水煤浆气化装置配煤与气化炉操作优化系统的开发可研报告.doc

水煤浆气化装置配煤与气化炉操作优化系统的开发 可 行 性 研 究 报 告 兖矿鲁南化肥厂 二〇〇八 年 八 月 一、项目的必要性 目前我国76.5%的合成氨生产以煤为原料，约占国内无烟煤总产量的22%。节能是“十一五”期间合成氨行业的一个重要任务。合成氨行业节能目标是：2010年，全国吨合成氨能耗(大、中、小加权平均)，由2000年的1699kg标准煤降为1570kg标准煤 ，2020年，降为1455kg标准煤大、中型装置吨合成氨能耗(煤、油、气加权平均),分别由2000年的1372kg、1892kg标准煤降为1140kg、1660kg标准煤，2020年，分别降为1000kg、1555kg标准煤2010年，小型装置吨合成氨能耗，由2000年的1801kg标准煤降为1700kg标准煤，2020年，降为1650kg标准煤。国家发改委发布吨氨平均水平与国际先进水平相差00～00千克标煤。德士古水煤浆气化技术是八十年代具有代表性的煤气化技术之一，发展迅速。兖矿鲁南化肥厂的德士古气化装置是我国从国外引进的第一套德士古气化技术生产装置，该装置于1993年4月建成并投入运行，经过10年的生产运行，积累了许多经验，通过改造和创新使得德士古水煤浆气化日见成熟。德士古水煤浆气化水煤浆气化 水煤浆的浓度、粘度等是关键性质，与添加剂的使用和磨煤机的操作等密切相关，并且难以直接测量，通过分析历史数据和机理，可以进行水煤浆特性的预测和软测量，对于生产操作具有指导性。 水煤浆通过泵送入气化炉。气化炉是水煤浆气化装置的关键设备，碳转化率影响气化炉气化效率的因素多，包括入炉氧气压力、水煤浆浓度、原料煤品质、氧煤比、煤浆流量、气化炉工作压力、煤浆粒度、炉膛温度、系统工作压力、渣口压差等众多因素，并且气化炉工况直接影响到装置耐火砖、烧嘴运行周期，而且气化炉具有时滞、非线性等典型的特点，给生产操作人员优化生产带来了极大的困难，凭借经验进行操作给生产状况带来了不确定性和波动性。 影响因素多等特点使得仅仅凭借个人经验和考虑难以实现科学、精确的优化；并且从过程优化的角度，需要考虑较长的装置运行周期，不能局限于某一时刻、某一班次，这方面的需要更难以通过个人经验满足。因此，通过计算机技术和过程优化方法实现气化炉的操作优化，为操作人员提高优化的输入参数，对于保证装置的稳定、高效运行、提高生产效益具有重要意义。 而通过优化模型的建立，以及优化操作的实施，会达到提高产品质量，以及节能的目的。由于气化炉输出输出量比较多，相互之间互相影响，为了更好的指导生产，有必要在分析各种参数之间关系的基础上建立相应的模型，并且以转化效率、节能为目标函数，进行各种参数间关系分析，并最终利用分析结果来指导生产，达到气化炉生产的优化操作。 由于气化炉在德士古水煤浆加压气化装置中的核心地位，目前关于气化炉技术工程问题研究较多，包括炉温等关键指标的软测量和控制等。在气化炉操作优化方面，也有人进行了研究，但通常仅仅考虑影响气化炉的某一方面，如炉温；考虑到过程建模技术和优化方法的快速发展，已有研究所采用方法上也有一定的局限性；并且通常主要关注气化炉的运行优化，注重气化效率的提高，而很少从气化装置整体效益进行气化炉操作优化的研究，没有考虑其它与气化炉工况相关的经济利益。而且，目前未见有关国内气化炉操作优化系统的成功应用报道。 因此，运用建模、优化以及智能技术的必威体育精装版发展，从装置运行综合效益出发，进行气化炉操作优化的研究与系统开发，具有创新性和实用性。就企业而言，是实现综合生产效益最大化的有效途径。 兖矿鲁南化肥厂德士古气化系统DCS采用的是爱默生公司的DletaV控制系统，该DCS系统由3套控制站和5台操作站、1台工程师站、一台OPC通讯站组成。从硬件的角度，DCS的使用为提高操作水平提供了必要的硬件条件。鲁南化肥厂在现有控制系统的基础上，已经积累了较丰富的操作管理经验，采用先进控制和优化控制技术的条件基本成熟。在DCS系统基础上，通过运用优化技术，实现气化炉操作优化，对于提高操作的稳定性和效率具有实用价值，有利于充分发挥装置的潜力，项目的成功可望为企业创造明显的经济效益。 本课题以兖矿鲁南化肥厂为对象，气化炉优化数学模型。 图1、配煤优化算法流程图 二、根据水煤浆的品质特性，通过分析气化炉反应过程的机理和历史生产数据，建立操作参数优化专家规则，选择合理的操作参数，一方面平稳装置运行、提高转化效率；另一方面，从煤耗、能耗、设备损耗及维护费用等方面，从长期、整体角度实现综合优化。 主要研究如下： 1、水煤浆气化装置关键指标的软测量 1）水煤浆品质特性软测量 针对水煤浆特性难以在线检测的特点，通过机理分析、统计分析和建模，根据配煤、磨煤、气化炉运行状况，对水煤浆品质进行实时估计，为调整配煤和气化炉操作提供依据。 2