專利名稱：氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)與其控制方法
氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)與其控制方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤氣化技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種氣流床 反應器的溫度控制系統(tǒng)，還涉及使用所述溫度控制系統(tǒng)控制氣流床反 應器溫度的方法。背景技術(shù)：
多元料漿氣化技術(shù)就是把碳氫物料(包括煤/石油焦/幼青/油/煤液
化殘渣)轉(zhuǎn)化成主要由H2和CO組成的干凈合成氣的技術(shù)，是發(fā)展以
碳氫物料為原料的化學品、液體燃料、碳氫物料氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等
過程工業(yè)的基礎(chǔ)。碳氫物料經(jīng)破碎后與水、添加劑、PH調(diào)節(jié)劑和助 熔劑一起送入磨機共磨制漿，制成濃度約為55 68%的多元料漿。氧 氣和料漿經(jīng)燒嘴注入氣流床反應器內(nèi)，在壓力0 15.0MPa、溫度 1250 1450。C的條件下料漿與氧氣發(fā)生反應，生成以CO、 C02、 112為 主要組分的粗合成氣。除Eb、 C02和CO外，合成氣中還含有少量的其 它氣體，如氨、甲烷和硫化氫等。
多元料漿氣化是在高溫高壓條件下進行的，氣流床反應器的溫度 決定了合成氣的質(zhì)量，并影響著料漿的轉(zhuǎn)化率以及氣流床反應器的使 用壽命。反應器的溫度較低時，碳的轉(zhuǎn)化率低，渣的流動性差，容易 堵塞反應器的下降管和排渣口，不利于反應器的長周期運行；反應器 的溫度較高時，爐內(nèi)耐火磚的熔蝕加快，會使反應器的使用壽命縮短。 因此，在多元料漿氣化過程中必須把反應器的溫度波動范圍控制在一 定限度之內(nèi)。
要控制氣流床反應器的反應溫度，首先要準確檢測反應器的溫 度。在現(xiàn)有工業(yè)化的氣化裝置中， 一般采用熱電偶測量反應器的溫度。 因為測溫熱電偶受高溫高壓氣流及爐渣的沖擊和磨蝕，所以其使用壽 命很短， 一般為20~30天。熱電偶的安裝方式不當也會導致熱電偶在 短期內(nèi)損壞。熱電偶損壞后，雖然可用其它方法間接測溫，但實踐表明間接測溫的精度并不高且有較大的時間滯后。
為了準確控制氣流床反應器的反應溫度并延長熱電偶的使用壽 命，就有必要發(fā)明一種實用可靠的氣流床溫度控制系統(tǒng)，以及使用所 述氣流床溫度控制系統(tǒng)控制氣流床反應器溫度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能 夠把氣流床反應器的溫度控制在最佳反應溫度范圍內(nèi)。
本發(fā)明的另 一個目的是提供使用所述氣流床溫度控制系統(tǒng)控制 氣流床反應器溫度的方法，以解決現(xiàn)有工業(yè)化裝置在氣流床反應器溫 度控制方面所存在的問題。
本發(fā)明提供一種控制氣流床反應器溫度的控制系統(tǒng)和控制方法。 工業(yè)化裝置長期運行表明，在碳氫物料質(zhì)量確定的情況下，如果 多元料漿的濃度穩(wěn)定，則氣流床反應器的反應溫度和氧氣/料漿比的 關(guān)系為單值對應關(guān)系。本發(fā)明所述的氣流床反應器溫度控制方法是通 過調(diào)節(jié)進入反應器的氧氣和料漿的比例實現(xiàn)對氣流床反應器溫度的
控制的。這種溫度控制方法包括下述步驟確定反應器的最佳反應溫 度、設(shè)定氧氣/料漿比、測量和調(diào)節(jié)料漿流量、測量和調(diào)節(jié)氧氣流量。 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明涉及一種氣流床反應器的溫度控制系統(tǒng)，它用于控制以氧 氣和多元料漿為原料的氣流床反應器的溫度，其特征在于該控制系統(tǒng) 包括氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)、氣流床反應器溫度測量顯示子系統(tǒng) 和輔助裝置；
(i)氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)所述的氧氣/料漿比值控制子系 統(tǒng)由負荷給定單元、料漿流量調(diào)節(jié)單元和氧氣流量調(diào)節(jié)單元組成； a、負荷給定單元所述的負荷給定單元由負荷定值器l、負荷轉(zhuǎn)換器2和限幅器3組成，其作用是給定氣流床反應器的負荷；
b、 料漿流量調(diào)節(jié)單元所述的料漿流量調(diào)節(jié)單元由高值選擇器4、 料漿流量調(diào)節(jié)器5、三臺電磁流量計6、中值選擇器9、電機調(diào)速器IO、 調(diào)速電機ll、高壓料漿泵12、運算器13和料漿管線14組成；其作用是 在負荷基本穩(wěn)定的情況下，根據(jù)給定的料漿/氧氣比調(diào)節(jié)進入氣流床 反應器的料漿的流量；
