TE104，塔温度变送器TT104，空气压力变送器PT001，空气平衡流量计FElOl，空气差压变送器FTlOl，加氮平衡流量计FE103，加氮差压变送器FT103，蒸汽压力变送器PT002， 蒸汽标准孔板FE102，蒸汽差压变送器FT102。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。参见图1 -图3，用于合成氨生产的造气车间综合控制系统，该综合控制系统包括多个子系统，每个子系统都包括多个造气炉6，每个造气炉6的两端分别与煤气炉上部气道 11、煤气炉下部气道12相连接，煤气炉上部气道11、煤气炉下部气道12的另一端分别经上行煤气阀13、下行煤气阀14后均与煤气总管15相连接，煤气总管15的另一端与放空阀16、 煤气总阀17相连接，放空阀16的另一端与烟囱18相连接，煤气总阀17的另一端经洗气塔前半水煤气总管19与洗气塔10相连接，洗气塔10的另一端经单炉洗气塔出口半水煤气管 20与气柜21相连接；所述空气总管7经吹风阀71与煤气炉下部气道12相连接，蒸汽总管 9经蒸汽总阀91与上行蒸汽阀92、下行蒸汽阀93相连接，上行蒸汽阀92、下行蒸汽阀93的另一端分别与上行氮气阀82、下行氮气阀83相连接，上行氮气阀82、下行氮气阀83的另一端经氮气总阀81与加氮总管8相连接，且上行蒸汽阀92、上行氮气阀82之间的管道与煤气炉下部气道12相连接，下行蒸汽阀93、下行氮气阀83之间的管道与煤气炉上部气道11相连接；所述综合控制系统还包括一个车间协调控制站2，每个子系统还包括一个子系统优化控制站3与一个I/O站4，车间协调控制站2的一端与厂级调度站1信号连接，另一端与子系统优化控制站3信号连接，子系统优化控制站3的另一端与I/O站4信号连接，I/O 站4的另一端与实际仪表群5相连接，实际仪表群5的设置情况如下所述造气炉6的炉肩上沿同一圆周均勻设置有三个红外图像采集器BE101，三个红外图像采集器BElOl都通过集成光电转换器BT101、炉面燃烧信号转换器BYlOl与I/O站 4信号连接，造气炉6的底部设置有炉底热电偶TE103与电动机M，炉底热电偶TE103与I/ 0站4内设置的炉底温度变送器TT103信号连接，电动机M与炉篦变频器SYlOl信号连接， 炉篦变频器SYlOl的另一端与I/O站4、炉篦转速变送器STlOl信号连接，炉篦转速变送器 STlOl的另一端与I/O站4信号连接；所述煤气炉上部气道11上设置有上行热电偶TElOl与上行压力变送器PT101， 上行热电偶TElOl与I/O站4内设置的上行温度变送器TTlOl信号连接，上行压力变送器PTlOl与I/O站4信号连接，煤气炉下部气道12上设置有下行热电偶TE102与下行压力变送器PT102，下行热电偶TE102与I/O站4内设置的下行温度变送器TT102信号连接，下行压力变送器PT102与I/O站4信号连接，煤气总管15上设置有蒸汽利用率检测仪AEAT102，蒸汽利用率检测仪AEAT102与I/O站4信号连接，单炉洗气塔出口半水煤气管20上设置有专用分析取样探头系统AE101、塔出口半水煤气专用流量计FE104、塔出口压力变送器PT103 与塔热电阻TE104，专用分析取样探头系统AElOl经取样预处理装置ANlOl后分别与H2成分分析仪AT101、CO多组分成分分析仪AT102、C02多组分成分分析仪AT103相连接，H2成分分析仪ATlOl、CO多组分成分分析仪AT102、C02多组分成分分析仪AT103与I/O站4信号连接，塔出口半水煤气专用流量计FE104内包括的差压变送器FT104与I/O站4信号连接，塔出口压力变送器PT103与I/O站4信号连接，塔热电阻TE104与I/O站4内设置的塔温度变送器TT104信号连接；所述空气总管7上设置有空气压力变送器PT001与空气平衡流量计FE101，空气压力变送器PT001与I/O站4信号连接，空气平衡流量计FElOl内包括的空气差压变送器 FTlOl与I/O站4信号连接，加氮总管8上设置有加氮平衡流量计FE103，加氮平衡流量计 FE103内包括的加氮差压变送器FT103与I/O站4信号连接，蒸汽总管9上设置有蒸汽压力变送器PT002与蒸汽标准孔板FE102，蒸汽压力变送器PT002与I/O站4信号连接，蒸汽标准孔板FE102内包括的蒸汽差压变送器FT102与I/O站4信号连接。