气化装置典型磨煤干燥工艺及控制系统

气化装置典型磨煤干燥工艺及控制系统

空气产品（山东）工程设计有限公司南京分公司

摘要：介绍了典型煤气化装置的磨煤干燥的工艺描述及典型的控制系统，包含一些主要设备的控制系统。

关键词：磨煤干燥；控制系统；

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工艺介绍

预干燥后的进料煤被送到粉碎后的煤仓进行磨煤和干燥。在破碎煤仓中设置称重传感器，用于控制给煤的液位和给煤量。当料仓内进料煤位过高时，停止进料。当进料煤位低时，发送信号，开始进料。在煤矸石料仓上设有过滤器，用于收集煤粉，改善工作环境。定期对过滤器进行清理，清理后的粉尘返回破碎煤仓。

用称重式给煤机控制破碎煤仓中给煤的出料。给煤按规定的流速被送入磨煤机。来自惰性气体发生器的热惰性气体进入磨煤机，对煤粉进行干燥，并将煤粉输送到静态分级机。在静态分级机中，大粒度的煤返回磨煤机，煤粉被气动输送到煤粉袋房。然后通过旋转给料器将煤粉输送到电纤维分离器中去纤维，再输送到煤粉缓冲仓中。

煤粉袋房排出的大部分废气经循环风机加压，在惰性气体发生器中加热后送入磨机。少量会被排放到大气中。

为了控制惰性气体的O2含量和露点(含水量)，系统中提供了在线O2和H2O分析仪。当水超过规格时，进气稀释水，控制露点。当O2超过规格时，引入N2来控制O2含量。通过控制磨煤机出口压力来控制压力。当压力高于规定值时，增加排气，当压力低于规定值时，减少排气，引入N2。通过这些方法，使工作参数保持动态平衡。

储存在煤粉缓冲仓内的煤粉经曝气锥流入煤粉输送泵。在煤粉输送泵内用热、低压N2对煤粉加压，煤粉通过气力输送泵送至煤仓。气力输送管道设有气动三通转向阀，可将煤粉输送到不同的煤仓。

为了控制气化炉的正常运行，应在煤中加入石灰石、高岭土和沙子，或在煤中加入气化渣。石灰石、高岭土和沙子以吨包的形式由卡车运送到磨煤和干燥装置。制粉机组拆箱后，分别运入不同的辅助筒仓存放。辅助筒仓的储存量为正常消耗量的两天。

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1助剂给料控制系统

石灰石、砂土、高岭土粉量控制系统的控制由设备厂家提供设计资料DCS实现控制，助剂粉量控制系统要能实现手动和自动操作。DCS要能对其流量设定、自动的启动和停止、单台设备的启停进行操作。其相关设备之间的联锁叙述如下：

石灰石/高岭土/砂土配料箱设称重式料位计，该料位计在达到高、低重量设定值后将通过自带的控制器与入口气动阀联锁，料位高时关闭入口气动阀，料位低时打开入口气动阀。特别注意的是若关闭螺旋输送机入口气动阀将关闭。

当助剂给料控制系统联锁开关（用石灰石/高岭土/砂土喷射器入口氮气开关阀的打开关闭开关作为小联锁开关）没有投入，控制室操作员不可以开旋转给料机和螺旋输送机。

当给料控制系统小联锁开关投入的情况下，为避免石灰石、高岭土、砂石粉中断影响到煤粉的质量，当有流量低低信号时，则联锁跳螺旋输送机和旋转给料机。若大联锁在投入状态，将联锁跳称重给煤机及按大联锁逻辑应跳闸的其它设备。

2原煤仓

原煤仓设称重料位计，并在DCS内实现显示和报警功能，报警包括高（H）、低（L）、高高（HH）、低低（LL）、报警信号（H）、低（L）、高高（HH）、低低（LL）同时送到预干燥单元控制室。

煤位的最小值必须保证磨煤机的气密要求，当最小值报警后（L），运行人员必须采取措施补煤，避免空仓；当LL 报警后，则联锁跳称重给煤机。当煤位高报警（H）时，输煤系统控制运行人员应停止上煤，当煤位HH报警时，输煤系统控制联锁自动停止单元埋刮板输送机。

