一种代替煤种在液体排渣气化炉中气化适应性操作的方法与流程

本发明涉及燃煤气化，特别涉及一种代替煤种在液体排渣气化炉中气化适应性操作的方法。

背景技术：

1、随着煤气化技术“大型化、高压化”主流技术的不断发展，在“双碳”、“双控”产业政策背景下，提高液体排渣气化炉的整体效率、拓宽煤种适应性、提高气化炉单炉生产能力、降低停车风险保障装置的可靠性、降低气化技术对环境影响程度、强化煤气化与新型煤化工的技术集成是煤气化技术的发展方向。

2、现有的壳牌气化炉的入炉煤为石油焦+原料煤的组合，由于石油焦的灰分高、硫含量高，容易出现气化炉堵渣、腐蚀管路的现象。因此，寻找石油焦的代替煤种，并提供适应新煤种的操作控制方式及经济性配煤方式，是煤气化技术的重点研究方向。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种代替煤种在液体排渣气化炉中气化适应性操作的方法。本发明提供的方法拓宽了液体排渣气化炉的用煤渠道，实现了烟煤对石油焦的替代，在缓解气化炉堵渣、腐蚀管路的同时，降低了生产成本。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种代替煤种在液体排渣气化炉中气化适应性操作的方法，包括以下步骤：

4、以兰炭或烟煤作为石油焦的代替煤种，将代替煤种与原料煤进行掺杂，作为入炉煤；根据已知的入炉煤的控制指标，确定代替煤种的控制指标；所述控制指标包括热值、灰分、全硫含量、全水含量和挥发分含量；

5、所述确定代替煤种的控制指标的方法，包括以下步骤：

6、设定原料煤与代替煤种的质量比为x:y；

7、根据式1计算代替煤种的热值：

8、

9、式1中，q代表示代替煤种的热值，mj/kg；q入表示入炉煤的热值，mj/kg；

10、q原表示原料煤的热值，mj/kg；

11、根据式2计算代替煤种的灰分：

12、

13、式2中，a代表示代替煤种的灰分，％；

14、a入表示入炉煤的灰分，％；

15、a原表示原料煤的灰分，％；

16、根据式3计算代替煤种的全硫含量：

17、

18、式3中，s代表示代替煤种的全硫含量，％；s入表示入炉煤的全硫含量，％；

19、s原表示原料煤的全硫含量，％；

20、根据式4计算代替煤种的全水含量：

21、

22、式4中，w代表示代替煤种的全水含量，％；w入表示入炉煤的全水含量，％；

23、w原表示原料煤的全水含量，％；

24、根据式5计算代替煤种的挥发分含量：

25、

26、式5中，v代表示代替煤种的挥发分含量，％；

27、v入表示入炉煤的挥发分含量，％；

28、v原表示原料煤的挥发分含量，％。

29、优选的，在入炉煤入炉后，还包括通过监控气化炉水冷壁饱和蒸汽流量辅助监控气化炉炉温，所述气化炉水冷壁饱和蒸汽流量的理论值根据式6计算得到：

30、

31、式6中，f表示气化炉水冷壁饱和蒸汽流量，kg/s；

32、f1表示中压锅炉水循环泵出口质量流量，kg/s；

33、ρ1表示气化炉炉膛水冷壁出口水汽混合物中饱和蒸汽的密度，kg/m3；

34、ρ2表示气化炉炉膛水冷壁出口水汽混合物中饱和水的密度，kg/m3；

35、ρ表示气化炉炉膛水冷壁出口水汽混合物的密度，kg/m3；

36、k表示修正系数；

37、若气化炉水冷壁饱和蒸汽流量的测量值与理论值有偏差，则通过饱和蒸汽密度和饱和水密度进行校正。

38、优选的，在入炉煤入炉后，还包括：

39、采用气化炉apc控制器，根据气化炉炉温预测模型结合装置实际运行数据，实现气化炉炉温软测量；在实现气化炉炉温软测量的基础上，通过气化炉炉温预测模型克服煤质变化以及下游负荷需求变化对气化炉造成的干扰，实现气化炉负荷的自动调整以及工艺参数的稳定优化控制；

40、所述气化炉炉温预测模型包括基于壁面传热的炉温测量模块、基于合成气激冷和对流废锅的炉温测量模块；

41、所述基于壁面传热的炉温测量模块包括物性参数模块、输入数据模块、计算模块和存储显示模块；

42、所述物性参数模块用于存储熔渣、合成气、煤的物性参数；

43、所述输入数据模块用于工业dcs数据的采集；

44、所述计算模块包括计算模块i、计算模块ii、计算模块iii和计算模块iv，所述计算模块i用于计算熔渣沉积量、热通量和sic温度；所述计算模块ii用于计算熔渣厚度相关信息；所述计算模块iii用于计算熔渣表面温度；计算模块iv用于计算气化炉温度。