所述每个子系统内造气炉6的数量为四个，该四个造气炉6对应一个子系统优化控制站3。所述塔出口半水煤气专用流量计FE104包括威流巴流量信号发生器和差压变送器 FT104。上述用于合成氨生产的造气车间综合控制系统的使用方法该方法包括先在子系统上组装子系统优化控制站3、I/O站4与实际仪表群5，再将子系统优化控制站3与车间协调控制站2信号连接、将车间协调控制站2与厂级调度站1 信号连接，然后根据实际仪表群5测得的数据推出虚拟参数，再根据推出的虚拟参数、实际仪表群5测得的参数进行相应操作；所述虚拟参数包括火层上移、火层下移、氧化层厚度增厚、氧化层厚度减薄、偏火与结疤，其推出原理及相应操作如下火层上移当上部气道温度高于正常平均上部气道温度、下部气道温度低于正常平均下部气道温度、炉面温度高于正常平均炉面温度，且炉底温度波动不大或低于正常平均炉底温度时，则火层上移，若此时蒸汽利用率、半水煤气成分波动不大，则火层上移情况较弱，只需加大下吹蒸汽的流量即可；若此时蒸汽利用率、半水煤气成分下降较大，则火层上移情况严重，需要加大下吹蒸汽的流量与时间，并减少上吹蒸汽的流量与时间或者采用增氧气化技术，适当减弱上吹增氧，并增强下吹增氧；火层下移当上部气道温度低于正常平均上部气道温度、下部气道温度高于正常平均下部气道温度、炉面温度低于正常平均炉面温度，且炉底温度波动不大或高于正常平均炉底温度时，则火层下移，若此时，蒸汽利用率、半水煤气成分波动不大，则火层下移情况较弱，只需加大上吹蒸汽的流量即可；若此时，蒸汽利用率、半水煤气成分下降较大，则火层下移情况严重，需要加大上吹蒸汽的流量与时间，并减少下吹蒸汽的流量与时间或者采用增氧气化技术，适当增强上吹增氧，并减弱下吹增氧；[0038]氧化层厚度增厚当上部气道温度高于正常平均上部气道温度、下部气道温度高于正常平均下部气道温度、炉面温度高于正常平均炉面温度、炉底温度变化不大或高于正常平均炉底温度，且蒸汽利用率增高、半水煤气成分质量好时，则氧化层厚度增厚，此时可维持原有操作参数或需适当减少加氮、增氧的流量，并增加蒸汽流量；氧化层厚度减薄当上部气道温度、下部气道温度同时下降、炉面温度低于正常平均炉面温度、炉底温度小于正常平均炉底温度，且蒸汽利用率降低、半水煤气流量减少、半水煤气成分质量变差时，则氧化层厚度减薄，此时需增加加氮、增氧的流量，并适当减少蒸汽流量；偏火当上部气道温度小于正常平均上部气道温度、下部气道温度小于正常平均下部气道温度、炉面温度不均勻、炉底温度波动不大或小于正常平均炉底温度，且蒸汽利用率降低、半水煤气流量减少、半水煤气成分质量变差时，则偏火，此时需报警、调整炉篦转速器，并进行其他人工操作；结疤当炉子阻力增加、炉面温度不均勻或炉底温度增加，且蒸汽利用率降低、半水煤气流量减少、半水煤气成分质量变差时，则结疤，此时需报警、调整炉篦转速器，并进行其他人工操作。上述使用方法还包括先由厂级调度站1向车间协调控制站2发出H2/N2的总调度信号，再由车间协调控制站2根据H2/N2的总调度信号、每个子系统的运行情况计算出每个子系统应承担的H2/N2的分调度信号，并将该H2/N2的分调度信号发送至对应的每个子系统优化控制站3中，然后由子系统优化控制站3依据收到的H2/N2的分调度信号对子系统进行对应操作，该对应操作如下当要求增加H2/N2时，减少加氮的流量，并增加增氧的流量，且减少回收时间；当要求降低H2/N2时，增加加氮的流量，并减少增氧的流量，且增加回收时间；若炉况不佳，则由车间协调控制站2决定该炉不参与H2/N2调节。