专利名称：干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法
干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法
技术领域：
本发明涉及气化炉技术领域，特别涉及一种干煤粉气化生产合成煤气的气化炉煤烧嘴燃烧负荷控制方法，包括粉煤流量控制和氧气流量控制。
背景技术：
煤炭的高效、清洁利用是目前和未来的发展方向，煤的气化技术是适用这种发展方向的基础技术，煤气化技术根据气化炉内气化剂(氧气、水蒸汽)和煤的运动方向分为固定床、流化床和气流床，本发明涉及到的是气流床气化炉干煤粉烧嘴燃烧负荷的控制方法。气流床粉煤加压气化工艺是以粉煤和纯氧为原料，采用气流床反应器，在高温、高压、非催化条件下进行部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为有效成分的合成气。对于气流床气化炉来说，为了保证安全、经济和稳定的运行，对煤粉烧嘴的负荷控制就非常重要，煤粉烧嘴(以下简称煤烧嘴)负荷控制就是控制进入煤烧嘴的氧气流量、煤粉流量。
发明内容本发明的目的是提供一种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法，以有效控制进入煤烧嘴的氧气和煤粉流量，保证气化炉安全、经济和稳定的运行。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案—种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法，包括以下步骤第1步设定干煤粉气化炉总负荷；第2步根据干煤粉气化炉总负荷，确定氧气总需求量X ；第3步控制氧气总需求量X的变化率<设定值；设定值为气化炉氧气最大质量流量的2% ；控制氧气总需求量X，使下限值<氧气总需求量X <上限值；上限值当气化炉压力< IMPa时为4. 76kg/s ；当3MPa彡气化炉压力彡IMPa时， 为气化炉压力乘以6. 48再减去1. 72 ；当气化炉压力> 3MPa时为17. 72kg/s ；下限值当气化炉压力< IMPa时为2Jkg/s ；当3MPa彡气化炉压力彡IMPa时，为气化炉压力乘以2. 1再加上0. 1 ；当气化炉压力> 3MPa时为6. 4kg/s ；第4步根据气化炉的煤烧嘴个数η计算出单个煤烧嘴氧气需求量y，y = Χ/η。所述控制方法还包括以下步骤，气化炉煤烧嘴的氧气控制步骤1)、控制单个煤烧嘴氧气需求量y，使Fmin ( y ( Ffflax ；Fmax 当气化炉压力< IMPa时为1. 38kg/s ；当3MPa彡气化炉压力彡IMPa时，为气化炉压力乘以1.425再减去0. 045，气化炉压力单位为MPa，Fmax单位为kg/s ；当气化炉压力 > 3MPa 时为 4. 23kg/s ；Fmin 当气化炉压力< IMPa时为1. 25kg/s ；当3MPa彡气化炉压力彡IMPa时，为气化炉压力乘以0. 18再加上1.07，气化炉压力单位为MPa，Fmax单位为kg/s ；当气化炉压力> 3MPa 时为 1. 61kg/s ；
2)、当y小于Fmin时取值Fmin，当y大于Fmax时取值Fmax ；3)、将y值作为设定值输入第一 PID调节器，与单个煤烧嘴氧气流量实际测量值比较，第一 PID调节器进行PID运算，输出开度信号调整氧气流量调节阀，控制氧气流量达到设定值。所述控制方法还包括以下步骤，气化炉煤烧嘴的煤粉控制步骤1)、根据氧气与煤粉之间的比值r和单个煤烧嘴氧气需求量y计算出单个煤烧嘴煤粉流量的需求值=y/r ；1；2)、将煤粉流量的需求值作为设定值输入第二 PID调节器，与单个煤烧嘴煤粉流量实际测量值比较，第二 PID调节器经过PID运算，输出开度信号调整煤粉流量调节阀，控制煤气流量达到设定值。相对于现有技术，本发明具有以下优点本发明一种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法，通过提供一种氧气流量控制和煤粉流量控制方法来完成煤烧嘴负荷的控制，首先根据气化炉负荷需求计算出煤粉烧嘴的负荷需求，负荷控制顺序可以先控制氧气供应，然后根据氧煤的配比关系再控制煤粉供应，顺序也可以反过来，先煤后氧，本发明选择的是前者，因为氧气是助燃剂，也是危险气体，这样控制顺序既能满足生产需要又能保证设备安全。
图1为气化炉结构示意图；图2为图1的俯视示意图；图3煤烧嘴氧气和煤粉控制逻辑图。
