全自动加煤控制技术在4.0Mpa碎煤加压气化炉上的应用

摘要：将煤锁自动化控制技术引入碎煤加压气化炉设备控制中，不仅可以大大提高气化炉煤锁自动化控制的先进程度，减少人员操作，降低劳动成本，还可防止由于操作人员误操作，导致停炉或事故发生，在气化炉的安全稳定运行上也起到了非常重要的作用。本文重点介绍了内蒙古大唐果国际克什克腾煤制天然气公司4.0Mp碎煤气化炉煤锁全自动化控制的方法和实际运行过程。

关键词：气化炉;煤锁;自动化控制技术

引言：随着我国民用及工业用天然气需求量逐年增加，为了满足国内日益增长的天然气使用需求，我国逐渐发展了许多的4.0MPa碎煤加压气化大型煤制天然气项目。然而，4.0MPa碎煤加压气化大型气化装置用煤量大，气化炉加煤多且加煤设备多，为了提高4.0MPa碎煤加压气化大型气化装置自动化水平，减少气化炉煤锁操作人员数量降低人力资源成本，防止由于误操作给生产带来的安全隐患，为此，经过攻关，全自动加煤控制技术在内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司4.0Mp碎煤加压气化炉上得到了成功应用，实现了气化炉自动加煤，进行稳定连续大规模气化生产。

一、煤锁自动控制方法（见图1）

煤锁机构100可通过包括依次循环进行的排料、泄压、进料和充压过程的方法來控制的。

1、排料过程。煤锁机构100的所有阀中仅打开煤锁下阀104且同时开始计时，确保煤锁下阀104在第一煤锁预定时间如10秒内开到位且确保煤锁压力大于第一预定煤锁压力如3800kPa;当煤锁温度大于第一煤锁预定温度如60度时，关闭煤锁下阀104，排料过程结束，记录排料时间。优选地，当煤锁温度大于60度时，点动关闭煤锁下阀104。

2、泄压过程。煤锁机构100的所有阀中仅打开煤锁泄压阀105，并进行煤锁上阀小差压泄漏实验，即确保在煤锁泄压阀105打开后的第二煤锁预定时间如5秒内煤锁与气化炉差压大于第一煤锁/气化炉预定差压如150kPa;该小差压泄漏实验通过后继续泄压至煤锁压力小于第二预定煤锁压力如3000kPa，随后关闭煤锁泄压阀105;在煤锁泄压阀105关闭后开始进行煤锁下阀大差压泄漏实验，即确保在煤锁泄压阀105关闭后的第三煤锁预定时间如5秒内煤锁压力小于第三预定煤锁压力如3100kPa;该大差压泄漏实验通过后打开煤锁泄压阀105继续泄压，直到煤锁压力小于第四预定煤锁压力如2kPa时关闭煤锁泄压阀105，泄压过程结束，记录泄压时间。在这里，泄压时间是指从泄压开始到泄压结束所用的总时间，即从泄压开始时开始计时直到煤锁压力小于2kPa并关闭煤锁泄压阀105时计时结束。

3、进料过程。煤锁机构100的所有阀中仅打开煤锁上阀102直到开到位，随后打开煤锁圆筒阀101直到开到位，同时开始进料计时，当进料时间到达预定进料时间如140秒或煤锁料位达到预定高料位时，关闭煤锁圆筒阀101;随后点动关闭煤锁上阀102，记录进料时间。优选地，确保装填时间小于预定装填时间如330秒。其中，煤锁机构100的装填时间是指煤锁泄完压后，打开煤锁圆筒阀开始至煤锁机构100装满为止的时间。

4、充压过程。煤锁机构100的所有阀中仅打开煤锁一次充压阀106，并且进行煤锁上阀小差压泄漏实验，即确保在煤锁一次充压阀106打开后的第四煤锁预定时间如5秒内煤锁压力大于第五预定煤锁压力如200kPa，同时开始充压计时;在煤锁上阀小差压泄漏实验通过后，继续充压至煤锁压力大于第六预定煤锁压力如1000kPa，然后关闭煤锁一次充压阀106;接下来进行煤锁上阀大差压泄漏实验，即确保在煤锁一次充压阀106关闭后第五煤锁预定时间如5秒内煤锁压力大于第七预定煤锁压力如900kPa;在煤锁上阀大差压泄漏实验通过后，打开煤锁一次充压阀106继续充压，并且当煤锁/气化炉差压（即一次冲压煤气总管压力与煤锁压力之差）小于第一预定煤锁/气化炉差压如100kPa时，关闭煤锁一次充压阀106;随后打开煤锁二次充压阀107，并且当煤锁/气化炉差压小于第二预定煤锁/气化炉差压如20kPa时，关闭煤锁二次充压阀107，充压过程结束。本实施方案提供了一组例如在试车过程中采用的优选数据，采用这种方式，进一步保证了煤锁自动控制程序的自动操作。

二、煤锁自动控制技术实际运行过程（附图1）

1、排料过程

允许条件：充压完成，煤锁泄压阀105、煤锁一次充压阀106、煤锁上阀102、煤锁二次充压阀107、煤锁圆筒阀101关闭。

动作：打开下煤锁下阀104，同时启动计时器。

结果：在计时时间10秒内煤锁下阀104开到位，且煤锁压力大于3800KPa。条件满足后进入自动控制第一步，画面显示“排料”，“充压”显示复位。当煤锁温度大于60度时（在本实施例中，当小于等于60度时，证明煤锁壳体内有煤），提示：1#煤锁壳体103空，同时进入泄压申请队列。