本实用新型中实际仪表群包括的各仪表的作用如下专用分析取样探头系统AElOl (耐粉尘和煤焦油、耐腐蚀取样探头，可在线取出清洗或更换)、取样预处理装置ANlOl (样气预处理装置)、H2成分分析仪ATlOl (H2变送)、C0 多组分成分分析仪AT102 (CO变送)、C02多组分成分分析仪AT103 (C02变送)上下行煤气效果分析记录、优化回路。蒸汽利用率检测仪AEAT102:蒸汽利用率记录、优化回路。红外图像采集器BElOl (炉面温度及分布采样)、集成光电转换器BT101、炉面燃烧信号转换器BYlOl 监测炉面温度及分布情况。空气平衡流量计FElOl (流量测量)、空气差压变送器FTlOl (流量变送)入炉空气流量指示、记录。蒸汽标准孔板FE102 (流量测量)、蒸汽差压变送器FT102 (流量变送):入炉蒸汽流量指不、记录。加氮平衡流量计FE103 (流量测量)、加氮差压变送器FT103 (流量变送)加氮空气流量指示、记录。塔出口半水煤气专用流量计FE104 (流量测量)、差压变送器FT104 (流量变送) 洗气塔出口单炉半水煤气流量指示、记录。[0052]空气压力变送器PT001 入系统空气压力测量。蒸汽压力变送器PT002 入系统蒸汽压力测量。上行压力变送器PTlOl 上部气道压力测量。下行压力变送器PT102:下部气道压力测量。塔出口压力变送器PT103:洗气塔出口半水煤气压力测量。炉篦变频器SY101(改变炉篦转速)、炉篦转速变送器ST101(炉篦转速变送)、SN101 (接受炉底温度的控制)炉篦转速控制、指示回路。上行热电偶TElOl (上部气道测温元件)、上行温度变送器TTlOl (温度变送)上部气道半水煤气温度指示、记录回路。下行热电偶TE102 (下部气道测温元件)、下行温度变送器TT102 (温度变送)下部气道半水煤气温度指示、记录。炉底热电偶TE103 (炉底测温元件)、炉底温度变送器TT103 (温度变送)炉底温度指示、记录、调节、报警回路。塔热电阻TE104 (洗气塔半水煤气出口测温元件)、塔温度变送器TT104 (温度变送)洗气塔出口半水煤气温度指示、记录回路。本实用新型的原理说明如下由于现有造气车间存在过程参数测量点较少、单炉操作的优化控制性较不完善、 与全流程各部分的协调性较弱的问题，这三个问题使得现有造气车间处于一个开环的、无质量反馈的、粗放的状态，难以确保生产的长期稳定性，大大增加了能耗，因此要降低造气车间的能耗，就必须解决这三个问题，本实用新型解决方法如下1、增加造气过程参数的监测尽可能多地提供必要的过程信息，以指导生产或提供决策依据，同时，由于造气车间的测量条件异常恶劣，某些必要参数不可能直接测得，因此必须采用虚拟参数的方式，从已测得的实际参数和工艺情况推出所需的虚拟参数，如火层上移、火层下移、氧化层厚度增厚、氧化层厚度减薄、偏火与结疤等，从而便于单炉操作的优化控制。2、实施单炉操作的优化控制每个子系统都包括一个子系统优化控制站、一个I/ 0站与多个造气炉(一般为四个)，使用时，通过子系统优化控制站与I/O站对多个造气炉进行优化控制，其中，I/O站用于采集每个造气炉的各种过程参数以及把优化的操作指令送到相关的各执行部件，其目的是配合子系统优化控制站实现造气炉的稳定和节能。同时，子系统优化控制站还通过各种实际仪表测得的过程参数与虚拟参数建立对应的操作规则，这些规则是通过萃取优秀操作工和专家经验建立的，两者通过一定条件的整合，能够建立起一个比较完善的优化控制系统，再辅以具有自学习功能的智能自我完善模块，三者的结合使得子系统可适应不同制气工艺、不同炉型、不同煤种、不同工况的间歇法生产的固定层造气炉，具有较强的优化控制性。