[发明专利]水煤浆气化装置黑水氯根浓度的软测量及优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源工业和化学工程领域中一种软测量方法。具体而言，是水煤浆气化装置黑水排放中氯根浓度的软测量及黑水排放优化控制方法。

背景技术

煤炭是世界上储藏最丰富的化石燃料，我国是以煤为主要能源的国家，实现煤炭高效洁净综合利用对国民经济发展、生态环境保护具有重要意义。煤气化技术是一种实现煤炭清洁利用的重要方法。我国气流床煤气化在“十五”前期，全部被美国GE气化技术(原Texaco技术)所垄断。在国家科技计划支持下，具有我国自主知识产权的水煤浆气化技术也取得了重大突破并得到了成功推广。

典型水煤浆气化技术的工艺流程如图1所示，来自煤浆槽的水煤浆S₁经工艺喷嘴进入气化炉1，氯由此进入系统。煤在气化炉燃烧室内发生反应后，生成的粗合成气、熔渣及未完全反应的碳，通过燃烧室下部的渣口与洗涤冷却水沿洗涤冷却管并流向下，进入气化炉洗涤冷却室。煤中氯转化为氯化氢HCl，全部溶于水中，通过黑水流向后续工段。粗合成气S₂被冷却后，由洗涤冷却室上部空间出气化炉，经过混合器、旋风分离器、水洗塔2洗涤除尘后送净化系统。水洗塔中部含固量较低的洗涤黑水S₄作为激冷水送入汽化炉洗涤冷却室。从气化炉、旋风分离器、水洗塔出来的三股黑水减压后进入蒸发热水塔3蒸发室。在蒸发热水塔蒸发室内发生闪蒸，水蒸汽及部分溶解在黑水中的酸性气体二氧化碳CO₂、硫化氢H₂S等被闪蒸出来。通过上升管进入蒸发热水塔上部热水室，与来自灰水槽的循环灰水S₉直接接触，低压灰水被加热，经高温热水泵提压到5.2MPa返回水洗塔作为洗涤水S₆。经换热后未冷凝的闪蒸气体进一步冷却和气液分离，酸性气体排放至火炬燃烧排放。在蒸发热水塔蒸发室初步浓缩后的黑水S₇进入真空闪蒸器，进行真空闪蒸，闪蒸后的气体经真空闪蒸冷却器换热降温，分离后排入大气。再次浓缩后的黑水通过静态混合器与絮凝剂混合后进入澄清槽，澄清后的灰水溢流至灰水槽4。从灰水槽出来的黑水一路作为循环灰水返回蒸发热水塔，一路送废水处理装置处理后外排S₁₀。物流S₄、S₆、S₉构成了系统内的水循环，使氯根Cl^-在系统内富集。去废水处理黑水将系统中的氯根排出系统。S₈为加入灰水槽的补充水，用于稀释排放黑水中的氯根浓度。

煤中含有硫、氮、氯等对生态环境有严重危害的杂质，其中氯是微量元素。煤在高温燃烧或热解过程中，煤中氯化合物将发生分解和转化，大部分以氯化氢HCl的形式析出，造成大气污染和生态环境的破坏。虽然其数量相对于硫和氮的污染物来说很少，但氯化氢会在气化炉激冷室中溶于水中，并进入系统，酸性气体可以通过后续工段的闪蒸、汽提操作除去，而氯根Cl^-则会通过水循环在系统中富集起来。一定浓度的氯根会对管道、塔、闪蒸器等设备产生较强的腐蚀作用，因此检测和控制系统中的氯根含量对延长设备寿命，降低设备和维修费用至关重要。

水煤浆气化过程中氯根浓度的实时检测一直是瓶颈难题。现有的氯根检测方法是人工检测分析，即每24小时在氯根检测点5抽取样品，通过仪器分析出氯根浓度，然后根据氯根浓度调节去废水处理黑水的排放量，从而控制系统中的氯根含量。这种测量方法只能测出某一时刻的氯根浓度，无法得到系统实时的氯根浓度，而且每24小时才检测一次，时间间隔太长，如果在两次测量之间氯根浓度发生较大的变化也无法发现，长期如此对设备的腐蚀将会十分严重。因此，控制黑水排放中氯根浓度在环保允许的范围内，是对水资源消耗和环保的双重考虑。

发明内容

本发明在分析水煤浆气化技术工艺流程的基础上，提出了采用若干个可测的过程状态辅助变量来软测量水煤浆气化反应过程中氯根浓度的软测量方法，即通过辅助变量的实际工业装置运行数据，建立能表征黑水排放中氯根浓度的软测量模型，并采集实时工业运行数据，将其输入所建立的软测量模型中，从而能够及时准确地软测量氯根浓度，同时，根据软测量模型，可以对黑水排放进行优化控制，以满足氯根浓度的排放环保要求与节水要求。

本发明要解决的技术问题是提供一种水煤浆气化反应过程中氯根浓度的软测量方及黑水排放优化控制方法，实现氯根浓度的在线实时软测量及优化运行操作。

本发明的技术方案如下：