c、 氧氣流量調(diào)節(jié)單元所述的氧氣流量調(diào)節(jié)單元由低值選擇器 15、運算器16、氧氣流量調(diào)節(jié)器17、氧氣壓力變送器18、孔板流量計 19、氧氣溫度傳感器20、氧氣流量補償器21、運算器22、電/氣轉(zhuǎn)換 器23、氧氣流量調(diào)節(jié)閥24和氧氣管道25組成，其作用是在負荷基本穩(wěn) 定的情況下，根據(jù)給定的氧氣/料漿比調(diào)節(jié)進入氣流床反應器的氧氣 的流量；
(ii) 氣流床反應器溫度測量顯示子系統(tǒng)所述的氣流床反應器溫 度測量顯示子系統(tǒng)由安裝在氣流床反應器26上的熱電偶27和溫度顯 示儀表28組成；該熱電偶把氣流床反應器的反應溫度轉(zhuǎn)換為電信號并 送入顯示器顯示，該溫度顯示值則為操作人員提供操作依據(jù)；
(iii) 輔助裝置所述的輔助裝置包括氧氣切斷閥29和30、中心氧 管止逆閥31、環(huán)氧管線止逆閥32、氮氣密封閥33、料漿止逆閥34、料 漿切斷閥35和料漿循環(huán)閥36。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述的三臺電^F茲流量計6可以 用兩臺電磁流量計6、轉(zhuǎn)速傳感器7和轉(zhuǎn)換器8代替。
根據(jù)本發(fā)明的另 一種優(yōu)選實施方式，在所述的氣流床反應器上安 裝l-4支測溫熱電偶；在安裝熱電偶時將其保護管前端縮回反應器向火 面耐火磚表面約0-20mm 。
所述熱電偶的保護管是由外管和內(nèi)管組成的雙層保護管，外管是 用高溫耐磨陶資材料制成的，而內(nèi)管是用剛玉制成的。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式，所述的料漿止逆閥34安裝
7在料漿入爐管線上。
所述的料漿循環(huán)閥36安裝在料漿返回料漿儲槽的管線上，而所 述的料漿切斷閥35安裝在料漿入爐管線上。
所述的氧氣切斷岡29和30安裝在氧氣分管上，而所述的氮氣密 封閥33安裝在與兩臺氧氣切斷閥29、 30相連的氮氣管道上。
所述的中心氧管止逆閥31與環(huán)氧管線止逆閥32分別安裝在中心 氧管和環(huán)氧管線上。
本發(fā)明還涉及一種以氧氣和多元料漿為原料的氣流床反應器的 溫度控制方法，其特征在于該方法包括下述步驟
a、 確定反應器的最佳反應溫度通過安裝在氣流床反應器上的 熱電偶把反應器的反應溫度轉(zhuǎn)換成電信號并送入分散控制系統(tǒng)DCS 進行顯示，然后根據(jù)反應溫度的顯示值和反應器所排出的爐渣狀況確 定反應器的最佳反應溫度；
b、 設(shè)定氧氣/料漿的比例根據(jù)反應器的最佳反應溫度確定氧氣 /料漿的比例并通過DCS的工程師站設(shè)定氧氣/料漿比；如果反應器的 溫度低于最佳反應溫度，則增大氧氣/料漿比的設(shè)定值；如果反應器 的溫度高于最佳反應溫度，則減d、氧氣/料漿比的設(shè)定值；
c、 測量和調(diào)節(jié)料漿流量用電磁流量計直接測量料漿的瞬時流 量或用轉(zhuǎn)速傳感器測量高壓料漿泵的轉(zhuǎn)速值，然后再把高壓料漿泵的 轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換成料漿的瞬時流量值；以料漿的瞬時流量值作為料漿流量 調(diào)節(jié)器的測量值，料漿流量調(diào)節(jié)器按比例積分控制算法產(chǎn)生控制料漿 泵轉(zhuǎn)速的控制信號，電機調(diào)速器根據(jù)此控制信號調(diào)節(jié)高壓料漿泵轉(zhuǎn)速 從而調(diào)節(jié)料漿的流量；
d、 測量和調(diào)節(jié)氧氣流量用孔板流量計:fc氧氣流量轉(zhuǎn)換成電信 號并送入DCS, DCS中的流量補償器用氧氣溫度和氧氣壓力對氧氣 流量進行補償；補償后的氧氣流量經(jīng)運算器乘以氧氣純度系數(shù)后產(chǎn)生 氧氣流量的最終測量信號；氧氣流量調(diào)節(jié)器接受氧氣流量測量信號和氧氣流量給定值信號并按比例積分控制算法產(chǎn)生調(diào)節(jié)器的輸出信號；
用氧氣流量調(diào)節(jié)器的輸出信號調(diào)節(jié)氧氣流量調(diào)節(jié)閥的開度，從而調(diào)節(jié) 進入氣流床反應器的氧氣流量。 下面將詳細地描述本發(fā)明。
本發(fā)明涉及氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氧氣/料漿 比值控制子系統(tǒng)、氣流床溫度測量顯示子系統(tǒng)和輔助裝置三部分。 氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)
氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)的作用是根據(jù)負荷給定值調(diào)節(jié)氧氣和 料漿的流量，保證在多元料漿氣化過程中氧氣/料漿的比例為設(shè)定比
