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

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1、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%。节能降耗是“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

2、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。据国家发改委发布的《千家企业能源利用状况公报》，目前我国吨氨煤耗平均水平与国际先进水平相差600～700千克标煤。因此，煤化工的节能降耗任务非常艰巨。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，在国内外得到了快速推广应用。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多年的生产运行，积累了许多经验，通过改

3、造和创新使得德士古水煤浆气化装置的运用日见成熟。德士古水煤浆气化装置作为煤化工的源头，为后续工艺提供原料，装置的运行状况对于整个流程十分重要。水煤浆气化18装置以煤为原料，制成水煤浆，再以水煤浆为原料通过气化炉制成水煤气，输送到后续工艺。原料煤的品质和制浆过程的操作对于水煤浆的浓度、流变特性等具有决定性影响，而水煤浆的特性直接影响到气化炉的运行效率和操作参数的选择。因此，探索煤种对水煤浆特性的影响，合理安排使用原料煤，并根据水煤浆特性、装置运行情况优化气化炉的操作参数，是实现水煤浆气化装置优化运行的关键，对于

4、提高生产效率、降低能耗具有重要意义。生产实践表明，煤质的好坏对于装置的长期稳定运行影响很大，其中煤的灰分、成浆性、灰熔点、粘温特性是影响德士古气化经济运行的几个重要指标，低灰分、成浆性能好、灰熔点低、粘温特性好的煤比较适合用作气化原料煤。在生产中使用单一的原料煤种很难满足系统正常运行的需要，需要扩大气化用煤来源。而不同的煤种的灰熔点、灰分、固定碳含量、水分等不相同，因此，为了保证水煤浆的特性稳定，需要采用配煤技术，通过对不同煤种的合理配比，确保所用原料煤的品质稳定。同时，不同煤种的价格有所不同，并且在生产中的

5、库存数量也有所不同，因此在保证气化原料煤品质的基础上，通过合理配比，是降低原料价格和合理利用存煤的有效途径。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18、所制造的合成气流量、有效气含量以及煤耗和氧耗、装置损耗等是衡量气化炉运行状况的重要指标参数。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、

6、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

7、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。18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。

8、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最新发