摘要：煤气是一种常见的工业生产原料，煤气生产的安全性备受关注。煤气的生产流程复杂，煤气炉电气自动控制系统的安全稳定是自动化领域的重要研究方向之一。本文主要分析了DCS下的煤气炉电气自动控制系统的应用，期望能够推动煤气炉电气自动控制系统的安全、运行发展。
关键词：DCS；煤气炉；电气自动控制；应用
一、DCS概述
1975年，第一套DCS在美国诞生，发展到今天已经历了四代产品，经历四个阶段。第一代DCS包括控制中心、监视中心、CRT操作站、数据通信中心。另外，还配备了上层监督，对计算机实现更好地监视。第二代产品配置了多功能控制中心、增强型操作站、局域网络、系统管理魔剑等，分散控制更加有效，通用性、安全性更高。二代系统还引入了组态概念，有效地提升了工作效率。第三代DCS在硬件方面使用了高档微机处理技术和表面安装技术、体积更小，软件上使用了灵活的控制软件，图形显示、触屏功能操作更加简单。20世纪初，计算机网络技术发展迅速，企业对信息的集成处理的要求更高，第四代DCS问世，其主要特点有：①开放性：网络通信进一步发展，标准进一步提高，国际化水平提升。②分散化和智能化：智能仪表、智能电子设备的DCS体系结构的进一步分散化，数字控制技术应用到了各个工作点。③系统构成多样化：新一代系统的DCS系统包括、PLC、高速总线网的系统。④综合自动化：DCS系统在有关硬件和软件的支撑下，它的功能更加多样、应用领域更加广泛，满足了企业对信息集成的需求。⑤标准化：在操作系统、硬件和网络方面的开放性和通用性更强，更加标准。
DCS分散程度的提升和无线网络的提升，系统对网络的要求也随之提升。随着现场总装技术的发展，数字传输技术的使用有助于DCS数字化的实现。数字化的实现将有助于DCS信息的丰富，精细化程度也逐渐提升。在未来，DCS将会融入更多的智能监测设备、控制器等，将会形成一个更大的网络系统，网络系统将更加智能，局部控制对整体协作影响更小。
二、煤气成产的工艺和流程
1.煤气生产工艺
煤气生产工艺主要为煤炭的汽化过程，水煤气变换反应，热交换反应。这个反应步骤多，与煤炭在反应炉中的位置有关。产生煤气后，上段煤气需要流入电捕焦油器，下段煤气需要流入旋风除尘器、风冷器。然后两段煤气在间冷器汇合，经过电捕轻油器后进入煤气总管，然后经过排送机将煤气送出。煤气变换反应是放热反应，会受温度高低的变化，保持温度的恒定有助于煤气反应平衡。煤气以碳和氧气、水蒸气所进行的反应，反应产生后的体积会不断增大，会产生大量能量。因此对系统压力要求高，应确保炉前压力大于反应炉内压力，使煤气正向输出。另外大量的产生需要通过加水、风冷降温，保证煤气温度，还经过后续降温和除渣除尘。
2.煤气生产的流程
常见的煤气生产过程包括鼓风机系统、加压机系统、软化水系统、输煤系统、煤气发生炉。在本研究中主要的研究对象是煤气发生炉。煤气发生炉是煤气生产流程的核心部分，是煤气发生反应的场所，其控制模型为多输入、多输出型，输入的包括空气、水、煤块等，不同温度下的反应情况也不同，需要通过加煤和饱和蒸气的加入量、空气的加入量，进而保证反应炉的温度和压力，平稳输出煤气。
3.煤气发生炉系统简介
煤气发生炉的内部反应的状态由炉底饱和蒸气温度、压力控制。需要监测的信号有储煤仓料位高低信号、软化水水位调节阀开度信号、低压蒸汽压力信号、加煤机运行和启停信号、煤气出口温度压力信号、对应净化系统的煤气出口压力温度信号。在煤气炉系统中参与反应的主要有煤、空气、蒸汽等，从煤气的生产工艺可以看到，需要对煤、蒸汽和空气进行控制。在本研究中，固定加煤量，只需要控制空气和软化水即可。
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三、煤气发生炉的基本控制程序