例，并且要實現(xiàn)下述功能若要提高反應器的負荷，則先提高料漿流 量，然后再提高氧氣流量；若要降低反應器的負荷，則先降低氧氣流 量，然后再降低料漿流量。
氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)由負荷給定單元、料漿流量調(diào)節(jié)單元 和氧氣流量調(diào)節(jié)單元組成。
a、 負荷給定單元所述的負荷給定單元由負荷定值器l、負荷轉(zhuǎn) 換器2和限幅器3組成，其作用是給定氣流床反應器的負荷并限制負荷 的變化速度。負荷定值器l、負荷轉(zhuǎn)換器2和限幅器3由DCS系統(tǒng)中的 功能塊實現(xiàn)。
所述DCS系統(tǒng)是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的分散控制系統(tǒng)，如橫 河電機(中國)有限公司的CENTEM-CS3000分散控制系統(tǒng)等。
b、 料漿流量調(diào)節(jié)單元料漿流量調(diào)節(jié)單元的作用是在負荷基本 穩(wěn)定的情況下，根據(jù)給定的料漿/氧氣比調(diào)節(jié)進入氣流床反應器的料 漿的流量。料漿流量調(diào)節(jié)單元可以采用下述兩種方案實現(xiàn)。
方案l:如說明書附圖l所示，所述的料漿流量調(diào)節(jié)單元由高值選 擇器4、料漿流量調(diào)節(jié)器5、三臺電磁流量計6、中值選擇器9、電機調(diào) 速器IO、調(diào)速電機ll、高壓料漿泵12、運算器13和料漿管線14組成。
方案2:如說明書附圖2所示，所述的料漿流量調(diào)節(jié)單元由高值選擇器4、料漿流量調(diào)節(jié)器5、兩臺電^f茲流量計6、轉(zhuǎn)速傳感器7、轉(zhuǎn)換器 8、中值選擇器9、電機調(diào)速器IO、調(diào)速電機ll、高壓料漿泵12、運算 器13和料漿管線14組成。
所述高值選擇器4、料漿流量調(diào)節(jié)器5、轉(zhuǎn)換器8、中值選擇器9 和運算器13由DCS系統(tǒng)中的功能塊實現(xiàn)。
所述DCS系統(tǒng)是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的分散控制系統(tǒng)，如橫 河電機(中國)有限公司的CENTEM-CS3000分散控制系統(tǒng)等。
所述電磁流量計是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的電磁流量計，例如 ABB公司的電磁流量計或上海橫河電機有限公司生產(chǎn)的ADMAG AE 系列電磁流量計。因為料漿的磨蝕性較大，所以流量計的襯里應選用 耐腐蝕、耐磨損的襯里，如聚氨酯襯里等。
所述的轉(zhuǎn)速傳感器是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的轉(zhuǎn)速傳感器，例如 長春禹衡光學有限公司的ZKX系列增量式空心軸編碼器。
所述調(diào)速器是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的變頻調(diào)速器，例如瑞典依 而通公司的Emotron VFX系列變頻調(diào)速器。
所述調(diào)速電機是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的調(diào)速電機，例如上海富 田電機制造有限公司的IAG系列變頻調(diào)速電機。
所述高壓料漿泵是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的活塞隔膜泵，例如上 ?；凵坦こ淘O(shè)備有限公司的活塞隔膜泵。
c、氧氣流量調(diào)節(jié)單元氧氣流量調(diào)節(jié)單元由低值選擇器15、運 算器16、氧氣流量調(diào)節(jié)器17、氧氣壓力變送器18、孔板流量計19、 氧氣溫度傳感器20、氧氣流量補償器21、運算器22、電/氣轉(zhuǎn)換器 23、氧氣流量調(diào)節(jié)閥24、氧氣管道25組成，其作用是在負荷基本穩(wěn) 定的情況下，根據(jù)給定的氧氣/料漿比調(diào)節(jié)進入氣流床反應器的氧氣 的流量。
所述低值選擇器15、運算器16、氧氣流量調(diào)節(jié)器17、氧氣流量 補償器21和運算器22由DCS系統(tǒng)中的功能塊實現(xiàn)。所述DCS系統(tǒng)是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的分散控制系統(tǒng)，如橫 河電機(中國)有限公司的CENTEM-CS3000分散控制系統(tǒng)等。
所述孔板流量計所用的差壓變送器以及測量氧氣壓力的壓力變 送器是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的差壓變送器和壓力變送器，例如上海
