一种环腔保护气用量的反馈调节方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及现代煤化工技术领域，具体为一种环腔保护气用量的反馈调节方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.对于水冷壁盘管结构的气化炉而言，水冷壁盘管与气化炉壳体之间形成的环隙称为环腔。为了消除由水冷壁盘管热膨胀带来的变化，将水冷壁盘管出口留有膨胀余量，从而形成了环腔口。但是，气化炉的燃烧反应过程中产生的煤灰、灰渣会进入环腔，导致环腔积灰，造成气化炉外壳超温和烧蚀。为了尽可能地避免煤灰、灰渣进入环腔，通常在环腔内部通入高压二氧化碳作为环腔保护气。高压二氧化碳的持续通入，使得环腔与气化炉内保持一定的压差，环腔压力始终微高于气化炉燃烧室内的压力，该保护气进入气化炉后会参与反应，对合成气的组分有一定的影响。
3.气化炉粉煤输送及气化保护气使用的二氧化碳用量的不同，对气化反应过程中部分产品的生产会起到抑制或加速的作用的原因在于气化炉内煤粉和o2 的流动特性属于受限制的射流反应，按流动过程可将气化炉燃烧室分为3个区域，即射流区、回流区和管流区。
4.(1)射流区内的反应主要有：粉煤和o2刚进入二期航天炉内时，o2浓度相当高，随着燃烧和气化反应的进行，o2浓度逐渐降低直至完全消耗。因此，该区域内进行的反应可分为2种类型:一种是有氧反应，主要进行的是煤的部分氧化反应、煤的燃烧反应、煤的裂解反应及碳的完全燃烧反应，这些反应成为一次反应；另一种是无氧反应，主要进行的是co2的还原反应、非均相水煤气反应、甲烷转化反应及逆变换反应等，这些反应成为二次反应。射流区主要分布在气化炉的中上部。
5.(2)管流区内的反应主要有:进入管流区的介质为来自一次反应区的燃烧产物，以及甲烷、残碳(灰渣中的碳元素及其化合物)及水蒸气等，在管流区内继续进行射流区的二次反应。管流区主要分布在二期航天炉的中下部。
6.(3)回流区内的反应主要有:由于射流作用，在烧嘴附近形成相对低压区，造成大量的高温气体被卷吸回流，形成一个回流区。回流区的介质主要是从射流区卷吸来的燃烧产物、残碳、水蒸气及少量o2，所以其反应包括一次反应和二次反应，形成一次反应和二次反应的共存区。由于回流区的存在，造成了气化炉内物料的停留时间不一样，回流区主要分布在气化炉的顶部。
7.目前，环腔保护气的通入量仅能够尽可能地避免煤灰、灰渣进入环腔，维持气化炉的稳定运行，并没有考虑到对合成气组分的影响。
8.气化炉正常运行过程中对于气化炉生产合成气的成分组成有较大影响因素的有：(1)粉煤给料罐底部充气锥通入的二氧化碳用量；(2)粉煤加料器的二氧化碳用量；(3)作为环腔保护气的二氧化碳用量。
9.由于粉煤给料罐底部充气锥通入的二氧化碳用量和通入粉煤加料器的二氧化碳用量都有相应的调节参数控制，如：
10.(1)粉煤给料罐底部充气锥通入高压二氧化碳用以疏松和调节粉煤悬浮密度，其用量通过流量控制器调节，利用流量控制器(sp＝336nm3/h)和压差控制器(sp＝0.4mpa)共同取小控制(op)，正常时采用的时流量控制器控制，当充气锥发生堵塞时，为保护充气锥，将改变为压差控制器控制，压差正常后恢复到流量控制。
11.(2)粉煤加料器的二氧化碳用量用以调节粉煤流速，由煤线上速度计控制器反馈控制，保持煤粉流速在7～9m/s。
12.但是，作为环腔保护气的二氧化碳用量则没有相应的精准反馈调节控制器调节其通入量的大小，不利于合成气组分的控制。


技术实现要素：

13.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种环腔保护气用量的反馈调节方法、系统、设备及介质，有效的解决了现有气化炉运行过程中环腔保护气通入量对于合成气组分的控制，抑制气化副反应的发生。
14.本发明是通过以下技术方案来实现：
15.一种环腔保护气用量的反馈调节方法，包括如下步骤：
16.步骤1，获取输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量，得到进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数；
17.步骤2，计算环腔保护气的输入量，得到环腔保护气的输入量参数；
18.步骤3，根据进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数和环腔保护气的输入量参数计算得到调节环腔保护气的合成量参数。
19.优选的，步骤1中，通过粉煤给料罐底部充气锥通入高压二氧化碳用以疏松，并通过流量控制器调节获取得到进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数。
20.进一步的，在充气锥正常时，采用时流量控制器调节粉煤悬浮密度使其煤粉流速在7～9m/s；当充气锥发生堵塞时，为保护充气锥，采用压差控制器控制调节粉煤悬浮密度使其煤粉流速在7～9m/s，压差正常后恢复到流量控制调节粉煤悬浮密度使其煤粉流速在7～9m/s。
21.优选的，步骤2中，根据气化炉负荷和环腔保护气跟气化炉本体的压差决定环腔保护气的输入量。
22.优选的，步骤2中，气化炉正常运行时，环腔保护气量800-1200nm3/h。
