[实用新型]用于合成氨生产的造气车间综合控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种合成氨生产系统，尤其涉及一种用于合成氨生产的造气车间综合控制系统，具体适用于通过增加造气过程参数的监测、引入具有自学习功能的优化控制站实施单炉操作的优化以及通过与全流程各部分协调控制的方式实现造气车间与全流程在高效低耗操作水平下的稳定运行，达到节能降耗的目的。

背景技术

造气车间在合成氨企业承担着为氨（NH3）的合成提供N2和CO+H2（即半水煤气）的任务，是整个合成氨企业的龙头，也是全企业能源消耗最大（约占60–70%）的生产环节。因此，造气生产的节能和优化对合成氨企业的生存起着至关重要的作用。

目前，国内的合成氨企业绝大多数仍采用固定层间歇气化的UGI炉流程，其工艺特点是将空气通过燃烧的煤层，使其充分燃烧达到一定的温度，即O2＋2C——2CO（放热）、O2＋C——CO2（放热），然后用蒸汽通过灼热的煤层与煤中的炭（C）进行下列化学反应以产生CO+H2，即H2O＋C——CO+H2（吸热）、2H2O＋C——CO2+2H2（吸热），其中，空气通过煤层是一个氧化的放热反应，而蒸汽通过煤层产生煤气（CO、CO2和H2）是一个吸热反应。为了可持续地进行生产，上述过程必须反复交替进行，整个生产即煤气制造过程可分为下列五个阶段，以确保热量平衡和生产安全：吹风（空气自炉底上吹，使煤层燃烧，升温蓄热）、上吹（蒸汽自炉底上吹经过煤层产生煤气）、下吹（蒸汽自炉上部下吹，经过煤层产生煤气）、二次上吹（蒸汽自炉底上吹经过煤层产生煤气，同时使炉底置换为蒸汽，确保再次吹风时的安全）与吹净（空气自炉底上吹、所产生的吹风煤气和氮气及原先残留在炉上部的煤气回收进系统，同时为再次吹风准备好了条件）。为了达到氨合成所需的氮在半水煤气中占有相应的比例，除了在吹净时回收一定量的氮外，在上吹或下吹时也会随着蒸汽加入适量的空气，一方面利用空气中的氧与煤反应，补充一定的热量，另一方面，空气中的氮作为氨合成所需的H2/N2的调节手段，生成符合后工段所需的半水煤气。

由上可见，要实现造气生产的节能和优化，必须做到以下三点：

首先，要保证上述五个阶段循环、有序地进行，即要实现一系列工艺阀门的程序控制。虽然这个任务可由专用的程序控制环节（PLC、专用机或DCS）完成，但目前其各阶段的时间是相对固定的，灵活性较差，不利于实施单炉操作的优化控制。

其次，由于工况恶劣，造气车间的参数测量点，长期以来只采用了上下部气道温度和压力及蒸气流量等少数测量点，远远不够，直接导致整个造气的生产基本上处于一个开环的、无质量反馈的、粗放的状态，即造成对炉况判断的局限和相应的操作缺乏依据，因而整个生产的监控比较粗糙和不精确，这是造气能耗居高不下的主要原因，如吹入炉内的空气和蒸汽的流量目前都由手动阀调整在一定的流量，且一般不予变化，空气或蒸汽吹入的时间也基本固定，只有精心操作的老操作工才偶然地予以调整，这有碍于炉况的优化和稳定，也直接影响能耗降低目标的实现，因此必须增加造气过程参数的测量点。

再次，造气是提供合成氨原料的工序，其任务是根据下游生产的需要来提供符合要求的半水煤气，但由于流程比较长，中间还存在着一个大的煤气柜，属于一个大滞后的系统，很难使造气车间及时地改变其气量和质量以适应后续工序的需要，这要求非常有经验的调度和精心的管理，否则容易造成生产的不稳定，甚至在后续生产有异常情况时会导致全流程的大波动，需要很长时间才能再次进行稳定，从而造成很大的浪费，使生产不能长期在稳定的高效的条件下进行，这也是造成全流程能耗高的原因之一，因此必须实现造气与全流程各部分的协调控制。