龍瑞斯電子科技有限公司生產(chǎn)的1151系列差壓變送器和壓力變送 器。
所述氧氣溫度傳感器是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的鉑熱電阻，例如 西安西^f義工控儀表廠的WZP系列柏熱電阻。
所述電/氣轉(zhuǎn)換器是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的電/氣轉(zhuǎn)換器，例如 重慶世壯儀器儀表有限公司的QZD-1002A電-氣轉(zhuǎn)換器。
所述氧氣流量調(diào)節(jié)閥是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的柱塞閥或低噪 音套筒閥，例如上海美卓自動化公司的氧氣調(diào)節(jié)閥，其閥體材質(zhì)為 Monel或Inconel625，閥芯閥座才才質(zhì)為Monel400或Inconel625不4秀 鋼。
氣流床反應器溫度測量顯示子系統(tǒng)
氣流床反應器溫度測量顯示子系統(tǒng)的作用是測量并顯示氣流床 反應器的溫度，為操作人員提供操作反應器的操作依據(jù)。該子系統(tǒng)由 安裝在氣流床反應器24上的熱電偶25和溫度顯示儀表26組成。
熱電偶釆用B分度(鉑30%銠-鉬6%銠)熱電偶。在反應器上 通常安裝4支測溫熱電偶，在這4支熱電偶中至少應有1支熱電偶能 正常使用。所述測溫熱電偶是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的熱電偶，如重 慶儀表材料研究所以商品名工業(yè)熱電偶銷售的B分度熱電偶。熱電 偶的保護管選用雙層保護管，外管是用高溫耐磨陶瓷材料制成的，而 內(nèi)管是用剛玉制成的。在安裝熱電偶時將其保護管前端縮回反應器向 火面耐火磚表面約0~20mm。溫度顯示儀表由DCS系統(tǒng)實現(xiàn)。
所述DCS系統(tǒng)是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的分散控制系統(tǒng)，如橫 河電機(中國)有限公司的CENTEM-CS3000分散控制系統(tǒng)等。
ii輔助裝置包括氧氣切斷閥(29)和(30)、中心氧管止逆閥(31)、環(huán) 氧管線止逆閥(32)、氮氣密封閥(33)、料漿止逆閥(34)、料漿切斷 閥(35)和料漿循環(huán)閥(36)。
所述氧氣切斷閥和氮氣密封閥是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的切斷 閥，例如上海美卓自動化公司的切斷閥。
所述料漿止逆閥、中心氧管止逆閥和環(huán)氧管線止逆閥是本技術(shù)領(lǐng) 域中通常使用的止逆閥，例如上海美卓自動化公司的止逆閥。
所述料漿切斷閥和料漿循環(huán)閥是本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的切斷 閥，例如上海美卓自動化公司的料漿切斷閥。
本發(fā)明還涉及氣流床反應器的溫度控制方法，用于控制以氧氣 和多元料漿為原料的氣流床反應器的溫度。這種溫度控制方法通過調(diào) 節(jié)進入反應器的氧氣和料漿的比例實現(xiàn)對反應器溫度的控制。在負荷 基本穩(wěn)定的情況下，若反應器的溫度低于最佳反應溫度，則增大氧氣 /料漿比，使反應溫度升高；若氣流床反應器的溫度高于最佳反應溫 度，則降低氧氣/料漿比，使反應溫度降低。這種氣流床反應器溫度 控制方法的特征在于該方法包括下述步驟確定反應器的最佳反應溫 度、設(shè)定氧氣/料漿比、測量和調(diào)節(jié)料漿流量、測量和調(diào)節(jié)氧氣流量。
確定反應器的最佳反應溫度
采用本發(fā)明所述的測量方法測量所述氣流床反應器的溫度，然后 再結(jié)合反應器所排出的爐渣的狀況確定反應器的最佳反應溫度。確定 反應器最佳反應溫度的具體方法如下
(1)在反應器上安裝l-4支熱電偶。通常在在反應器上安裝4支測 溫熱電偶，在這4支測溫熱電偶中至少應有1支熱電偶能正常使用。在 安裝時將熱電偶保護管的前端縮回反應器向火面耐火磚表面約 0 20mm，以降低熔融原料渣對熱電偶保護管的沖刷，延長熱電偶的 使用壽命。初次開車時可在反應器上下兩個平面360。內(nèi)均勻地分布兩兩相對的4支測溫熱電偶，用其監(jiān)測燒嘴火焰的長度以及判斷火焰是 否在反應器的正中，以便判斷燒嘴的工作狀況。
測溫熱電偶釆用B分度熱電偶(鉑30%銠-柏6%銠)，熱電偶的 保護管選用雙層保護管，外管為高溫耐磨陶瓷保護管，內(nèi)管為剛玉管。 (2 )操作人員根據(jù)氣流床反應器的溫度指示值及反應器所排出 的爐渣的狀況確定反應器的最佳反應溫度。保證爐渣大小適中、不燒 結(jié)、不拉絲且中等粒度(直徑為(D5 O10mm)的爐渣所占比例為爐 渣量的30% 60%的反應溫度為最佳反應溫度。 設(shè)定氧氣/料漿比