23.优选的，步骤3中，调节环腔保护气的合成量参数大于根据进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数和环腔保护气的输入量参数之和。
24.一种环腔保护气用量的反馈调节系统，包括
25.数据获取模块，用于获取输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量，得到进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数；
26.第一数据处理模块，用于计算环腔保护气的输入量，得到环腔保护气的输入量参数；
27.第二数据处理模块，用于根据进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数和环腔保护气的输入量参数计算得到调节环腔保护气的合成量参数。
28.一种环腔保护气用量的反馈调节设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储
器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述一种环腔保护气用量的反馈调节方法的步骤。
29.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述一种环腔保护气用量的反馈调节方法的步骤。
30.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
31.本发明提供了一种环腔保护气用量的反馈调节方法，通过获取输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量以及环腔保护气的输入量，计算得到调节环腔保护气的调节量参数，保证符合设计的环腔保护气用量与气化炉负荷梯度曲线的基础上，即环腔保护气量对应气化炉负荷。通过利用气化燃烧反应生成的合成气中co2含量反馈来调节环腔保护气(二氧化碳)的通入量，以此抑制气化副反应的产生，提高整体有效气的成分，提高气化炉反应产生的有效气成分，其中有效气主要指煤在气化炉中燃烧反应，生成的合成气中的一氧化碳和氢气的含量，解决提高现有气化炉运行过程中有效气成分。
附图说明
32.图1为本发明中环腔保护气用量的反馈调节方法的流程图；
33.图2为本发明实施例中合成气中以甲烷成分反馈控制环腔保护气示意图；
34.图3为本发明实施例中气化炉运行时加入的co2/h2o跟有效气体的曲线图；
35.图4为本发明实施例中用co2输送煤粉时气化炉氧量跟甲烷的趋势图；
36.图5为本发明实施例中气化炉o2/c的设定范围曲线图。
具体实施方式
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
38.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
39.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
40.参见图1，本发明提供一种环腔保护气用量的反馈调节方法、系统、设备及介质，有效的解决了现有气化炉运行过程中环腔保护气通入量对于合成气组分的控制，抑制气化副反应的发生。
41.具体的，该环腔保护气用量的反馈调节方法，包括如下步骤：
42.步骤1，获取输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量，得到进入气化炉所需的二
氧化碳的通入量参数；
43.步骤2，计算环腔保护气的输入量，得到环腔保护气的输入量参数；
44.步骤3，根据进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数和环腔保护气的输入量参数计算得到调节环腔保护气的合成量参数。
45.具体的，步骤1中，通过粉煤给料罐底部充气锥通入高压二氧化碳用以疏松，并通过流量控制器调节计算得到进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数。
46.其中，在充气锥正常时，采用时流量控制器调节粉煤悬浮密度使其煤粉流速在7～9m/s；当充气锥发生堵塞时，为保护充气锥，采用压差控制器控制调节粉煤悬浮密度使其煤粉流速在7～9m/s，压差正常后恢复到流量控制调节粉煤悬浮密度使其煤粉流速在7～9m/s。
47.具体的，计算环腔保护气(二氧化碳)的量，气化炉正常运行时，环腔保护气量800-1200nm3/h，具体根据气化炉负荷和环腔保护气跟气化炉本体的压差决定。
48.具体的，在上面步骤一、二的基础上(因为步骤一、二用的二氧化碳的量基本是固定的，总量为：2000-2700nm3/h，所以我门调节的量要在步骤一二的和之上调节，之下是不允许的)计算调节环腔保护气的量来抑制气化副反应的发生，按照图3曲线提高有效气组分。
49.本发明控制气化炉提高有效气组分，抑制副反应一般采取在线分析合成气组分反馈调节环腔保护气通入量进行控制，分别采用四种方式即:
50.(1)由co2分析仪/控制器进行比率的自动控制；
51.(2)由ch4分析仪/控制器进行比率的自动控制；
52.(3)比率的手动调整，当合成气分析仪故障时；
53.(4)自动设定比率值，开车阶段适用。
54.正常运行时较理想的是通过合成气co2含量来调节，即通过调节到理想的 co2含量(借助图1co2/h2o跟有效气体的曲线图”曲线预编程的设定点)。