3助剂吨袋卸料站

助剂吨袋卸料系统分别由厂家成套供应的PLC控制柜实现内部控制，同时实现内部所有设备的监视、保护和报警工作。

PLC控制柜可实现与远程DCS的通讯，卸料站的启动与关闭命令由DCS系统发出或通过本地触摸屏面板发出。

卸料站成套机组的所有状态信号和机组主要模拟信号/数值均需传输至DCS系统，具体信号清单与控制逻辑见厂家成套图纸。

4助剂仓排风过滤器

助剂仓排风过滤器包括过滤器的进出口差压（阻力）监视、故障报警和空气自动反吹扫等功能。

助剂仓排风过滤器的排气口有一强制排风风机，在过滤器运行的时候其风机也必须是运行的，以维持石灰仓的微负压状态，保持通风，避免潮气的积累致使石灰石粘接到滤袋上，但是操作员并不直接控制该风机，而是由PLC 对其控制，随过滤器的启停而启停。

PLC可设定自动控制或手动控制两种状态。在自动状态时，差压模式和定时模式同时运行，只要一个满足条件就开始吹扫。在差压模式下，当过滤器的进出口差压达到设定值时，电磁阀会启动，利用压缩空气进行反吹；在定时模式下，可设定一定时间定时吹扫。运行人员在现场也可手动操作。

当石灰石仓排风过滤器就地PLC 柜上的控制开关打到远方控制时，操作员可以在集控室远方操作过滤器的启动和停止，默认的工作模式是启动指令为使过滤器进入自动控制方式。当PLC 或系统故障时，会在控制室发出报警信号。

助剂仓排风过滤器的运行和故障信号，同时输送到给料系统参与控制联锁。只有仓排风过滤器有运行信号时石灰石给料系统才能运行，当有报警信号时，联锁停止给料系统。

具体功能和操作说明见厂家说明书。

5煤仓排风过滤器

每个煤仓排风过滤器由厂家配供现场PLC 控制柜，其功能和控制原理、设备配置同石灰石仓排风过滤器基本相同，所不同的是煤仓排风过滤器的排风风机的功能是避免潮气的积累和可燃气体的积聚。大循环运行时要一直投入运行。

煤仓排风过滤器的运行和故障信号，同时输送到单元的PLC控制柜参与控制联锁。只有煤仓排风过滤器有运行信号时单元的煤储运输送系统才能运行，当有报警信号时，紧急联锁停止单元的煤储运输送系统。

具体功能和操作说明见厂家说明书。

6煤粉袋式过滤器

每个煤粉袋式过滤器由厂家配供一个现场PLC控制柜，其基本功能和控制原理、设备配置同石灰石仓排风过滤器大致相同，只是不含排风口的排风风机。煤粉袋式过滤器PLC 可接收来自DCS 的启停指令。在收到启动指令后，PLC 默认进入自动状态（定时或差压同时投入运行，只要一个满足条件就开始吹扫）。

当过滤器或PLC 故障时，有报警信号在DCS 内显示。

煤粉袋式过滤器的吹扫采用的是氮气。

PLC 的控制和联锁功能还包括了进出口差压检测、清堵电磁阀和脉冲电磁阀等的联锁和控制。

料斗高高料位时联锁快速停止磨煤机，其余压力、差压和温度报警后操作员根据规定作出相应操作。

破袋浓度检测报警仪安装在循环风机出口在线检测煤粉袋式过滤器出口浓度是否超过标准规定，依此判断是否破袋。

具体功能、控制逻辑和操作说明等资料详见设备厂家所提资料。

7称重给煤机

每台称重给煤机由厂家配供一套现场控制柜，在现场实现称重给煤机的瞬时煤量测量、超温和堵煤、皮带跑偏、进口闸门故障、出口闸门故障和断煤监测报警，给煤量控制以及清扫链电机控制等功能，及其联锁、信号和保护功能。

在手动控制方式，操作员可以在就地控制柜上控制启停称重给煤机和清扫链电机，这种运行方式用于检修和调试状态，称重给煤机的进出口阀门为手/电双动阀门，在检修前要注意关闭。在准备正式运行之前，操作员必须将现场控制柜上的操作开关置于远方控制位置，设定清扫链间隔时间和煤流量大小。

在正常情况下，称重给煤机现场控制柜可接收来自DCS 的磨煤机顺控的启停指令，并反馈已启动信号。

称重给煤机电机为变频控制，转速指令由运行人员在DCS 内手动给出，从而达到调整煤量的目的，其反馈信号不是转速，而是瞬时煤量。

8给煤控制系统

给煤机的负荷调整范围见厂家说明，一般应能在25-100%的范围内调整。

给煤量指令为运行人员手动给出的4～20mADC 信号，信号给至称重给煤机的变频器，改变给煤机转速。给煤量指令调整的原则是控制其给煤量不能超过磨煤机的允许出力。在磨煤机进出口管道上设有差压变送器采集差压信号，经DCS判断后进行报警。

