间歇式、固定床煤气炉造气生产中的专用控制技术介绍
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间歇式、固定床煤气炉的造气生产模式是自有氮肥生产以来就建立起来了，就与其配套的控制技术是从无到有，从手动到自动，从低级到高级这样发展起来的，可谓是“需要”成就“实现”。由于这样的造气生产模式几乎是我国独有，需要的控制技术是专用控制技术，无法引进，也无先例可循。多年来在致力于这项技术的研究、开发人员的努力下，硕果累累。目前已经完善了造气生产中的所有控制技术(包括专用控制技术)。使现代控制的特点在我们的造气生产中得到了体现，完成了从手动控制到全自动化控制的实现；使过去无法控制的参数通过智能调节、智能优化达到了准确的控制，这些技术企业采用后造气不仅实现了优化下的全自动化连续生产，而且给自己带采了效益，也提升了本企业的竞争力。
2间歇式、固定床煤气炉造气生产中的专用控制技术介绍
2.1实现自动加煤及炭层高度和加煤量的控制
自动加煤控制是变手动加煤为自动加煤的控制；炭层高度控制是保证实际炭层高度与工艺要求高度相符的控制技术；加煤量控制是为了满足产气需要而决定每个制气循环加入煤量的控制。这里首先采用机电—体化自动加煤机实现自动加煤，进而根据自动测量的炭层高度(炭层自动测量装置已由我们开发完成并成功应用到造气现场)，同时根据在气化层所测温度(顺便说一下，我们现在可自动测量气化层温度)和生产负荷自动调节每个制气循环的给煤时间，也就自动控制了炭层高度和每个循环所需的加煤量。具体控制系统框图如图一所示：
2.2实现自动下灰及炉盘转速和下灰量的控制
自动下灰控制是变手动为自动下灰的控制；炉盘转速控制也有手动、自动之分、现代化的控制自然是自动的；下灰量控制是生产当中实现物料平衡的控制也就是生产当中加多少煤，需要排多少灰的问题。这里，首先采用机电一体化自动下灰装置(我们已经成功开发，生产了自动下灰装置)，完成自动下灰(也就是不停炉下灰)。再根据炉内所测气化层温度，炉盘温度，灰仓温度和所测返焦率而认定的系数，自动控制炉盘转速，进而控制了下灰量。目前，就是下灰没有实现自动控制，也能采用炉盘转速的自调，从而控制下灰量。控制系统框图如图二所示：
2.3实现入炉蒸汽压力的前馈补偿及调节
这是一个蒸汽稳压定值调节系统，被调对象是入炉蒸汽压力(工艺要求值)，调节参数是蒸汽流量。目的是永远使入炉蒸汽压力稳定在工艺要求值上，进而对稳定炉况大有好处。控制系统框图如图三所示：
具体控制思想是：蒸汽压力的波动是上吹或下吹阀门开关造成的，即，阀门开蒸汽压力骤降，阀门关蒸汽压力骤升。一般调节方法满足不了这样的调节对象来使被调节参数稳定。因为我们知道上、下吹阀门开关是靠DCS系统给出信号决定的，这样好了，当我们给出上、下吹阀门开关信号时，我们提前一两秒钟把信号给蒸汽压力调节阀，让它按比例提前作开关动作，这就是前馈调节，而后再作PI调节，让蒸汽压力始终稳定在工艺要求值上。控制系统流程如图四所示：
2.4实现入炉蒸汽流量的开环配比控制
这是一个比例调节系统，其被调对象是造气炉的气化层温度，调节参数是稳压后的蒸汽流量(上、下吹调节蝶阀的开度)，使入炉蒸汽流量与气化层温度始终成一定比例，从而提高蒸汽分解率。这样，既达到节能，又使气体成份最佳，还使炉况(气化层温度)减少波动，进而有利于最佳产气，其调节规律如图五所示：
控制系统流程如图六所示：
2.5实现合成氨的氢、氮比自动调节
这是一个特殊的调节系统，调节对象具有“纯滞后时间长；干扰因素多；系统的积分特性强”三大特点。说白了，就是造气工段造出气来最少需要经过1个小时左右时间才能到达合成使用，这体现了纯滞后时间长；气体中间要经过脱硫、变换、压缩等环节才能到达合成这自然体现出干扰因素多，因为它们都要影响半水煤气的质量、数量；合成氨的过程，半水煤气是要打循环的，假如第一个循环下来按比例氢高于氮，那么第二个循环氢更高于氮不能自衡(这是积分特性强的体现)，直至放空。这样既浪费了半水煤气又会使合成系统压力等参数升高造成能源的浪费。所以氢氮比的自调在合成氨生产中尤为重要。
基于上述特点，我们按照模糊控制理论与自适应控制的思路方法，应用神经网络理论使氢氮比控制方案中具有自学习、自组织、自分析、自判断、自适应能力。(控制系统框图如图七所示)，针对生产过程动态变化情况及时修正控制规律，不同情况与不同干扰引起的偏差用不同的控制手段达到稳定H2／N2的目的。目前，凡采用我们这一技术氢氮比的平均合格率≥98%。
2.6 实现炉况智能优化控制
2.6.1炉况优化控制的先决条件
遵循没有测量的控制是盲目的控制。首先创造条件：
其—、炭层实际高度的测量
采用炭层高度自动测量装置，定时测量实际的炭层高度，为炉况优化控制提供准确的炭层高度信号(如图八所示)。我们研制的炭层高度自动测量装置既便是在手动状态，控制系统照样能够接收到真实的炭层高度信号。
其二、灰仓温度测量
方法是把灰斗上面平均分成四块，测量灰仓温度热电偶安装在灰梨对侧靠近炉体一块的中央，垂直或稍向内倾斜(便于维修)，插入深度10～15cm，两个测灰仓热电偶必须对称，插入深度一致(如图九所示)。
