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引言

     固定床煤氣爐是合成氨裝置的“龍頭”設備，傳統的生產工藝為空氣、蒸汽間歇制氣；近年來，富氧空氣、蒸汽連續制氣工藝為合成氨裝置提供了技術改造的新途徑。技術改造后的煤氣爐可根據爐況或工藝條件實現兩種制氣模式的切換。其中，富氧制氣具有產氣量高，煤耗、汽耗低的優勢。因此，結合煤氣爐多制氣模式的工藝與自動化改造是目前合成氨企業節能降耗的主要措施之一。

    煤氣爐間歇制氣雖然已采用了DCS控制，但其生產操作與控制仍主要依賴于人工經驗，存在著運行平穩性差、爐況波動大、勞動強度高等問題。另一方面，富氧制氣生產是一項新工藝，尚無成熟的過程控制解決方案。基于此，根據煤氣爐兩種制氣工藝特點，開發基于預測控制和智能控制的先進控制系統，實現了生產過程的精細化控制，減少了設備故障率，以達到穩定爐況、提高產氣量、降低煤耗與汽耗、減少勞動強度、提高經濟效益的目的。

? 先進控制策略

     合成氨裝置煤氣爐先進控制系統采用浙江中控軟件技術有限公司的先進控制軟件APC-Sutie。

    該先進控制系統適用于多臺間歇制氣與富氧制氣并聯生產的煤氣爐。其總體結構如圖1所示。

             
                                圖1 合成氨裝置煤氣爐先進控制系統總體結構

     煤氣爐間歇制氣先進控制：通過對加煤量、爐條機轉速、吹風時間、上吹時間、下吹時間等的合理調節，穩定煤氣爐的火層位置、炭層高度、上行溫度、下行溫度、灰倉溫度等關鍵工藝指標，從而有效地防止爐況惡化，穩定并提高產氣量。同時通過合理調整煤氣爐加氮時間，克服滯后和干擾因素的影響，實現對合成塔循環氫氫氮比的平穩控制，有效降低合成氨裝置的綜合能耗。
  
    煤氣爐富氧制氣先進控制：通過對加煤量、爐條機轉速、蒸汽量、富氧空氣量的合理調節，實現對煤氣爐炭層高度、上行溫度、灰倉溫度等關鍵工藝參數的平穩控制。并根據煤氣爐關鍵工藝指標的變化優化調整蒸汽和富氧空氣量的配比，穩定爐況，提高產氣量，同時也大幅度降低操作勞動強度。

     爐況智能診斷專家控制：利用煤氣爐生產實時數據和歷史信息，建立爐況實時監控和智能診斷系統，通過跟蹤關鍵工藝指標的變化，及時發現并處理異常爐況，維持穩定的煤氣爐火層位置，防止出現爐況惡化、設備故障等極端情況，為煤氣爐的平穩生產提供保障。

? 應用效果

合成氨裝置煤氣爐應用先進控制技術之后，取得了如下效果：

? 顯著提高煤氣爐在間歇制氣、富氧連續制氣兩種工況下操作平穩性，各關鍵工藝指標（上行溫度、下行溫度、煤氣質量等）的標準方差平均減少30~40%以上；

? 基于平穩操作，實現了工藝指標的“卡邊”優化，使煤氣中CO2含量降低2%，殘碳含量降低3%；同時提高了噸煤的產氣量；

? 充分挖掘裝置潛力，實現節能降耗，噸氨煤耗降低5%，噸氨汽耗降低10%；

? 提高裝置的綜合自動化水平，統一操作方法，大幅度降低操作人員勞動強度；

? 先進控制系統投運率達到95%以上。

                       某企業合成氨裝置煤氣爐應用先進控制系統前后工藝參數對比情況
        
               
                

                 某企業合成氨裝置煤氣爐應用先進控制系統前后工藝參數對比情況
                   某企業合成氨裝置煤氣爐應用先進控制系統前后工藝指標對比情況
     

? 結束語
 
     傳統的常壓固定床間歇氣化工藝因裝置規模小、能耗偏高和碳轉化率低等問題，已被國家列入限制發展項目。采用富氧連續氣化工藝和先進控制技術將為全國氮肥行業約5000余臺固定床間歇氣化煤氣爐提供一條切實可行的技術改造之路。