称重给煤机由厂家配供现场电器控制柜，包括了变频调速控制、电机启停控制和保护、清扫电机启停和保护、压力和温度控制报警、断带堵煤跑偏监视和报警等功能，全部信号进入DCS，并可接收来自DCS的调速指令和启停指令以及向DCS发出报警信号等。具体联锁参见称重给煤机联锁逻辑部分和设备厂家资料。

9磨机出口温度控制系统

磨机出口分别采集温度信号并转换为4～20mA信号送给DCS，正常情况下取平均值，用于控制热风炉的燃料控制回路，作为该自动控制回路的给定信号，通过控制热风炉的燃料调节阀和燃烧空气风机的流量完成调整燃烧过程的控制，以保证磨煤机出口温度在设定的范围。

10惰性气体流量（循环风量）控制系统

惰性气体流量控制系统根据给煤量的变化调整惰性气体的流量，以达到煤粉干燥的目的。

DCS 采集到瞬时给煤量信号，经过比例计算（该煤量与风量的对应曲线由磨煤机厂家提供）得到惰气流量的给定值，经与采集到的惰气流量进行比较，通过PID运算调整循环风机液力偶合器电动勺管的开度，从而通过调速型液力偶合器控制循环风机的转速，达到调整惰性气流量的目的。

当循环风机跳闸时，液力偶合器电动勺管将保持原来的位置。

循环风机启动时入口风门开度在正常位置，液力偶合器电动勺管的开度置于0%，待循环风机开启后再缓慢增大液力偶合器电动勺管的开度。

11磨煤机出口压力控制系统

磨煤机出口实际上为微负压，整个系统的压力是通过控制磨煤机出口压力来进行控制的。

在磨煤机出口设有压力测点，采集到的信号经DCS内PID运算后去调整循环风机出口惰性气体放散气动调节阀。

正常运行时磨煤机出口负压的控制通过循环风机出口惰气放散阀自动调节来保证这个值。

惰性气体放散阀还与“系统故障停机保护”联锁，当“系统故障停机”时，放散阀强制关闭，以避免补充的氮气放散到空气中。

12循环风露点控制系统

在循环风机出口设露点监测仪，当检测到惰气露点高时，DCS通过PID计算去调节稀释风机出口流量气动调节阀，加入更多的新鲜空气，以达到降低露点的目的。稀释风的加入量是与磨煤机的工作状况有关的，在低负荷的时候，稀释风的加入量为零，因此稀释风大都通过稀释风机出口的放空管放空。

系统的设计考虑了稀释风机的启停和气动调节阀的开度联合调节的方式。

13惰性气体含氧量控制系统

在整个CMD 系统中，磨煤和干燥过程都是在惰性气体环境（低氧浓度）下进行的，因此可避免自燃和粉尘爆炸。在设计工况下，氧气浓度的正常控制设定值为了达到这个含氧量要求，在整个系统中有两处调节含氧量的设计。

热风炉出口含氧量控制，通过计算燃料量和助燃空气量的配比（富余空气量），以保证稳定燃烧的情况下使得热风炉的出口含氧量控制，加上循环回来的惰气，整个热风炉的出口含氧量将控制在理论计算值。

在正常工况下，控制富余空气量的燃烧控制可以保证系统的氧含量满足要求。但是在一些特殊情况下，如燃料变化大、燃烧失稳或系统泄漏等，此时氧含量可能就会超标。此时，氧量调节补氮调节阀将用于调节惰性气体含氧量。

在磨煤机的入口和煤粉袋式过滤器的出口各安装了一套氧量计，DCS将自动分别取其值作为两个氧量控制器的调节信号，当任何一个氧量值大于设置点，相应的调节阀将开大，补充氮气以稀释氧量，当氧量报警（H），报警（HH），如果“系统故障停机保护”投入，则联锁停机。

氧量调节阀还与系统的停机保护相联锁，当系统故障停机时，该补氮阀强制打开，向管道中充入氮气，以确保系统的安全。参见氧量调节补氮阀联锁逻辑部分。

结论

典型煤气化装置的磨煤干燥系统的工艺描述及典型的控制系统，包括:惰性气体含氧量控制系统循环风露点控制系统，磨煤机出口压力控制系统，惰性气体流量（循环风量）控制系统，磨煤机出口温度（煤粉湿度）控制系统，给煤量控制系统。通过不同控制系统的协调协作，才能保证将磨煤装置运行良好。

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