其三、气化层温度测量
方法是采用特制热电偶(其保护套管具有耐高温、耐摩擦的特性)，根据习惯的炭层位置，在一侧灰斗的上方炉体上成垂直一条线自上而下测量气化层的上端(干燥层)、中端(气化层)和下端(灰渣层)三点温度。以全面获得气化层的温度
分布参数(如图十所示)。
T1——干燥层温度
T2——气化层温度
T3——灰渣层温度
对于其它参数的获得，如上行温度、下行温度、空层温度、炉篦子温度、蒸汽压力、风压、炉顶压力、炉底压力、入炉蒸汽瞬时流量，以及CO、CO2含量等也很重要，它们的到位，使炉况优化控制实现的先决条件能得到满足。
2.6.2炉况优化控制的具体方法
我们坚持造气生产的“一稳定、两平衡”从而使况最佳、效益最高。
其一、一稳定：
就是气化层位置、气化层厚度、气化层温度要稳定。经分析影响它们的要素是：入炉蒸汽压力，它的升高与降低对炉上、炉下温度的升高与降低的影响不是等比例的。这可造成气化层位置不合理的移动。入炉蒸汽流量，如果上下吹时入炉蒸汽流量发生变化必然要影响气化层位置，这时，如果不该向上移的时候移了会造成反焦高，该移的时候不移，会造成气化层变薄，浪费蒸汽和有效制气时间，影响炉内热量积蓄。备炉的开开停停，能造成其它炉子的蒸汽不稳，影响炉上、炉下温度，影响气化层位置。基于上述分析，我们的控制系统根据上、下吹时的蒸汽压力和上、下行温度的差值调节上、下吹时间，使气化层温度相对稳定，使炉内的显热损失达到最小，使畜热量达到最大，使炭的有效利用率提高，降低白煤消耗，说白了，上下吹时间调整合适可实现一稳定的目的。
其二、两平衡：
一个是物料平衡即加煤与排灰平衡，此平衡看似简单，但在优化控制中起的作用是非常大的。这里给煤时间和炉盘转数是对应平衡的；干燥层和灰渣层是动态平衡的。我们以气化层位置的三个测温点为主要操作控制参数，以上行或空程温度及炭层高度为次要参数，让控制系统来控制给煤时间；以气化层位置的三个测温点为主要操作控制参数，以下行或灰仓温度为次要参数让控制系统来控制炉条机的转数。以上控制的目的就是让气化层的位置始终不变。
其次，在物料平衡中，还有上平衡即加煤平衡、下平衡即排灰平衡。①在炭层高度固定、负荷增加、干燥层温度增加则控制系统增加加煤时间，反之减少加煤时间；②灰渣层温度下降，则增加炉盘转速，反之减小炉盘转速。这里要保证加煤与产灰的平衡，产灰与排灰的平衡。从而也可保证炭层高度的稳定、灰渣层的稳定、气化层的稳定、干燥层的稳定，最终使煤的消耗最小，产气最佳。
另一个是热量平衡
造气生产中，在气化层位置相对稳定的情况下，上、下行温度的变化，主要反映了炉内热量的增加或减少。吹风放热和制气吸热达到平衡时，上、下行温度平行稳定运行；如吹风放热增加制气吸热没有增加，则炉内蓄热量增加，上、下行温度会稳定地都往上升，反之则下降。例如，因为昼夜温差，可使吹风强度夜间比白天大5%。如果制气吸热一定，那么夜间吹风放热是大于白天吹风放热的，炉子的蓄热量夜间是大于白天的。这样，如果以夜间标准操作，那白天就是开太平炉，浪费蒸汽和白煤；如果以白天标准操作，那夜间炉况就易恶化。
基于上述分析，再适当考虑蒸汽的波动，我们找出一个上行温度加下行温度的最佳炉况温度(为设定温度)。如果上行温度加下行温度大于设定温度，控制系统自动减小相应的吹风时间；反之，则增加相应吹风时间。这就自动控制了炉内的热量平衡，从而保证造气炉在最佳控制下稳定经济运行。达到多产气，产好气，低消耗的目的。
2.6.3 智能优化控制实例
烧宁夏煤的宁夏丰友化肥有限公司采用上述各专用控制技术，尤其是炉况智能优化技术以后，炉况稳定(如图十一，丰友公司主要参数记录曲线)，达到最佳生产。如今，七台造气炉，平均单炉发气量都能日产合成氨65吨以上；吨氨煤耗与过去相比下降了20%以上。同时造气实现了全自动化连续生产。
3结语
纵观这些造气专用控制技术：一是来之不易，有的是经过工程技术人员几十年的研究、开发才得以成功；二是这些专用控制技术应用后确实能够解决生产中需要解决的问题，确实能提高产量，确实能够减轻环境污染，确实能够提高企业经济效益和社会经济效益。
当前，在技术进步的年代，间歇式、固定床煤气炉造气生产都应采用这些成熟的专用控制技术，衡量造气技术水平高低，这是主要的方面。不要以为上了造气DCS控制技术，这些专用控制技术都能实现，要看他们有没有成熟的专用控制技术。不然上后，只解决造气程序控制，很有可能造气专用控制技术永远实现不了，所以作为想上造气控制系统的企业一定要慎重，上后，一定把这些专用控制技术措施落到实处，为提高自身效益发挥作用，使造气生产虽然是中国特色但具有世界水平。也就是说，现代工业在发达国家的体现是全自动化，参数控制准确。现在，我们可以说，间歇式、固定床煤气炉的造气生产，如果这些专用控制技术很好实现，那么现代化控制的特点就完全具备，也就具有世界水平了。
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