3、实现与全流程各部分的协调控制每个子系统都能通过其内部的子系统优化控制站与上级车间协调控制站相连接，车间协调控制站向上与厂级调度站相连接，实现了造气车间与企业级网络的信号连接。这种连接可即时取得下游生产的实时数据以实施对整个造气生产的协调控制。实际操作中，由车间协调控制站将下游流程对造气车间的需求(气量及质量)科学地分解到合适的子系统优化控制站，再由子系统优化控制站对相应的子系统进行即时的控制，从而提供符合全流程生产需要的半水煤气(气量和质量)，为全流程的稳定、高效创造条件。这种协调控制能够接收合成车间的氨氮比信号、反映下游负荷的压缩机电流和运转台数信号以及反映半水煤气中间储存量的气柜高度等信号，也可接受调度员的指令(开停炉子、加减负荷、氢氮比等)，从而实时、适度地调度造气的生产，将下游对半水煤气气量和质量的要求根据每台造气炉的实际炉况分解到每个炉子，并充分考虑到流程长和气柜容量大等滞后环节，对每台造气炉的生产予以自动调整，避免人工调整不当时可能造成的过程参数的大起大落。由于调整是考虑了每台炉子的炉况，是在尽量不影响炉况的情况下，各台炉子“各尽所能”，是在确保炉子稳定的前提下进行的“个性化”调整，既保证了全厂生产的平衡和稳定，也从根本上保障了炉子的稳定，而这正是全厂生产稳定的重要条件。由上可见，本实用新型不仅配置了较完整的过程参数测量点，能较全面的监视炉子的运行状态、并采用了具有自学习功能的子系统优化控制站，使造气炉稳定地运行在高效低耗的较高水平，并能及时地发现诸如偏火、气化层恶化等故障，尽量避免停炉等恶性事故的发生，而且与全流程各部分的协调性较强、有利于造气及全流程在高效低耗状态下的稳定运行，为节能降耗创造了极好的条件。因而，本实用新型不仅参数测量点较多、单炉操作的优化控制性较完善，而且与全流程各部分的协调性较强、有利于能耗降低目标的实现。
1权利要求1.用于合成氨生产的造气车间综合控制系统，该综合控制系统包括多个子系统，每个子系统都包括多个造气炉(6)，每个造气炉(6)的两端分别与煤气炉上部气道(11)、煤气炉下部气道(12)相连接，煤气炉上部气道(11)、煤气炉下部气道(12)的另一端分别经上行煤气阀(13)、下行煤气阀(14)后均与煤气总管(15)相连接，煤气总管(15)的另一端与放空阀(16)、煤气总阀(17)相连接，放空阀(16)的另一端与烟囱(18)相连接，煤气总阀(17) 的另一端经洗气塔前半水煤气总管(19)与洗气塔(10)相连接，洗气塔(10)的另一端经单炉洗气塔出口半水煤气管(20)与气柜(21)相连接；所述空气总管(7)经吹风阀(71)与煤气炉下部气道(12)相连接，蒸汽总管(9)经蒸汽总阀(91)与上行蒸汽阀(92)、下行蒸汽阀 (93)相连接，上行蒸汽阀(92)、下行蒸汽阀(93)的另一端分别与上行氮气阀(82)、下行氮气阀(83)相连接，上行氮气阀(82)、下行氮气阀(83)的另一端经氮气总阀(81)与加氮总管 (8)相连接，且上行蒸汽阀(92)、上行氮气阀(82)之间的管道与煤气炉下部气道(12)相连接，下行蒸汽阀(93)、下行氮气阀(83)之间的管道与煤气炉上部气道(11)相连接，其特征在于所述综合控制系统还包括一个车间协调控制站(2)，每个子系统还包括一个子系统优化控制站(3)与一个I/O站(4)，车间协调控制站(2)的一端与厂级调度站(1)信号连接，另一端与子系统优化控制站(3)信号连接，子系统优化控制站(3)的另一端与I/O站(4)信号连接，I/O站(4)的另一端与实际仪表群(5)相连接，实际仪表群(5)的设置情况如下所述造气炉(6)的炉肩上沿同一圆周均勻设置有三个红外图像采集器(BE101)，三个红外图像采集器(BElOl)都通过集成光电转换器(BT101)、炉面燃烧信号转换器(BYlOl)与 