55.实施例
56.来自原料煤贮仓的碎煤由称重给煤机按给定量加入到磨煤机内，被磨辊在磨盘上磨成粉状，并由高温惰性气体烘干。出磨煤机的合格粉煤由惰性气体输送入粉煤袋式过滤器进行分离，分离后的粉煤经旋转卸料阀、纤维分离器及粉煤螺旋输送机送至粉煤贮罐。利用粉煤锁斗的间歇性操作来实现粉煤的连续加压输送至粉煤给料罐。来自空分单元的氧气，经氧气预热器加热至后与减温减压后的高压蒸汽混合后作为气化剂经烧嘴的氧气/蒸汽通道送入气化炉，来自粉煤给料罐的粉煤用高压二氧化碳(开车时为氮气)通过三条粉煤输送管线采用密相输送方式，送入气化炉烧嘴的煤粉通道，氧气/蒸汽及粉煤通过烧嘴进入气化炉内，在气化炉内粉煤与氧气/蒸汽充分混合并在高温高压下(约1500℃， 4.0mpag)进行气化反应。气化炉炉体由上部的水冷壁辐射燃烧反应室和下部的激冷水浴室组成。
57.气化反应产生的高温粗合成气和液态熔渣通过渣口经激冷环喷淋冷却后，通过下降管进入激冷室水浴，渣在水中固化并沉到气化炉的底部与激冷环和下降管内壁覆盖着的激冷水膜之间进行迅速复杂的传热传质过程。高温合成气和液态熔渣的温度迅速降低，激冷水膜的温度迅速升高，并有部分激冷水迅速蒸发进入到合成气中。合成气和液态熔渣沿激冷环和下降管下行进入激冷室的正常液面以下，合成气经过水浴冷却、洗净分离后，通过
下降管和上升管之间的环隙上行，从合成气出口离开气化炉。
[0058][0059]
在气化反应过程中涉及到co2参与的反应有：
[0060]
在现气化炉环隙保护气流量控制的基础上，引入合成气组分的量反馈控制环腔保护气co2的量，如图3所示。图3采用aspen plus软件对在粉煤气化时添加co2做气化剂的能力以及不同模拟条件下的替代效果进行分析，挑选最佳模拟结果，以指导实际运行参考。当改变co2加入量时有效气也会变化。在保证符合设计的环腔保护气用量与气化炉负荷梯度曲线的基础上，通过合成气组分含量来反馈调节环腔保护气中co2的通入量，以此抑制上述有关的气化副反应产生即减少co2的生成，提高整体有效气的成分(有效气是指co和h2)。
[0061]
根据图2所示，控制气化炉提高有效气组分，抑制副反应一般采取在线分析合成气组分反馈调节环腔保护气通入量进行控制的逻辑示意图，考虑到气化炉正常和非正常工况主要用下面四种参考量进行反馈调节。
[0062]
(1)由co2分析仪/控制器进行比率的自动控制；
[0063]
(2)由ch4分析仪/控制器进行比率的自动控制；
[0064]
(3)比率的手动调整，当合成气分析仪故障时；
[0065]
(4)自动设定比率值，开车阶段适用。
[0066]
下面以(2)由ch4分析仪/控制器进行比率的自动控制为例说明；其他相似不一一做详细说明。
[0067]
1)自动控制模式
[0068]
正常生产期间的合成气气体成分反馈调节控制环腔保护气流量：以甲烷控制为例，根据预编程“甲烷含量对负荷(氧气流量)”曲线，如图4所示，由氧气流量给定甲烷设定值，或者由操作者直接输入设定值。初始状态为手动设定，可通过手动按钮切换为由预编程曲线控制，此时显示信息“甲烷曲线控制”。当回路选择手动控制模式时，此处将复位至操作员手动设定。当通过预编程曲线控制时，对设定值出现的偏差，操作员可以输入比例值对其进行修正。设定值有最大值(操作员可微调)和最小值(操作员可微调)的限制。甲烷和氧气负荷的控制的切换由操作员手动选择，此时显示屏幕信息“氧负荷控制”或“甲烷控制”。在控制中如果气化炉停车此控制解除。
[0069]
开车期间的合成气气体成分控制：开车期间，甲烷控制器要到分析仪可以提供有代表性的结果时才能投入运作，因此，环腔保护气不能以这种方式自动控制。此时根据预编程“负荷(氧气流量)对氧/煤比”曲线，如图5所示，直接给定氧/煤比的设定值。对设定值出现的偏差，操作员可以输入比例值对其进行修正。此设定值有最大值(操作员可微调)和最小值(操作员可微调)的限制。开车到正常的切换由操作员按下手动按钮完成。正常操作期
间，甲烷，控制方式类似于二氧化碳控制，但是需要计算修正甲烷、二氧化碳量才可以用。此处不一一的作进一步讨论)调节器控制环腔保护气的量。
[0070]
本发明还提供了一种环腔保护气用量的反馈调节系统，包括数据获取模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块；
[0071]
数据获取模块，用于获取输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量，得到进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数；
[0072]
第一数据处理模块，用于计算环腔保护气的输入量，得到环腔保护气的输入量参数；
[0073]
第二数据处理模块，用于根据进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数和环腔保护气的输入量参数计算得到调节环腔保护气的合成量参数。
[0074]
本发明还提供了一种环腔保护气用量的反馈调节设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如环腔保护气用量的反馈调节程序。
[0075]
