氣化爐是煤制天然氣工藝中的關鍵設備。目前，碎煤加壓氣化爐應用廣泛。其優(yōu)點是：自熱工藝，所需熱量由煤部分燃燒提供；加壓有利于提高氣化爐的反應效率。廢熱鍋爐是氣化爐不可缺少的一部分。氣化爐產生的粗氣體含有大量的煤、灰、焦油等雜質。離開氣化爐后，進入洗滌冷卻器，然后進入廢熱鍋爐進行廢熱利用和進一步清洗。洗滌中使用的介質為氣水，通過廢熱鍋爐底部與洗滌冷卻器之間的循環(huán)泵循環(huán)，通過廢熱鍋爐底部的管道排出含有灰塵和冷凝焦油的氣水。因此，需要不斷補充洗滌中使用的高壓氣水，以保持廢熱鍋爐底部的液位。洗滌后的粗氣從頂部離開廢熱鍋爐，然后通過氣液分離器分離，進入下一個邊界區(qū)域。氣液分離器產生的氣水回收廢熱鍋爐。

1 工藝介紹

圖1顯示了煤制天然氣工程氣化爐廢熱鍋爐的工藝流程圖。氣化爐正常運行時，廢熱鍋爐底部的液位應控制在合理范圍內。當液位過高時，粗氣進入廢熱鍋爐的阻力增加，粗氣中含有大量水蒸氣；當液位過低時，進入廢熱鍋爐的粗氣溫為181℃廢熱鍋爐的正常運行溫度約為161~175℃之間，液位過低將會使廢熱鍋爐運行于較高溫度下，對設備造成損壞。因此，在廢熱鍋爐下部設計了調節(jié)閥，以實現液位的自動控制。

氣化爐廢熱鍋爐工藝流程圖1

在氣化爐運行過程中，煤粉、灰、焦油積聚在廢熱鍋爐中，會造成廢熱鍋爐底部堵塞，導致廢熱鍋爐底部液位增加，當超過粗氣孔時，會導致進氣阻力顯著增加，導致洗滌冷卻器出口溫度升高，影響粗氣和氣水的正常運行，為防止上述情況，需要設置自動反沖洗裝置，定期反沖洗，反沖洗將沉積在廢熱鍋爐中的雜質與氣水充分混合，通過底部管道排出廢熱鍋爐。工藝控制的困難包括：

a.反沖洗順序控制和液位自動控制兩種策略作用時間的分配，相互切換時干擾設計。根據上述工藝要求，反沖洗順序控制為周期循環(huán)控制，防止閥門和管道堵塞，但氣化爐處于正常狀態(tài)，始終投入廢熱鍋爐液位的自動控制。

b.反沖洗順序控制是一個自動、無人工操作的過程，必須嚴格按照工藝要求和反沖洗步驟進行設計，并考慮順序控制過程中的各種事故。

c.反沖洗順序控制時，廢熱鍋爐只有進水，無排水，液位變化明顯，調節(jié)閥液位自動控制必須具有較高的調節(jié)質量。

♂

2 解決方案

針對上述的某煤制天然氣項目廢熱鍋爐底部液位自動控制由PID通過現場雙法蘭差壓液位計檢測液位，然后根據調節(jié)閥的特點設置合理的液位PID參數，以獲得最佳的調。反沖洗順序由程序控制，具體程序流程如圖2所示。

圖2

當廢熱鍋爐正常運行時，CH038閥門和底部調節(jié)閥打開，排出含雜質的廢熱鍋爐。當粗氣出洗滌冷卻器溫度超過一定值時，不允許投入反沖洗程序控制，但可手動反沖洗。如果廢熱鍋爐堵塞，需要到現場疏浚。只有當粗氣出洗滌冷卻器溫度低于一定值時，才允許投入反沖洗程序控制。具體操作如下：首先單擊A點擊S程序控制開始，自動關閉CH038閥門，打開CH039閥，使高壓氣水反沖廢熱鍋爐底部，操作人員可根據工況變化手動設置底部調節(jié)閥的峰值、谷值、長度和周期，使高壓氣水具有一定的沖擊力，將沉積的雜質與氣水混合，達到反沖洗的目的。反沖洗后，關閉CH039閥門，打開CH038閥門，底部調節(jié)閥恢復到程序控制投入前的狀態(tài)。程序控制反沖洗間隔計時。在達到間隔計時的設定值后，反沖洗程序控制將自動投入。如果程序控制執(zhí)行時閥門未打開或關閉，程序控制將自動退出，以確保設備處于安全狀態(tài)，并發(fā)送報警信息。反沖洗屏幕的下部是底部調節(jié)閥開度的實時趨勢，方便操作人員觀察程序控制的狀態(tài)。此外，根據實際情況，操作人員可以隨時點擊M程序控制可以切除。