失败：煤锁下阀104未开或煤锁压力小于3800KPa，则停止程控程序并报警“煤锁禁止启动”。

排料过程中，要求煤锁下阀104点动。

2、点动关闭煤锁下阀104

允许条件：泄压队列发出允许。

动作：自动情况下，按照设定次数点动关闭煤锁下阀104。半自动下，运行人员手动点动关闭煤锁下阀104。阀门故障后，跳出程控。

泄压过程

3、泄压过程

允许条件：当煤锁上阀102、煤锁下阀104，煤锁一次充压阀106、煤锁二次充压阀107全部处于关位。

动作：开煤锁泄压阀105，煤锁泄压阀105打开后，开始煤锁程控总时间计时和煤锁装填计时。

泄压期间进行煤锁下阀小差压泄漏实验，在规定时间（5秒）内煤锁与气化炉差压大于150KPa，煤锁下阀小差压泄漏实验通过，继续泄压至煤锁压力小于3000KPa时，关闭煤锁泄压阀105。

煤锁泄压阀105关闭后，开始煤锁下阀大差压泄漏实验，若在5秒内煤锁压力小于3100KPa，煤锁泄压阀105继续泄压，当煤锁压力小于2KPa（可能卸不掉）时，关闭煤锁泄压阀105。泄压过程结束。停止泄压队列。

失败：

若5秒到达时，压差未大于150Kpa，则判定煤锁下阀小差压泄漏实验失败，则发出报警，并关闭煤锁下阀104，停止自动控制程序。

若5秒内压力大于3100Kpa，则认为大差压泄漏实验失败，发出报警，并停止自动控制。

4、进料过程

允许条件：煤锁泄压阀105，煤锁一次充压阀106，煤锁二次充压阀107，煤锁下阀104全部在关位。

动作：开煤锁上阀102，煤锁上阀102开到位后，开煤锁圆筒阀101，煤锁圆筒阀101开到位后同时开始进料计时，煤仓400内煤加入到煤锁内腔108内。

进料時间到达140秒或煤锁料位高时，关闭煤锁圆筒阀101，煤锁圆筒阀101关闭后，提示“煤锁满”，同时进入申请充压队列。

失败：

若在进料过程中给煤流量低，则停止自动控制，发出“煤仓堵塞”报警。（取消）

此时，若煤锁装填时间计时器大于330秒，则判断为煤锁进料故障，发出报警，停止自动控制，否则继续进行程控。在此，煤锁装填时间是指煤锁机构100泄完压后，打开煤锁圆筒阀101开始至煤锁机构100装满为止的时间。

5、点动关闭煤锁上阀102

允许条件：充压队列允许

动作： 在全自动方式下，煤锁上阀102自动关闭设定次数。

在半自动方式下，操作员手动关闭煤锁上阀102数次，确认关闭后，点击“继续”，再次进入程控。

6、充压过程

允许条件：煤锁上阀102，煤锁二次充压阀107，煤锁泄压阀105，煤锁下阀104处于关位

第一次充压动作：打开煤锁一次充压阀106开始充压。煤锁一次充压阀106打开后，对煤锁上阀102进行小差压泄漏实验，并开始充压计时，画面显示“充压”步骤。在5秒内煤锁压力大于200KPa，小差压实验通过。

继续充压至煤锁压力大于1000KPa时，关闭煤锁一次充压阀106。

失败：到达5秒后煤锁压力小于200KPa，煤锁上阀小差压泄漏实验失败，则发出报警，关闭煤锁一次充压阀106，同时停止自动控制。

第二次充压动作：关闭煤锁一次充压阀106关闭后，开始煤锁上阀大差压泄漏实验，在5秒内煤锁压力大于900KPa，则煤锁上阀大差压实验通过，打开煤锁一次充压阀106继续充压，当煤锁填充煤气差压小于100KPa时，关闭煤锁一次充压阀106，退出充压队列。

失败：若大差压泄漏实验失败，则发出报警，停止自动控制。

平衡充压允许：煤锁一次充压阀106，煤锁泄压阀105，煤锁上阀102，煤锁下阀104全部处于关位

动作：开煤锁二次充压阀107。当煤锁/气化炉差压小于1KPa时，关闭煤锁二次充压阀107。

确认煤锁二次充压阀107，煤锁泄压阀105，煤锁上阀102，煤锁下阀104全部处于关位后，打开煤锁下阀104，若在10秒内煤锁下阀104开到位，说明煤锁下阀104打开正常。这一次煤锁装填程控结束，自动回到排料过程，开始下一次装填循环。

此时，若煤锁程控总时间计时超过480秒或充压时间计时超过150秒，则发出报警“煤锁装填总循环故障”或“煤锁充压故障”，停止自动控制。

结束语

终上所述，4.0MPa碎煤加压气化炉煤锁自动化控制技术的应用，完全实现了内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气公司4.0MPa碎煤加压气化炉煤锁自动加煤，大大提高了4.0MPa碎煤加压气化炉煤锁自动控制水平，对国内乃至世界4.0MPa碎煤加压气化炉煤锁自动控制技术的推广和应用起到了示范作用，必将对国内乃至世界4.0MPa碎煤加压气化项目，创造更高的经济价值和更多的社会效益。

参考文献：

[1]贺永德. 现代煤化工技术手册[M]. 北京：化学工业出版社2010.397-438

[2]宋宏斌. 煤加压气化设备[P]. 中国. 发明专利. ZL 2015 1 0958513.8 ，2020.06.12