袁国勇
（安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳455133）
［摘 要］安阳化学工业集团有限责任公司造气车间24台常压固定床造气炉承担着为安阳永金化工有限公司200 kt/a煤制乙二醇装置供气的任务，当原料煤煤质等发生变化时，操作上具有一定的滞后性，易造成造气炉运行工况不稳定。经与厂家多次交流并进行实地考察，Envieo智能系统可实现造气炉工况自动优化调节与控制，2023年11月—2024年2月安化公司24台造气炉逐步投用Envieo智能系统（全自动化投运率＞95%），通过不断总结系统操作经验并不断实施优化，成功实现了造气炉工况自动寻优与平稳运行，原料煤单耗下降约8.0%、蒸汽单耗下降约15.7%，经济效益良好。本项技改具有风险小、投资小、实施易、效果好、维护简单等特点，适于在业内推广。
［关键词］固定床造气炉；Envieo智能系统；节能增效原理；温度场模型；应用情况；操作经验；效益分析
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）04-0022-04
0 引 言
安阳永金化工有限公司200 kt/a煤制乙二醇装置于2012年12月底投产，装置所需粗煤气由安阳化学工业集团有限责任公司（简称安化公司）造气车间24台常压固定床造气炉供应（这24台造气炉原来为安化公司合成氨装置供气），其中，13#～20#造气炉（8台造气炉）建成投产于2007年11月，21#～36#造气炉（16台造气炉）建成投产于2010年10月。这24台造气炉均为一段式直筒结构，下部为半夹套式水冷壁、上部砌筑耐火砖，内径均为2 800 mm，高度5 400～5 700 mm，单台造气炉设计投煤量40～45 t/d、粗煤气产量4 500～5 000 m3/h；采用专用的七层宝塔形炉箅（为一体化铸钢铆接而成）。
造气炉运行过程中，当原料煤煤质等发生变化时，粗煤气气质变化需要一定的时间，这就会导致操作上具有一定的滞后性，易造成造气炉运行工况不稳定：① 在原料煤组分、热值、粒度、下料量及蒸汽温度/压力、气温等波动的条件下，受操作员经验、操作手法、责任心、反应速度、疲劳程度等的影响，造气炉的上行温度、下行温度、炉条温度、料层高度频繁大幅波动，严重偏离最佳工况点；② 由于火层温度、厚度的大幅波动，偏离最佳温度，导致气化效率下降；③ 由于灰层高度的大幅波动（其表征为炉条温度大幅波动），造成火层频繁上移或下移，导致气化效率降低、蒸汽消耗上升、炉条机易损坏等；④ 由于料层高度、炉内温度场不稳定，易造成煤料结疤、床层阻力不均，床层“吹翻”（即造气炉床层出现风洞、疤块、火层紊乱等现象）概率较高。上述情况均会导致操作员操作强度大、操作手段多，不利于实现操作指标量化管理，造成造气炉工况的进一步不稳定，原料煤与气化剂消耗升高，产气率下降，设备故障率上升。
经与厂家多次交流并进行实地考察，河南新飞纪元节能科技股份有限公司Envieo智能系统（习称炉况自动寻优智能系统）可实现造气炉工况自动优化调节与控制，可适应多煤种（煤质）变化及操作异常的纠正。2023年11月—2024年2月，安化公司造气车间24台造气炉逐步投用Envieo智能系统（全自动化投运率＞95%），成效显著。以下对有关情况作一介绍。
1 Envieo智能系统节能增效原理及温度场模型
1.1 节能增效原理
受原料煤煤质波动等影响，常压固定床造气炉工况波动较大，而Envieo智能系统是优化造气炉炉况的一种先进控制系统（APC，Advanced Process Control），其通过自动寻优、模糊控制、预测控制等高端算法，结合造气炉内气化反应模型和专家系统，合理调整吹风时间、上吹/下吹蒸汽量，实现气化层温度、厚度的优化，从而提高产气率，降低原料煤、蒸汽单耗，减少CO2排放；实际操作中，遵循物料平衡、热量平衡及化学反应平衡这三大平衡。总之，Envieo智能系统是一个复杂系统，其过程受随机因素干扰，具有大惯性、大滞后、多变量、强耦合、非线性的特征，这样的系统，传统基于PID算法的控制是无效的，须采用基于现代数学的先进控制算法。
Envieo智能系统采用了一整套包括自适应自寻优、预测控制、模糊控制、专家系统控制、神经网络及软测量等先进的控制算法，其自适应能力强，可以适应原料煤组分波动、炉况多变、大滞后的过程，控制精度高，跟踪快，满足系统优化控制要求。造气炉可以实现全自动、精确运行并寻优在最佳工况下，实现整体能效的提高。
1.2 炉内温度场模型
造气炉生产中，对于一定规格的原料煤（灰熔点、粒度、热值、固定碳含量、挥发分、灰分等大致一定），在一定的生产负荷下，存在一个使粗煤气生产效率最高的最佳床层厚度分布与温度场分布。应用Envieo智能系统的目标是：① 针对每种规格的原料煤，在一定负荷下，确定最佳的炉内温度场（包括气化层温度与厚度）；② 利用大数据分析技术，确定温度场分布与上行温度、下行温度、水夹套出口温度、炉条机转速的相互关系，称为“炉内温度场模型”；③ 据炉内温度场模型，建立专家系统数据库；④ 基于炉内温度场模型，结合先进控制算法，控制吹风时间、上吹/下吹蒸汽用量和炉条机转速，实现最佳的气化层温度场分布。
现实情况是，原料煤煤质等难免存在波动，如果不及时合理调整造气炉的吹风时间、上吹/下吹蒸汽用量和炉条机转速，会带来气化层温度和厚度等的一系列波动，影响气化效率与系统的稳定运行。Envieo智能系统的应用，可有效解决这些问题。
2Envieo智能系统主要控制功能介绍
Envieo智能系统由温度控制器、进料时间控制器/炭层高度控制器、炉条温度控制器组成。温度控制器的功能是控制上行/下行温度（反映气化层温度及厚度），其操作变量为吹风、上吹、下吹时间；进料时间控制器/炭层高度控制器的操作变量为进料时间；炉条温度控制器（炉条温度反映了灰层厚度）的操作变量为炉条机转速。除以上变量外，Envieo智能系统不操作造气炉的任何其他变量，不会影响DCS/PLC其他变量、回路、联锁的状态。
更多内容详见《中氮肥》2025年第4期