一种壳牌气化炉粉煤加压系统顺控系统及其方法与流程

本发明涉及煤化工自动化控制，具体涉及一种壳牌气化炉粉煤加压系统顺控系统及其方法。

背景技术：

1、壳牌气化炉粉煤加压系统是气化炉安全运行的重要工艺控制环节，其作用是将上游制备的合格煤粉加压输送至气化炉烧嘴，以保证气化炉的连续稳定运行。粉煤加压系统主要包括煤粉贮仓、煤粉锁斗和粉煤给料罐，其中煤粉锁斗是连接常压煤粉贮仓与高压粉煤给料罐关键缓冲设备，需要在常压装料和高压卸料之间交替运行。

2、现有技术中，壳牌气化炉粉煤加压系统的煤粉锁斗操作通常依靠操作人员手动完成。当气化炉系统在运行过程中，例如低压煤仓与高压煤锁联通阀门发生故障时，会使高压煤锁气体串入低压煤仓，造成煤仓爆破片损坏及设备超压变形，大量煤粉喷出还会造成环境污染和着火事故，进一步扩大人员受伤等风险。同时，在煤锁运行过程中，经常发生进煤欠料现象，严重时造成气化炉紧急停车，直接影响气化炉运行安全和经济效益。

3、发明人发现，传统的手动操作方式存在以下技术问题：（1）操作人员需要手动调节煤锁顺控程序的每一步，调节过程中不仅增加操作人员劳动强度，而且压力点的控制掌握不精准致使煤锁系统设备的阀门无法完全关闭，直接造成煤仓、煤锁设备超压及煤粉泄漏；（2）频繁使用手动操作煤锁顺控，煤粉料位无法精确控制，直接导致气化炉欠料停车，从而影响设备阀门使用寿命和安全性；（3）不具备顺控自动精准调节能力，顺控逻辑pid参数无法精准调节；（4）手动操作精度差，不具备自主自动调整判断能力，无法根据工艺参数的实时变化自动调整控制策略。

4、为解决上述问题，发明人根据实际煤仓、煤锁运行顺控的逻辑关系，利用计算机控制系统，自主研发了一种顺序自动控制方式和流程，通过dcs顺控程序自动控制粉煤加压系统的各阀门动作，实现了煤粉从煤粉贮仓经煤粉锁斗到粉煤给料罐的全自动加压输送，解决了手动调节这一运行难题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种壳牌气化炉粉煤加压系统顺控系统，本发明的第二个目的在于提供一种壳牌气化炉粉煤加压系统顺控方法。

2、本发明的第一个目的由如下技术方案实施：

3、一种壳牌气化炉粉煤加压系统顺控系统，包括粉煤贮仓、粉煤锁斗、粉煤给料罐、高压惰性气体源、检测单元、控制单元以及执行单元；

4、所述粉煤贮仓的出口通过第一下料管线与所述粉煤锁斗的进口连通，所述粉煤锁斗的出口通过第二下料管线与所述粉煤给料罐的进口连通；所述粉煤锁斗的出口还通过平衡管线与所述粉煤给料罐的进口连接，所述粉煤给料罐的出口与气化炉的进口连接；

5、所述粉煤锁斗还通过泄压管线与袋式过滤器的进口连接；所述高压惰性气体源的出气口通过充压管线与所述粉煤锁斗顶部的加压口连接；

6、所述检测单元包括，设置于所述粉煤贮仓上的称重监测装置、设置于所述粉煤锁斗上的第一高料位监测装置和第一低料位监测装置、设置于所述粉煤锁斗上的压力监测装置、设置于所述粉煤给料罐上的第二高料位监测装置和第二低料位监测装置、设置于所述平衡管线上的下料压差监测装置、充压过程压差监测装置、均压完成压差监测装置和消架桥压差监测装置、设置于所述粉煤锁斗与所述粉煤贮仓之间的泄压压差监测装置；

7、所述执行单元包括设置于所述第一下料管线上的第一道联通阀和第二道联通阀、设于所述第一下料管线上位于所述第一道联通阀与所述第二道联通阀之间的压力精调阀，设置于所述第二下料管线上的第一道下料阀和第二道下料阀，设置于所述平衡管线上的第一平衡阀和第二平衡阀，设置于所述泄压管线上的第一泄压阀、第二泄压阀、第三泄压阀和第四泄压阀，以及设置于所述充压管线上的充压阀、高压二氧化碳充压流量调节阀和充压流量压差调节阀；