I/O站(4)信号连接，造气炉(6)的底部设置有炉底热电偶(TE103)与电动机(M)，炉底热电偶(TE103)与I/O站(4)内设置的炉底温度变送器(TT103)信号连接，电动机(M)与炉篦变频器(SYlOl)信号连接，炉篦变频器(SYlOl)的另一端与I/O站(4)、炉篦转速变送器 (STlOl)信号连接，炉篦转速变送器(STlOl)的另一端与I/O站(4)信号连接；所述煤气炉上部气道(11)上设置有上行热电偶(TElOl)与上行压力变送器(PT101)， 上行热电偶(TElOl)与I/O站(4)内设置的上行温度变送器(TTlOl)信号连接，上行压力变送器(PTlOl)与I/O站(4)信号连接，煤气炉下部气道(12)上设置有下行热电偶(TE102) 与下行压力变送器(PT102)，下行热电偶(TE102)与I/O站(4)内设置的下行温度变送器 (TT102)信号连接，下行压力变送器(PT102)与I/O站(4)信号连接，煤气总管(15)上设置有蒸汽利用率检测仪(AEAT102)，蒸汽利用率检测仪(AEAT102)与I/O站(4)信号连接，单炉洗气塔出口半水煤气管(20)上设置有专用分析取样探头系统(AE101)、塔出口半水煤气专用流量计(FE104)、塔出口压力变送器(PT103)与塔热电阻(TE104)，专用分析取样探头系统(AElOl)经取样预处理装置(ANlOl)后分别与H2成分分析仪(AT101 )、CO多组分成分分析仪(AT102)、C02多组分成分分析仪(AT103)相连接，H2成分分析仪(AT101 )、C0多组分成分分析仪(AT102)、C02多组分成分分析仪(AT103)与I/O站(4)信号连接，塔出口半水煤气专用流量计(FE104)内包括的差压变送器(FT104)与I/O站(4)信号连接，塔出口压力变送器(PT103)与I/O站(4)信号连接，塔热电阻(TE104)与I/O站(4)内设置的塔温度变送器(TT104)信号连接；所述空气总管(7)上设置有空气压力变送器(PT001)与空气平衡流量计(FE101)，空气压力变送器(PT001)与I/O站(4)信号连接，空气平衡流量计(FElOl)内包括的空气差压变送器(FTlOl)与I/O站(4)信号连接，加氮总管(8)上设置有加氮平衡流量计(FE103)，加氮平衡流量计(FE103)内包括的加氮差压变送器(FT103)与I/O站(4)信号连接，蒸汽总管 (9)上设置有蒸汽压力变送器(PT002)与蒸汽标准孔板(FE102)，蒸汽压力变送器(PT002) 与I/O站(4)信号连接，蒸汽标准孔板(FE102)内包括的蒸汽差压变送器(FT102)与I/O站 (4)信号连接。
2.根据权利要求1所述的用于合成氨生产的造气车间综合控制系统，其特征在于所述每个子系统内造气炉(6)的数量为四个，该四个造气炉(6)对应一个子系统优化控制站 (3)。
3.根据权利要求1所述的用于合成氨生产的造气车间综合控制系统，其特征在于 所述塔出口半水煤气专用流量计(FE104)包括威流巴流量信号发生器和差压变送器 (FT104)。
专利摘要用于合成氨生产的造气车间综合控制系统，包括车间协调控制站以及与多个造气炉对应的子系统优化控制站与I/O站，子系统优化控制站通过车间协调控制站与厂级调度站信号连接，使用时，子系统优化控制站先根据实际仪表群测得的过程参数推出火层上移、火层下移、氧化层厚度增厚、氧化层厚度减薄、偏火与结疤等虚拟参数，再根据实际过程参数和虚拟参数对子系统进行具有自学习功能的优化控制，车间协调控制站则根据厂级调度站信号、子系统运行情况实现造气车间与合成氨生产全流程的协调。本设计不仅参数测量点较全面、单炉操作的优化控制性较完善，而且与全流程各部分的协调性较强、有利于造气和全流程在高效低耗状态的稳定运行。
文档编号G05B19/418GK202196314SQ20112025265
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者姚飞龙 申请人:姚飞龙