兩種控制策略都作用于底部調節(jié)閥。廢熱鍋爐的反沖洗程序控制為循環(huán)運行。除反沖洗運行時間外，其他時間均為液位自動控制。作者設計的解決方案如圖3所示。

圖3底部調節(jié)閥控制方案

♂

當液位自動控制切換到反沖洗程序控制時，控制程序發(fā)出指令，使程序控制開始工作，調整閥接收程序控制指令并改變開度。此時，液位PID控制仍處于自動狀態(tài)，但不影響閥門，PID當反沖洗程序控制切換到液位自動控制時，控制程序發(fā)出另一個指令，閥門開度立即返回PID保持的開度值、液位PID控制立即恢復，調整閥門控制液位，反沖洗程序控制不控制閥門，進入反沖洗間隔計時，等待下一個程序控制的執(zhí)行，但在間隔計時過程中，反沖洗程序控制始終跟蹤液位PID控制輸出。

通過上述方案設計，實現兩種控制策略的時間分配和無干擾切換。由于反沖洗程序控制的作用，高壓噴射氣水只進入廢熱鍋爐，但無出口排放，程序控制后液位將大幅上升，因此根據調節(jié)閥的特點設置最佳液位自動控制PID實現液位控制的快速性、穩(wěn)定性和準確性。

3 應用效果

將作者設計的控制方案投入實際工程，需要逐步投入調試控制方案，實現液位PID最優(yōu)化控制參數，完善程序控制，最終在實際工程中得到有效應用。

3.自動控制1 液位

為了實現底部調節(jié)閥對液位的自動控制，需要對液位進行控制PID調試和優(yōu)化控制器的參數，以獲得最佳的調整質量。

當P=2、I=60s當液位設定值從55%下降到50%時，控制的超調量為2.78%，穩(wěn)定時間為300s，如圖4所示a所示；當時液位設定值由55%降至50%，控制的超調量為3%，穩(wěn)定時間為147s，如圖4所示b所示。

圖4液位控制效果

通過對上述兩種不同參數下的控制效果圖的比較，當參數為第二種情況時，液位控制的超調量變化不大，液位快速穩(wěn)定，控制質量最好。

3.2 反沖洗程序控制

當反沖洗程序控制單獨投入使用時，程序控制屏幕中的所有參數都由操作人員根據實際情況設置。反沖洗程序控制涉及三個閥門的狀態(tài)：CH038閥、CH039閥按程序打開和關閉；底部調節(jié)閥按設定的參數脈動。反沖洗程序控制完全滿足了反沖洗控制過程的要求。

3.3 液位自動控制與反沖程序控制的聯合作用

經過液位PID控制和反沖洗程序控制單獨調試后，結合兩者，共同投入現場設備控制，根據實際控制效果繼續(xù)優(yōu)化和提高調整質量。當反沖洗程序控制退出時，液位PID控制立即恢復，液位分別上升4.41%和8.54%，但通過PID分別通過49和200控制s，調整液位穩(wěn)定。因此，可以得出結論：無論廢熱鍋爐在什么工況下運行，作者設計的控制方案都能成功完成反沖洗控制，快速調整穩(wěn)定液位，取得良好的控制效果。

4 結束語

根據控制方案的實際應用效果圖，我們可以看到作者設計的控制方案：液位PID控制和反沖洗程序控制自動、無擾切換，大大降低了操作人員的工作量；液位PID控制質量高，反沖洗程序控制操作簡單，參數修改方便，完全按工藝要求控制。作者設計的控制方案不僅解決了操作控制的困難，而且實現了工藝要求，取得了滿意的效果。