具体实施方式以下结合附图和发明人给出的具体实施例对本发明作进一步详细说明。请参阅图1所示，氧气通过调节阀V-2进入气化炉与通过调节阀V-I的煤粉混和燃烧，经过一系列的化学反应生成主要成份为CO和H2的合成煤气，作为气化炉的产品气送到下游工艺。气化炉内煤粉燃烧后在底部形成煤渣排放到渣收集灌，再由渣收集灌排放到界外。请参阅图2所示，气化炉煤烧嘴数一般为四个，成间隔90度角排布。请参阅图3所示，为煤烧嘴氧气和煤粉控制逻辑图；气化炉总负荷设定(1)，这个设定可以是固定值，也可以是某个参数的函数值，如气化炉压力或者下游化工产品的产量或者是IGCC电站的发电负荷等；根据负荷设定值确定总氧气需求量，而总氧气需求量要受到变化速率的限制，目的是要保证气化炉本身设备的运行安全性O)；同时，总氧气需求量还要受到上限值maxOO、下限值min(x)的限制，这个值可以是定值也可以是变化值(3)， (4)；计算出气化炉单个煤烧嘴的负荷氧气的需求值，其大小根据煤烧嘴的个数η来定，η值一般为4，单个煤烧嘴负荷氧气的设定值为总负荷设定值除以η(5) (6)；单烧嘴的负荷氧气设定一路去控制氧气，一路去控制煤粉，去控制氧气的设定值经过最大值Fmax、最小值Fmin的限定后(7) (8)，通过比例、积分和微分运算(9)，输出值控制氧气调节阀开度继而控制氧气流量(IO)(Il)；单烧嘴的负荷氧气设定值除以氧气与煤粉的比值r(12) (13)，计算出单烧嘴煤粉负荷值(14)，再经过比例、积分和微分运算(15)，输出值控制煤粉调节阀开度继而控制煤粉流量(16)(17)；通过控制氧气流量和煤粉流量，达到控制煤烧嘴负荷的目的。本发明一种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法包括氧气流量控制、煤粉流量控制，要完成煤烧嘴氧气流量控制，首先要计算出每个煤烧嘴的氧气需求，按下述步骤完成第1步根据气化炉生产合成气产品的负荷需求，确定一个总的氧气总需求量X， 这个量可以是定值，也可以是变值X = f (a)，a代表负荷需求；第2步对氧气总需求量X变化率进行限制，变化率(X) <设定值；设定值以气化炉安全运行确定，本发明优选的实施例子中取气化炉氧气最大质量流量的2% ；变化率是单位时间内氧气质量流量的变化量。氧气最大质量流量与气化炉本身规模有关，比如2000t/ d的气化炉最大流量为16. 9kg/s, 1000t/d的气化炉的为9. 5kg/s ；第3步对氧气总需求量X进行上限值、下限值的限制，下限值Hiin(X)彡X彡上限值maxOO。上限值maxOO的设定当气化炉压力小于IMPa时为4. 76kg/s ；当气化炉压力大于等于IMPa小于等于3MPa时为气化炉压力(单位MPa)乘以6. 48再减去1. 72 (单位 kg/s)；当气化炉压力大于3MPa时为17.7^ig/s。下限值min(x)的设定当气化炉压力小于IMPa时为2. 2kg/s ；当气化炉压力大于等于IMPa小于等于3MPa时为气化炉压力(单位 MPa)乘以2. 1再加上0. 1 (单位kg/s)；当气化炉压力大于3MPa时为6. 4kg/s。第4步根据煤烧嘴个数η计算出单个煤烧嘴氧气需求量y，y = Χ/η ；气化炉煤烧嘴的氧气控制按下述步骤完成1 设定单个煤烧嘴氧气需求量最大值Fmax和最小值Fmin，它是气化炉内部压力的线性函数，压力的变化范围IMPa至3MPa。Fmax的设定当气化炉压力小于IMI3a时为1. 38kg/ s ；当气化炉压力大于等于IMPa小于等于3MPa时为气化炉压力(单位MPa)乘以1. 425再减去0. 045(单位kg/s)；当气化炉压力大于3MPa时为4. 23kg/s。Fmin的设定当气化炉压力小于IMPa时为1. 25kg/s ；当气化炉压力大于等于IMPa小于等于3MPa时为气化炉压力 (单位MPa)乘以0. 18再加上1.07(单位kg/s)；当气化炉压力大于3MPa时为1. 61kg/s。2 对单个煤烧嘴氧气需求量y进行最大值最小值限制，Ffflin ^ y ^ Fmax，当y小于 Fmin时取值Fmin，当y大于Fmax时取值Fmax。3 :y值作为设定值输入PID调节器，与单个煤烧嘴氧气流量测量值比较，经过常规 PID运算，输出开度信号调整氧气流量调节阀，控制氧气流量达到设定值。气化炉煤烧嘴的煤粉控制按下述步骤完成1 气化炉内部中心反应区的温度(1400度左右)很重要，是提高碳转化率、冷煤气效率和总热效率等关键参数，要控制好这个温度，需要控制好氧气与煤粉的比例关系，氧气与煤粉之间的比值r设定在0. 