8、所述检测单元的各个监测装置的信号输出端均与所述控制单元的信号输入端信号连接，所述控制单元的信号输出端分别与所述执行单元的各个执行装置的信号输入端信号连接。

9、进一步的，所述粉煤锁斗上还连接有充气笛管流化管路，所述充气笛管流化管路上设置有流化阀，所述充气笛管流化管路与所述高压二氧化碳气源连接；所述粉煤锁斗上还连接有充气锥充压管路，所述充气锥充压管路上设置有充气锥充压阀和煤粉锁斗充气锥调节阀，所述充气锥充压管路与所述高压二氧化碳气源连接；所述粉煤贮仓上连接有低压氮气流化管路，所述低压氮气流化管路上设置有第一流化阀和第二流化阀，所述低压氮气流化管路与低压氮气源连接。

10、进一步的，所述粉煤锁斗上还连接有加压及反吹管路，所述加压及反吹管路上设置有加压阀，所述加压及反吹管路还与高压气体管网连接。

11、本发明的第二个目的由如下技术方案实施：

12、一种壳牌气化炉粉煤加压系统顺控方法，包括以下步骤：

13、s1、进料启动与下料步骤：当粉煤给料罐达到低料位时，执行粉煤贮仓的流化操作并打开粉煤锁斗的下料阀门，在满足预设压差条件时使粉煤锁斗向粉煤给料罐下料，同时根据料位信号和计时结果判断下料是否正常完成，若出现架桥异常则转入消架桥子程序；

14、s2、高压侧隔离与泄压步骤：下料完成后，依次关闭与粉煤给料罐连通的高压侧阀门以隔离粉煤锁斗，随后按照多级阶梯式泄压策略逐级打开泄压阀门，将粉煤锁斗的压力逐级泄放至低压状态；

15、s3、低压侧装料步骤：泄压完成后，打开粉煤贮仓与粉煤锁斗之间的联通阀门，使粉煤贮仓内的煤粉落入粉煤锁斗，并通过称重和料位监测判断装料是否完成，完成后关闭联通阀门隔离粉煤锁斗；

16、s4、充压与均压步骤：对完成装料的粉煤锁斗进行多级阶梯式充压，按照预设的压力递增条件逐级打开各级充压阀门，将粉煤锁斗的压力升至目标压力值后，打开粉煤锁斗与粉煤给料罐之间的平衡阀门，使两罐压力均衡；

17、s5、循环等待与停止步骤：压力均衡后，顺控程序进入待机等待状态，等待粉煤给料罐再次出现低料位信号时返回步骤s1，或响应于停止信号执行停机程序并返回初始化状态。

18、进一步的，所述s1、进料启动与下料步骤具体包括以下步骤：

19、s11、响应于粉煤给料罐的低料位信号，打开粉煤贮仓的第二流化阀进行煤粉流化，打开粉煤锁斗的第二道下料阀；

20、s12、当下料压差监测装置监测到平衡管线压差达到0.59mpa时，打开粉煤锁斗的流化阀；当平衡管线压差满足条件或流化阀全开且第二道下料阀已打开时，打开粉煤锁斗的第一道下料阀；若压力监测装置显示粉煤锁斗压力高于粉煤给料罐压力超过1mpa时，先打开充气锥充压阀，延时5秒后再打开第一道下料阀；

21、s13、在第一道下料阀打开5秒后关闭流化阀；启动加煤计时，打开充压阀并将高压二氧化碳充压流量调节阀投自动设定40nm3/h、将充压流量压差调节阀设定为350kpa；

22、s14、延时30秒或第一低料位监测装置出现低料位信号时，关闭充压阀并将高压二氧化碳充压流量调节阀和充压流量压差调节阀投手动关闭；

23、s15、下料结束后，若第一低料位监测装置出现低料位信号且加煤时间到或人为超驰则进入步骤s2；若加煤时间未到而低料位信号触发，或低料位信号不出现，则转入消架桥子程序。

24、进一步的，所述s2、高压侧隔离与泄压步骤具体包括以下步骤：

25、s21：打开粉煤锁斗的第一泄压阀，当压力监测装置显示粉煤锁斗压力降到2.0mpa后关闭第一泄压阀；

26、s22：打开粉煤锁斗的第二泄压阀，当压力监测装置显示粉煤锁斗压力降到0.25mpa且泄压压差监测装置监测到粉煤锁斗与粉煤贮仓之间的压差小于0.15mpa时，打开粉煤锁斗的第三泄压阀和第四泄压阀，保证粉煤贮仓与粉煤锁斗间的压力平衡。