所述处理器执行所述计算机程序时实现上述环腔保护气用量的反馈调节方法的步骤，例如：步骤1，获取输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量，得到进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数；
[0076]
步骤2，计算环腔保护气的输入量，得到环腔保护气的输入量参数；
[0077]
步骤3，根据进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数和环腔保护气的输入量参数计算得到调节环腔保护气的合成量参数。
[0078]
或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述系统中各模块的功能，例如：数据获取模块，用于获取输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量，得到进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数；
[0079]
第一数据处理模块，用于计算环腔保护气的输入量，得到环腔保护气的输入量参数；
[0080]
第二数据处理模块，用于根据进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数和环腔保护气的输入量参数计算得到调节环腔保护气的合成量参数。
[0081]
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述环腔保护气用量的反馈调节设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成数据获取模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块，各模块具体功能如下：
[0082]
数据获取模块，用于获取输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量，得到进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数；
[0083]
第一数据处理模块，用于计算环腔保护气的输入量，得到环腔保护气的输入量参数；
[0084]
第二数据处理模块，用于根据进入气化炉所需的二氧化碳的通入量参数和环腔保护气的输入量参数计算得到调节环腔保护气的合成量参数。
[0085]
所述环腔保护气用量的反馈调节设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及
云端服务器等计算设备，但不仅限于，处理器、存储器
[0086]
所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列 (field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述环腔保护气用量的反馈调节设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个环腔保护气用量的反馈调节设备的各个部分。
[0087]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述地质成像雷达mimo天线阵列控制设备的各种功能。
[0088]
所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0089]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一种环腔保护气用量的反馈调节方法的步骤。
[0090]
所述环腔保护气用量的反馈调节设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0091]
基于这样的理解，本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述环腔保护气用量的反馈调节方法的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
[0092]
所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
[0093]
需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0094]
综上所述，本发明提供了一种环腔保护气用量的反馈调节方法、系统、设备及介质，通过计算输送到气化炉所需要的二氧化碳的通入量以及环腔保护气的输入量，计算得到调节环腔保护气的调节量参数，保证符合设计的环腔保护气用量与气化炉负荷梯度曲线的基础上，即环腔保护气量对应气化炉负荷。通过利用气化燃烧反应生成的合成气中co2含量反馈来调节环腔保护气(二氧化碳)的通入量，以此抑制气化副反应的产生，提高整体有
效气的成分，提高气化炉反应产生的有效气成分，其中有效气主要指煤在气化炉中燃烧反应，生成的合成气中的一氧化碳和氢气的含量，解决提高现有气化炉运行过程中有效气成分。
[0095]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。