在多元料漿氣化過程中，反應器溫度的高低主要取決于氧氣/料 漿的比例。氧氣/料漿比較低時，反應器的溫度較低，碳的轉(zhuǎn)化率較 低，渣的流動性變差，料渣易堵塞反應器的排渣口及下降管，不利于 反應器的長期運行。氧氣/料漿比較高時，反應器的溫度較高，反應 器內(nèi)耐火磚熔蝕加快，反應器的使用壽命會受到影響。當多元料漿氣 化所用的氧氣純度大于99.6體積％時，氧氣/料漿標準體積比一般為 430 610,最佳值范圍為445~530。
在氣流床反應器的最佳反應溫度確定之后，通過計算確定氧氣/ 料漿的比例，然后在DCS的工程師站上設(shè)定控制系統(tǒng)的氧氣/料漿比。 如果反應器的溫度低于最佳反應溫度，則增大氧氣/料漿比的設(shè)定值； 如果反應器的溫度高于最佳反應溫度，則減小氧氣/料漿比的設(shè)定值。 在氧氣/料漿比設(shè)定完成后，氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)就才艮據(jù)氧氣/ 料漿的比例分別調(diào)節(jié)進入反應器的氧氣和多元料漿的流量。調(diào)節(jié)進入 反應器的氧氣和多元料漿的相對流量就改變了參加反應的物料的配 比關(guān)系，也就改變了多元料漿在氣流床反應器中的燃燒狀況，從而實 現(xiàn)了控制反應器溫度的目的。
測量和調(diào)節(jié)料漿流量
為保證多元料漿流量測量的準確性和可靠性，可以在料漿管線上安裝兩臺或三臺電》茲流量計，用其測量料漿的流量。若安裝兩臺電 磁流量計，則需把料漿泵的轉(zhuǎn)速換算成料漿流量值，然后中值選擇器 對這三個料漿流量值取中值。若安裝三臺電磁流量計則對這三臺電磁 流量計的輸出值取中值。本發(fā)明以料漿流量的中值作為多元料漿流量 的測量值。反應器負荷給定值由負荷定值器1給出，為了避免負荷擾 動，應把負荷定值器的輸出信號的變化速度限制在一定范圍內(nèi)。反應 器負荷給定值由負荷轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換成負荷所需的料漿流量值并經(jīng)限
幅器3限幅，限幅器的輸出值A(chǔ)與根據(jù)氧氣流量最終測量值計算出 的氣化反應所需的料漿流量值B相比較，由高值選擇器4選擇其中 之一作為料漿流量調(diào)節(jié)器5的給定值。料漿流量給定值與測量值在料 漿流量調(diào)節(jié)器5中進行比較，料漿流量調(diào)節(jié)器5按比例積分控制算法 輸出調(diào)節(jié)信號至高壓料漿泵12的電機調(diào)速器10，由電機調(diào)速器10 調(diào)節(jié)高壓料漿泵12的調(diào)速電機11的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)進入反應器的料 漿流量。
為了保證料漿氣化系統(tǒng)的安全運行，在料漿入爐管線上安裝一 臺料漿切斷閥35,在料漿返回料漿儲槽的管線上安裝一臺料漿循環(huán) 閥36。這兩臺閥受安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制。在反應器開車時先打開料 漿循環(huán)閥36建立料漿循環(huán)，然后再打開料漿切斷閥35并關(guān)閉料漿循 環(huán)閥36,使料漿注入反應器26。 測量和調(diào)節(jié)氧氣流量
本發(fā)明用孔板流量計19測量氧氣流量，用壓力變送器18測量 氧氣的壓力，用鉑熱電阻20測量氧氣的溫度。用測量所得的氧氣壓 力和溫度由氧氣流量補償器21按下述公式對氧氣流量值進行溫度和 壓力補償
F = A/[(P' +0.1013)/^ +0.1013)]x[(7; +273.5)/(r' +273.15)〗x《
式中，F(xiàn)—一補償后的氧氣流量；
《——孔^1流量計測量的氧氣流量；r,——氧氣溫度；
《——:氧氣壓力；
t;一_補償基準溫度；
&一_補償基準壓力。 運算器22給補償后的氧氣流量乘以氧氣的純度系數(shù)后得到氧氣 流量的最終測量值，以最終測量值作為氧氣流量調(diào)節(jié)器n的測量值。 反應器負荷給定值由負荷定值器l給出。反應器負荷給定值經(jīng)負
荷轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換成負荷所需的料漿流量值并經(jīng)限幅器3限幅，限幅器 3的輸出值A(chǔ)與料漿流量測量值C相比較，由低值選擇器15選擇其 中之一，再通過運算器16乘以氧氣/料漿比，然后作為氧氣流量調(diào)節(jié) 器17的給定值。氧氣流量調(diào)節(jié)器17的給定值與測量值在調(diào)節(jié)器17 中比較，調(diào)節(jié)器17按比例積分控制算法調(diào)節(jié)氧氣流量調(diào)節(jié)閥24的開 度，從而調(diào)節(jié)進入反應器26的氧氣流量。 [有益效果]