27、进一步的，所述s3、低压侧装料步骤具体包括以下步骤：

28、s31：关闭第二泄压阀，打开粉煤贮仓的第一流化阀；

29、s32：阀位确认后优先打开粉煤贮仓与粉煤锁斗之间的第二道联通阀，再打开第一道联通阀，延时10秒后关闭第一流化阀，开启粉煤贮仓下料计时；

30、s33：当第一高料位监测装置显示高料位信号或下料计时达到预设时间或人为手动操作时，优先关闭第一道联通阀，记录粉煤贮仓重量后关闭第二道联通阀及第三泄压阀和第四泄压阀，完成隔离。

31、进一步的，所述s4、充压与均压步骤具体包括以下步骤：

32、s41：打开加压阀对粉煤锁斗加压并反吹袋式过滤器，延时后打开充压阀，将高压二氧化碳充压流量调节阀和充压阶段压差调节阀投自动；

33、s42：当压力监测装置显示粉煤锁斗压力达到0.9mpa时打开流化阀；当粉煤锁斗压力达到1.0mpa时打开充气锥充压阀，将煤粉锁斗充气锥调节阀投自动；当充压过程压差监测装置监测到粉煤锁斗与粉煤给料罐压差达到0.45mpa时关闭加压阀；当压差达到0.25mpa时关闭充压阀，将高压二氧化碳充压流量调节阀和充压阶段压差调节阀投手动关闭；当压差达到0.02mpa时关闭流化阀；

34、s43：当压力监测装置显示粉煤锁斗压力不大于1mpa时关闭充气锥充压阀，打开压力精调阀并将精调压差调节装置投自动，调整粉煤锁斗压力稳定至4.95mpa；

35、s44：当均压完成压差监测装置监测到粉煤锁斗与粉煤给料罐间压差在±0.01mpa之间保持10秒后，关闭压力精调阀，待其关到位后打开第一平衡阀和第二平衡阀，均衡两罐压力。

36、进一步的，所述s5、循环等待与停止步骤具体包括以下步骤：

37、s51：阀位确认后检查顺控程序有无停止信号，若无停止信号则顺控进入待机等待状态，等待第二低料位监测装置监测到粉煤给料罐低料位再次触发并返回步骤s1；

38、s52：若有停止信号则停止旋转给料机，延时后停止螺旋输送机，返回初始化状态。

39、进一步的，所述消架桥子程序包括以下步骤：

40、s101：打开充压阀和流化阀，流化煤粉，开始消除架桥；

41、s102：确认流化阀关闭阀位反馈正常后，关闭第一道下料阀和第二平衡阀，隔离粉煤锁斗与粉煤给料罐；

42、s103：确认第一道下料阀、第二平衡阀和充压阀关闭反馈正常，且消架桥压差监测装置监测到粉煤锁斗与粉煤给料罐压差达到150kpa后，打开第一道下料阀，延时5秒后关闭流化阀，延时20秒后再打开第二平衡阀，利用压差作为消除架桥的动力；

43、s104：当第一低料位监测装置监测到粉煤锁斗低料位信号出现时，执行步骤s105；若粉煤锁斗低料位信号未出现，重新设置消架桥，返回步骤s101；

44、s105：执行步骤s104后关闭第一道下料阀，关闭充气锥充压阀，回到步骤s2；

45、s106：操作员按需进行超驰，关闭充气锥充压阀，延时5秒后关闭第一道下料阀，回到步骤s2。

46、本发明的优点：

47、通过dcs顺控程序自动执行粉煤锁斗的装料、加压、下料、泄压、再装料的全过程，彻底取代了传统的人工手动操作方式，大幅降低了操作人员的劳动强度，消除了人为操作失误的风险。通过多级阶梯式充压策略和压力精调阀的自动投用，配合pid参数的自动整定，使粉煤锁斗压力控制精度大幅提升，有效防止了设备超压事故的发生，延长了设备使用寿命。通过设置的料位监测装置、压力监测装置和压差监测装置实时采集工艺参数，dcs顺控程序可根据参数变化自动判断粉煤架桥等异常工况并启动消架桥子程序，无需人工干预即可消除架桥，避免了因架桥导致的气化炉欠料停车事故，保障了气化炉的连续安全稳定运行。通过本发明，顺控加煤周期从25分钟缩短至20分钟，提高了粉煤输送效率；阀门损坏周期延长、设备运转率提升，降低了维护成本；高低压设备之间的双阀组隔离和严格的压差控制条件，有效防止了高压气体串入低压设备引发的事故，消除了煤粉泄漏造成的环境污染和着火隐患。