45、所述基于合成气激冷和对流废锅的炉温测量包括：

46、根据激冷气流量与温度、废锅入口温度、废锅出口温度、废锅蒸汽产量，结合出口合成气流量与组分，通过质量核算、热量核算，计算出气化炉炉温。

47、优选的，所述气化炉炉温预测模型还包括渣口状态监控，所述渣口状态监控根据渣口水冷壁热流密度，通过渣口熔渣流动、相变与传热，实时计算出渣口熔渣厚度、通道面积，并结合基于壁面传热的炉温测量模块、基于合成气激冷和对流废锅的炉温测量模块，对炉温预测模型的合理性、可靠性进行验证。

48、优选的，在入炉煤入炉后，还包括：

49、采用前馈+反馈的rto系统应对入炉煤煤质波动对生产的影响，针对入炉煤煤质的波动调整氧煤比和蒸汽煤比；所述前馈是以包括入炉煤煤质检测数据、入炉煤煤粉质量、压力、流量、水蒸气和氧气对应数据在内的参数为基础，制定初始的生产工艺参数，并为后续的参数调节提供参考；所述反馈是利用气化炉的生产反馈数据，包括产品气组分、流量、压力、气化炉状态数据、氧煤比、渣口差压在内的数据，参考前馈变量，对当前的生产状况以及煤质变化情况进行评估，并指导下一次生产参数的调整。

50、优选的，所述原料煤与代替煤种的质量比为0～5:1～5。

51、优选的，所述入炉煤的控制指标包括：

52、

53、优选的，所述入炉煤的控制指标还包括：

54、

55、优选的，所述气化炉水冷壁饱和蒸汽流量控制在4.2～4.4kg/s。

56、本发明提供了一种液体排渣气化炉apc控制系统，包括气化炉apc控制器、气化炉炉温预测模型、有效气产量预测模型和产品气成分预测模型；

57、所述气化炉炉温预测模型包括基于壁面传热的炉温测量模块、基于合成气激冷和对流废锅的炉温测量模块；

58、所述基于壁面传热的炉温测量模块包括物性参数模块、输入数据模块、计算模块和存储显示模块；

59、所述物性参数模块用于存储熔渣、合成气、煤的物性参数；

60、所述输入数据模块用于工业dcs数据的采集；

61、所述计算模块包括计算模块i、计算模块ii、计算模块iii和计算模块iv，所述计算模块i用于计算熔渣沉积量、热通量和sic温度；所述计算模块ii用于计算熔渣厚度相关信息；所述计算模块iii用于计算熔渣表面温度；计算模块iv用于计算气化炉温度。

62、本发明提供了一种代替煤种在液体排渣气化炉中气化适应性操作的方法，本发明使用高活性、高热值、低灰分、低硫煤，用兰炭、烟煤这些煤种代替石油焦，突破原使用煤种的局限性，特别是在烟煤替代石油焦的技术开发中，通过烟煤在壳牌气化炉应用中的适用性技术进行深入的研究，逐步找到适应新煤种的操作控制方式及经济性配煤方式，有效提升煤气化装置的运行周期，使装置“安、稳、长、满、优”稳定运行。本发明在原料煤热值及指标不变的情况下对不同配比下所需要的煤种的热值、灰分、全硫、全水、挥发分进行计算，保证入炉煤热值，实现了烟煤掺烧比例从10％提升至60％以上，拓宽了高铁、高钙、高硫等劣质原料煤的使用渠道，实现了烟煤对石油焦的替代，降低了生产成本。本发明将入炉煤热值控制在25～28mj/kg，灰分控制在16～20％左右，灰熔点1250～1350℃，硫含量1.5～2％左右，降低灰分、硫含量对气化炉、文丘里洗涤器、合成气管线及后系统设备磨蚀、腐蚀速率有减缓作用。

63、进一步的，本发明通过监控气化炉水冷壁饱和蒸汽流量辅助监控气化炉炉温，有效解决了由于测量仪表漂移，当热负荷(j)和小室蒸汽产量(f)不统一时，对气化炉即时炉温的把控检验。

64、本发明通过使用气化炉apc控制器进行气化炉多变量控制操作，能够实现气化炉负荷的自动调整以及各关键工艺参数的稳定优化控制；通过采用前馈+反馈的rto系统应对入炉煤煤质波动对生产的影响，能够针对煤质的波动调整氧煤比和蒸汽煤比的设置。本发明提供的气化适应性操作能够最大化有效气的产气率，约束为气化炉的排渣能力优良、满足安全生产边界等，关键优化变量为氧煤比、蒸汽煤比或产品气甲烷含量。通过求解上述优化问题，可以实时推荐最优的工艺参数，实现产气率最大化并同时稳定生产的目标。