煤气化的反应较为复杂，在反应过程中原料的性质、汽化条件等不确定，而且煤气炉内的化学反应也不确定，因此，完全的理论建模较为困难。参与煤气发生炉系统的主要物理量有煤、软化水和饱和空气，其中空气饱和剂是反应的气化剂。煤气发生炉内从上到下分别有灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层和空气层，其中还原层和氧化层是核心反应部位。煤气生产所产生的气体包括CO、N2、CO2等。每一层对反应的影响不同，因此，要实现对各层的持续控制就需要不断加煤，但多数设备都无法实现连续加煤，还需要对另外一些项目进行控制。一是炉底饱和空气温度控制。设置一定的温度调节温度控制器，作用于炉底饱和空气管，控制管内空气温度。常见的温度有PID算法，然后发出控制信号，推动温度调节阀，然后作用于管道实现温度的自动控制。二是软化水注入量的控制。给液位控制器设定液位，推动汽包水位调节阀，实现对软化水加水量的控制，使煤气充分反应。三是炉底饱和空气压力控制。空气总管中的压力和炉底饱和空气管是一致的，对它们产生影响的是鼓风机进口风门的大小。主要使用了压力监测，通过温度调节阀调节饱和空气温度，调节鼓风机进口风门的开度调节饱和空气压力，进而实现了对压力的控制。
四、DCS下的煤气炉电气自动控制系统的方案
该控制系统抛弃了原有单一的控制方式，使用了以计算机控制监控系统为核心的煤气发生炉集中控制系统，使用了PLC、变频器、PID调节等技术开展一体化的控制。以固定床煤气炉为主体，结合工艺要求和设计规范，现场控制室不再存在，设立发生炉集中控制中心。在DCS下的煤气炉电气自动控制包括新的煤气炉电气控制系统，保护连锁系统，自动加煤、出灰和温度监控，监视系统等。不仅能够实现技术的充分利用，同时也能够确保设备的稳定运行；还能够让系统更加人性化，可视化的操作能够直观看到界面的工艺流程、设备运行动画和主要参数等，操作人员能够对煤气炉情况有直观的了解；操作也十分简便，提高了生产和管理效率。
煤气炉的操作以DCS为主，现场控制为辅，两者互不干扰。DCS下的煤气炉电子自动控制包括加煤、出灰、蒸汽调整等自动控制。在现场控制柜上，应设置手动、自动开关，打开手动开关时，进行原有手动模式，打开自动控制时，通过集中控制室中实现自动控制。现场控制柜上的手动操作只能对阀门、炉篦等进行控制。
煤气炉加煤阀使用接近开关，其连锁条件为：上下加煤阀和左右煤阀不能同时打开。炉篦运行采用性能稳定的液压拉动，以实现精确控制。变频器面板通过DCS实现自动控制，能够进行启停、速度控制、电流反馈等
第一，在加煤自动控制方面。由于发生炉煤气出口温度主要靠加煤来实现，温度越稳定，煤气的质量也就越稳定，因此，要保证煤的连续均匀加入。加煤方式的设置有三种，时间、温度和定时循环，这些均可以在计算机上操作。例如按温度加煤，即设置上段煤气出口的最高温度，当温度达到该温度时，通过PLC系统自动加煤。
第二，出灰自动控制。通过计算机对炉篦液压系统进行控制。定期启动炉篦运转，转速由操作人员微调。
第三，煤气出口温度的控制。出口温度主要由加煤来控制，由于上段煤气出口温度的范围为90℃~150℃。控制方法和加煤控制方法一致，都是设定上段出口温度上限，温度达到后自动加煤。加煤量小，出口温度下限就越高，反之，则越低。
结语
DCS下的煤气炉电气自动控制应以发生炉原料、设备的稳定为前提。自动控制应以计算机的运行为基础，但还需要人工的操作，有些程序也还需要进一步完善，优化某些指令，以实现最佳的自动调节，实现煤气炉电子自动控制，确保生产的安全、稳定、高效。
参考文献：
[1]彭飞. 燃煤锅炉烟气脱硫提效系统的设计与实现[D].华北电力大学（北京），2017.
[2]刘金龙. 天津大港发电厂机组烟气排放信息监控技术研究[D].华北电力大学，2017.
[3]刘为迅. 电厂专用煤码头控制系统的设计与实现[D].青岛大学，2016.
论文作者:李毅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/7
标签：煤气论文; 煤气炉论文; 温度论文; 系统论文; 自动控制论文; 空气论文; 压力论文; 《基层建设》2018年第34期论文;