7至1. 1之间；2 根据r值和单个煤烧嘴氧气需求量y计算出单个煤烧嘴煤粉流量的需求值= y/r3 将煤粉流量的需求值作为设定值输入PID调节器，与单个煤烧嘴煤粉流量测量值比较，经过常规PID运算，输出控制煤粉流量调节阀，控制煤气流量。本发明一种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法，通过控制氧气供应，然后根据氧煤的配比关系再控制煤粉供应；因为氧气是助燃剂，也是危险气体，这样控制顺序既能满足生产需要又能保证设备安全。本发明通过对总的氧气需求量的变化速率进行限制，并控制其上下限，以有效的保证气化炉安全、平稳的运行。
权利要求
1.一种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法，其特征在于，包括以下步骤第1步设定干煤粉气化炉总负荷；第2步根据干煤粉气化炉总负荷，确定氧气总需求量X ；第3步控制氧气总需求量X的变化率<设定值；设定值为气化炉氧气最大质量流量的2% ；控制氧气总需求量X，使下限值<氧气总需求量X <上限值；上限值当气化炉压力< IMPa时为4. 76kg/s ；当3MPa彡气化炉压力彡IMPa时，为气化炉压力乘以6. 48再减去1. 72 ；当气化炉压力> 3MPa时为17. 72kg/s ；下限值当气化炉压力< IMPa时为2. 2kg/s ；当3MPa彡气化炉压力IMPa时，为气化炉压力乘以2. 1再加上0. 1 ；当气化炉压力> 3MPa时为6. 4kg/s ；第4步根据气化炉的煤烧嘴个数η计算出单个煤烧嘴氧气需求量y，y = Χ/η。
2.根据权利要求1所述的一种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤气化炉煤烧嘴的氧气控制步骤1)、控制单个煤烧嘴氧气需求量y，使Fmin( y ( Ffflax ；Fmax 当气化炉压力< IMPa时为1. 38kg/s ；当3MPa彡气化炉压力IMPa时，为气化炉压力乘以1. 425再减去0. 045，气化炉压力单位为MPa，Fmax单位为kg/s ；当气化炉压力> 3MPa 时为 4. 23kg/s ；Fmin 当气化炉压力< IMPa时为1. 25kg/s ；当3MPa彡气化炉压力IMPa时，为气化炉压力乘以0. 18再加上1. 07，气化炉压力单位为MPa，Fmax单位为kg/s ；当气化炉压力> 3MPa 时为 1. 61kg/s ；2)、当y小于Fmin时取值Fmin，当y大于Fmax时取值Fmax；3)、将y值作为设定值输入第一PID调节器，与单个煤烧嘴氧气流量实际测量值比较， 第一 PID调节器进行PID运算，输出开度信号调整氧气流量调节阀，控制氧气流量达到设定值。
3.根据权利要求2所述的一种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤气化炉煤烧嘴的煤粉控制步骤1)、根据氧气与煤粉之间的比值r和单个煤烧嘴氧气需求量1计算出单个煤烧嘴煤粉流量的需求值=y/r ；0.7 ^r ^ 1.1；2)、将煤粉流量的需求值作为设定值输入第二PID调节器，与单个煤烧嘴煤粉流量实际测量值比较，第二 PID调节器经过PID运算，输出开度信号调整煤粉流量调节阀，控制煤气流量达到设定值。
全文摘要
本发明涉及一种干煤粉气化炉煤烧嘴负荷控制方法，包括第1步设定干煤粉气化炉总负荷；第2步根据干煤粉气化炉总负荷，确定氧气总需求量X；第3步控制氧气总需求量X的变化率≤设定值；设定值为气化炉氧气最大质量流量的2％；控制氧气总需求量X，使下限值≤氧气总需求量X≤上限值；第4步根据气化炉的煤烧嘴个数n计算出单个煤烧嘴氧气需求量y，y＝X/n。本发明通过提供氧气、煤粉流量控制方法来完成煤烧嘴负荷的控制，首先根据气化炉负荷需求计算出煤粉烧嘴的负荷需求，负荷控制顺序为先控制氧气供应，然后根据氧煤的配比关系再控制煤粉供应；因为氧气是助燃剂，也是危险气体，这样控制顺序既能满足生产需要又能保证设备安全。
文档编号G05D7/06GK102520736SQ201110351520
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者任永强, 姚国鹏, 徐越, 李明亮, 王剑钊, 许世森 申请人:中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司