本發(fā)明的有益效果是(1 )通過對氧氣流量和料漿流量的比例控 制，能夠把反應器溫度的波動范圍控制在料漿氣化反應的最佳范圍之 內(nèi)，即可以將反應器溫度的波動范圍控制在給定溫度的士20。C范圍內(nèi)， 而現(xiàn)有技術(shù)通常只能把反應器溫度的波動范圍控制在給定溫度的 土40。C范圍內(nèi)，因此，本發(fā)明的氣流床反應器的溫度控制系統(tǒng)及其控 制方法的效果是非常顯著的。(2)實現(xiàn)了提高負荷時先提高料漿流量 后提高氧氣流量；反之，降低負荷時先降低氧氣流量后降低料漿流量。 若料漿系統(tǒng)出現(xiàn)故障使料漿流量降為零，則氧氣流量也降為零。使用 本發(fā)明所述的氣流床溫度控制系統(tǒng)和控制方法能夠確保反應器的安 全。


圖1為氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)方案1示意圖。 圖2為氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)方案2示意圖。
具體實施方式
實施例1
以河南義馬煤為原料，單臺反應器日處理能力為1065噸煤的水 煤漿氣流床反應器的操作條件如下氣化劑采用純度為99.6體積％ 氧氣，氧氣入爐流量為25104.75Nm3/h,煤料漿濃度為以煤料漿總重 量計65重量°/。，料漿入爐流量為68613kg/h,氣流床反應器操作壓力 為6.5MPa，爐膛操作溫度為1350°C,氧氣/煤料漿的體積比為447。 氣流床反應器的溫度控制系統(tǒng)采用圖l所示的控制系統(tǒng)。在圖1中， 料漿經(jīng)高壓料漿泵加壓到7.8MPa后送入燒嘴，然后經(jīng)燒嘴與8.2MPa 氧氣一起噴入反應器中。料漿進入反應器后在6.5MPa、 135(TC左右 的條件下與氧氣發(fā)生反應，生成CO+H2含量為78.8% (干基體積) 的干合成氣。
在本實施例中，用三臺電^f茲流量計6測量料漿的流量，這三臺電 /磁流量計選用上海4黃河電才幾有限^^司以商品名電；茲流量計銷售的 ADMAG AE系列電磁流量計。這三臺電磁流量計的輸出信號經(jīng)中值 選擇器9取中值，以中值作為料漿流量測量值。料漿流量測量值與給 定值在料漿流量調(diào)節(jié)器5中比較并產(chǎn)生偏差值，料漿流量調(diào)節(jié)器5按 比例積分控制算法對偏差值進行運算以產(chǎn)生控制信號。電機調(diào)速器 IO根據(jù)料漿流量調(diào)節(jié)器5輸出的控制信號調(diào)節(jié)調(diào)速電機11的轉(zhuǎn)速， 由調(diào)速電機11拖動高壓料漿泵12。電機調(diào)速器10選用瑞典依而通 公司以商品名變頻調(diào)速器銷售的電機調(diào)速器。調(diào)速電機11選用上海 富田電機制造有限公司以商品名變頻調(diào)速電機銷售的IAG系列變頻 調(diào)速電機。高壓料漿泵12選用上?；凵坦こ淘O(shè)備有限公司以商品名 活塞隔膜泵銷售的料漿泵作為高壓料漿泵12。
在本實施例中，用上海龍瑞斯電子科技有限公司以商品名壓力變 送器銷售的1151系列壓力變送器18測量氧氣的壓力，用上海龍瑞斯 電子科技有限公司以商品名差壓變送器銷售的1151系列差壓變送器
16作為孔板流量計19的差壓變送器測量氧氣的流量，用西安西儀工控
儀表廠以商品名熱電阻銷售的WZP系列鉑熱電阻20測量氧氣的溫 度。氧氣流量補償器21根據(jù)本發(fā)明所述的流量補償公式對氧氣流量 信號進行溫度和壓力補償，補償后的氧氣流量經(jīng)運算器22乘以氧氣 純度系數(shù)后得到氧氣流量的最終測量值，以最終測量值作為氧氣流量 調(diào)節(jié)器17的測量值。
反應器負荷給定值經(jīng)負荷轉(zhuǎn)換器2換算成負荷所需的料漿流量并 經(jīng)限幅器3限幅，限幅器的輸出值A(chǔ)與料漿流量測量值C相比較， 由低值選擇器15選擇其中之一，再通過運算器16乘以氧氣/料漿比， 然后作為氧氣流量調(diào)節(jié)器17的給定值。氧氣流量測量值與給定值在 氧氣流量調(diào)節(jié)器17中比較并產(chǎn)生偏差值，氧氣流量調(diào)節(jié)器17按比例 積分控制算法對偏差值進行運算并產(chǎn)生控制信號，此控制信號是電/ 氣轉(zhuǎn)換器23的輸入信號。電/氣轉(zhuǎn)換器23把標準電信號轉(zhuǎn)換成 0.02 0.1MPa的氣信號，用氣信號控制氧氣流量調(diào)節(jié)閥24的開度， 由氧氣流量調(diào)節(jié)閥24調(diào)節(jié)進入反應器的氧氣流量。
電器轉(zhuǎn)換器23用重慶世壯儀器儀表有限公司以商品名電/氣轉(zhuǎn)換 器銷售的QZD-1002A電/氣轉(zhuǎn)換器。氧氣流量調(diào)節(jié)閥24用上海美卓 自動化公司以商品名調(diào)節(jié)閥銷售的調(diào)節(jié)閥作為氧氣流量調(diào)節(jié)閥。
料漿切斷閥35和料漿循環(huán)閥36用上海美卓自動化公司以商品名 煤漿切斷閥銷售的切斷閥作為料漿切斷閥。
在氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)中，除現(xiàn)場安裝的儀表外，所有儀 表都用分散控制系統(tǒng)實現(xiàn)。
在本實施例中，氣流床測溫熱電偶27采用B分度(鉑30°/。銠-柏6% 銠)熱電偶。熱電偶用重慶儀表材料研究所以商品名工業(yè)熱電偶銷售 的B分度熱電偶。按本說明書所述的方法安裝氣流床測溫熱電偶。熱 電偶的保護管選用雙層保護管，外管為高溫耐磨陶瓷保護管，內(nèi)管為 剛玉管。在安裝時將熱電偶保護管的前端縮回爐子向火面耐火磚表面約10mm，以降低熔融原料渣對熱電偶保護管的沖刷，延長熱電偶的 使用壽命。
本實施例所述的分散控制系統(tǒng)是橫河電機(中國)有限公司以商 品名生產(chǎn)控制系統(tǒng)銷售的CENTUM CS3000。
氧氣切斷閥29、30和氮氣密封閥33用上海美卓自動化公司以商 品名切斷閥銷售的閥門作為氧氣切斷閥和氮氣密封閥。
料漿止逆閥34、中心氧管止逆閥31和環(huán)氧管線止逆閥32用上 海美卓自動化公司以商品名止逆閥銷售的閥門作為料漿止逆閥、中心 氧管止逆閥和環(huán)氧管線止逆閥。
采用所述的控制系統(tǒng)及控制方法后，能把氣流床的溫度控制在 1350±20°C ，不僅保證了合成氣的質(zhì)量而且延長了熱電偶的使用壽 命，同時還有節(jié)能效果。實施例2
在國內(nèi)某年產(chǎn)30萬噸合成氨的生產(chǎn)裝置中，其氣化裝置以孫家 壕和保平灣混配煤(以重量計孫家壕煤保平灣煤=3:7)為原料，單 臺反應器日處理能力845.16噸煤，氣化劑采用純度為99.6體積％氧 氣，氧氣入爐流量18531Nm3/h，料漿濃度65重量％,料漿入爐流量 47076kg/h,氣流床反應器操作壓力6.5MPa,爐膛操作溫度1340°C ， 氧氣/料漿的標準體積比472。
在本實施例中，氣流床反應器溫度控制方法釆用本發(fā)明的控制方 法，氣流床反應器的溫度控制系統(tǒng)采用圖2所示的控制系統(tǒng)。在控制 系統(tǒng)中用兩臺電磁流量計測量料漿的瞬時流量，另外把高壓料漿泵的 轉(zhuǎn)速換算成料漿的瞬時流量。這三個料漿流量信號經(jīng)中值選擇器取中 值后輸入料漿流量調(diào)節(jié)器作為調(diào)節(jié)器的測量值。其它條件與實施例1 中說明的相同。
在本實施例中，轉(zhuǎn)速傳感器用長春禹衡光學有限公司以商品名增 量式編碼器銷售的編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器。按本說明書所述的方法安裝氣流床測溫熱電偶。熱電偶的保護管 選用雙層保護管，外管為高溫耐磨陶瓷保護管，內(nèi)管為剛玉管。在安
裝時將熱電偶保護管的前端縮回爐子向火面耐火磚表面約10mm。
采用所述的控制系統(tǒng)及控制方法后，能把氣流床的反應溫度控制 在1340±20°C。
權(quán)利要求
1、一種氣流床反應器的溫度控制系統(tǒng)，它用于控制以氧氣和多元料漿為原料的氣流床反應器的溫度，其特征在于該控制系統(tǒng)包括氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)、氣流床反應器溫度測量顯示子系統(tǒng)和輔助裝置；(i)氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)所述的氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)由負荷給定單元、料漿流量調(diào)節(jié)單元和氧氣流量調(diào)節(jié)單元組成；a、負荷給定單元所述的負荷給定單元由負荷定值器(1)、負荷轉(zhuǎn)換器(2)和限幅器(3)組成，其作用是給定氣流床反應器的負荷；b、料漿流量調(diào)節(jié)單元所述的料漿流量調(diào)節(jié)單元由高值選擇器(4)、料漿流量調(diào)節(jié)器(5)、三臺電磁流量計(6)、中值選擇器(9)、電機調(diào)速器(10)、調(diào)速電機(11)、高壓料漿泵(12)、運算器(13)和料漿管線(14)組成；其作用是在負荷基本穩(wěn)定的情況下，根據(jù)給定的料漿/氧氣比調(diào)節(jié)進入氣流床反應器的料漿的流量；c、氧氣流量調(diào)節(jié)單元所述的氧氣流量調(diào)節(jié)單元由低值選擇器(15)、運算器(16)、氧氣流量調(diào)節(jié)器(17)、氧氣壓力變送器(18)、孔板流量計(19)、氧氣溫度傳感器(20)、氧氣流量補償器(21)、運算器(22)、電/氣轉(zhuǎn)換器(23)、氧氣流量調(diào)節(jié)閥(24)和氧氣管道(25)組成，其作用是在負荷基本穩(wěn)定的情況下，根據(jù)給定的氧氣/料漿比調(diào)節(jié)進入氣流床反應器的氧氣的流量；(ii)氣流床反應器溫度測量顯示子系統(tǒng)所述的氣流床反應器溫度測量顯示子系統(tǒng)由安裝在氣流床反應器(26)上的熱電偶(27)和溫度顯示儀表(28)組成；該熱電偶把氣流床反應器的反應溫度轉(zhuǎn)換為電信號并送入顯示器顯示，該溫度顯示值則為操作人員提供操作依據(jù)；(iii)輔助裝置所述的輔助裝置包括氧氣切斷閥(29)和(30)、中心氧管止逆閥(31)、環(huán)氧管線止逆閥(32)、氮氣密封閥(33)、料漿止逆閥(34)、料漿切斷閥(35)和料漿循環(huán)閥(36)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的三臺電-茲流量計(6)可以用兩臺電磁流量計(6)、轉(zhuǎn)速傳感器(7)和轉(zhuǎn)換器(8)代替。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于 在所述的氣流床反應器上安裝l-4支測溫熱電偶；在安裝熱電偶時將其保 護管前端縮回反應器向火面耐火磚表面約0-20mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，其特征在 于所述熱電偶的保護管是由外管和內(nèi)管組成的雙層保護管，外管是用高 溫耐磨陶資材料制成的，而內(nèi)管是用剛玉制成的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的料漿止逆閥(34)安裝在料漿入爐管線上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的料漿循環(huán)閥(36)安裝在料漿返回料漿儲槽的管線上，而所述的 料漿切斷閥(35)安裝在料漿入爐管線上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，其特征在 于所述的氧氣切斷閥(29)和(30)安裝在氧氣分管上，而所述的氮氣密 封閥(33)安裝在與兩臺氧氣切斷閥(29)、 (30)相連的氮氣管道上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流床反應器溫度控制系統(tǒng)，其特征在 于所述的中心氧管止逆閥(31)與環(huán)氧管線止逆閥(32)分別安裝在中心氧 管和環(huán)氧管線上。
9、 一種以氧氣和多元料漿為原料的氣流床反應器的溫度控制方法， 其特征在于該方法包括下述步驟a、 確定反應器的最佳反應溫度通過安裝在氣流床反應器上的熱 電偶把反應器的反應溫度轉(zhuǎn)換成電信號并送入分散控制系統(tǒng)DCS進行 顯示，然后根據(jù)反應溫度的顯示值和反應器所排出的爐渣狀況確定反應 器的最佳反應溫度；b、 設(shè)定氧氣/料漿的比例根據(jù)反應器的最佳反應溫度確定氧氣/ 料漿的比例并通過DCS的工程師站設(shè)定氧氣/料漿比；如果反應器的溫度 低于最佳反應溫度，則增大氧氣/料漿比的設(shè)定值；如果反應器的溫度高于最佳反應溫度，則減小氧氣/料漿比的設(shè)定值；c. 測量和調(diào)節(jié)料漿流量用電磁流量計直接測量料漿的瞬時流量 或用轉(zhuǎn)速傳感器測量高壓料漿泵的轉(zhuǎn)速值，然后再把高壓料漿泵的轉(zhuǎn)速 值轉(zhuǎn)換成料漿的瞬時流量值；以料漿的瞬時流量值作為料漿流量調(diào)節(jié)器 的測量值，料漿流量調(diào)節(jié)器按比例積分控制算法產(chǎn)生控制料漿泵轉(zhuǎn)速的 控制信號，電機調(diào)速器根據(jù)此控制信號調(diào)節(jié)高壓料漿泵轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)料 漿的流量；d、 測量和調(diào)節(jié)氧氣流量用孔板流量計^^氧氣流量轉(zhuǎn)換成電信號 并送入DCS, DCS中的流量補償器用氧氣溫度和氧氣壓力對氧氣流量 進行補償；補償后的氧氣流量經(jīng)運算器乘以氧氣純度系^t后產(chǎn)生氧氣流 量的最終測量信號；氧氣流量調(diào)節(jié)器接受氧氣流量測量信號和氧氣流量 給定值信號并按比例積分控制算法產(chǎn)生調(diào)節(jié)器的輸出信號；用氧氣流量 調(diào)節(jié)器的輸出信號調(diào)節(jié)氧氣流量調(diào)節(jié)閥的開度，從而調(diào)節(jié)進入氣流床反 應器的氧氣流量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制氣流床反應器溫度的控制系統(tǒng)和方法，用于控制以氧氣和碳氫物料料漿為原料的氣流床反應器的溫度。這種溫度控制系統(tǒng)包括氧氣/料漿比值控制子系統(tǒng)、氣流床溫度測量顯示子系統(tǒng)和輔助裝置三部分；這種溫度控制方法包括確定反應器的最佳反應溫度、設(shè)定氧氣/料漿的比例、測量和調(diào)節(jié)料漿流量、測量和調(diào)節(jié)氧氣流量四部分。這種控制系統(tǒng)和方法能有效地控制反應器的溫度，并能把反應器的溫度波動值減到最小，從而實現(xiàn)了多元料漿氣化系統(tǒng)安全運行并延長其組件使用壽命的目的。
文檔編號C10J3/00GK101538485SQ20091011984
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者徐宏偉, 徐紅東, 朱春鵬, 璞 李, 楊云龍, 錦 王, 賀根良, 鄭亞蘭, 鄭化安, 門長貴, 韋孫昌 申請人:西北化工研究院