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EXCEL在新能凤凰气化装置上的应用

时间:2015-10-21 21:06:04  来源:原创  作者:王金龙

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数据处理(多变量下的数据处理)
水煤浆气化中煤浆制备是将煤、水、添加剂按照一定配比研磨,制的高浓度、低粘度、稳定性好、易于泵送的合格水煤浆。煤浆的性能主要控制浓度、粘度、粒度分布等。(1)影响煤浆浓度的因素:原料煤内在水份含量、外表水份含量;原料煤与工艺水、煤浆添加剂的添加比例;原料煤的成浆性能。(2)影响煤浆粘度的因素:煤浆粒度分布,煤浆浓度,添加剂用量。(3)影响煤浆粒度分布的因素:原料煤的硬度,钢棒配比,生产负荷,入磨机原料煤的粒度。
下图为运行初期75%负荷时,用Excel优化添加剂用量的部分数据:

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2  煤、水、添加剂4nM气化网

优化过程:(1)选取煤浆性能控制比较稳定的一段时间(比如一天),每个小时记录一次数据(煤、水、添加剂量),这段时间控制要稳定(只有水做调整),不同时间的数据取平均值,不同时间点的数据除以平均值(归一处理),以时间为横坐标,1左右为竖坐标绘制变化图;(2)图上表明:0-55-1117-24点都需要调整,11-17点是比较合适的数据范围;(3)控制其他的2项不变,调整第三项,找到第三项合适的用量;(4)重复以上操作,直道数据稳定。4nM气化网

Excel在数据处理过程中,通过公式,避免了复杂计算过程,同时可以经行数据的归一操作,也就是某一变量的相对大小,选取大量数据的情况下,可以减小误差,同时消除了某一变量自身变化对结果的影响,使结果更能反应真实情况。归一处理,既可以反应出变化量的相对大小,消除自身波动的影响,也可以反应出调整过程的变化趋势(归一时,基数需要调整)。4nM气化网

理论上,多变量下研究某一因素对结果的影响,需要控制单一变量。在化工生产中,不可能像实验室一样,做所有因素下的数据结果,即使设计交叉试验,也很难做到。利用Excel中的大量函数和强大的运算功能,实现数据调用,完成数据处理,然后进行归一处理,把不同因素放到同一坐标下进行比较,找出单一变量变动时变化趋势,从而确定较小的变化区间,找到合适的配比。4nM气化网

新能凤凰气化车间,根据运行初期75%负荷的数据,找到合适的添加剂配比,预测了95%100%时的添加剂配比用量,添加剂从早期1-2m3/h的用量,到现在已经优化到0.2-0.5m3/h,添加剂减少一半多的用量,节省资金2000-3000/天。4nM气化网

利用Excel,我们还实现了絮凝剂、分散剂的用量优化、钢棒配比优化等,减少了生产成本,提高了公司效益。4nM气化网

2.2统计分析(不同时间的状态模拟)4nM气化网

气化炉排出的灰渣通过充满水的锁斗进行收集,锁斗有关程序控制阀按程序工作,定期将锁斗系统与气化炉系统隔开,进行锁斗排渣操作。受锁斗程序控制的锁斗集渣-排渣循环每小时大致进行两次。锁斗循环大致分为泄压、清洗、排渣、充压、收渣五个阶段,由锁斗程序自动控制,循环时间一般为28分钟,可以根据具体情况进行设定。4nM气化网

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81日,A系统气化装置的锁斗系统排渣时间变长,将变化前后冲洗水罐液位变化趋势放到同一坐标下经行比较:变化前,AB10S左右,BC<30S,冲洗时间约38S;变化后,AB段是18S左右,BC>50S;冲洗时间约70S;确定是BC段(即排渣过程)XV1214前的单向阀故障。82,经拆检,确认为单向阀阀芯问题,将阀芯取走检修后恢复正常。下图中,分别为变化前后的趋势:5f06ac9f401b6cb909869ee98d1e7145.jpg

水平移动的出口组合曲线意味着在累积质量负荷不变的情况下,累积流量的增加,这种情况只能是出口流股新鲜水的增加。为了使出口组合曲线位于进口组合曲线的右侧,而移动出口组合曲线的最小水平距离就是所需的最小新鲜水量。进口组合曲线和出口组合曲线的末端不重叠的水平距离就是最小废水排放量。4nM气化网

水平移动的出口组合曲线意味着在累积质量负荷不变的情况下,累积流量的增加,这种情况只能是出口流股新鲜水的增加。为了使出口组合曲线位于进口组合曲线的右侧,而移动出口组合曲线的最小水平距离就是所需的最小新鲜水量。进口组合曲线和出口组合曲线的末端不重叠的水平距离就是最小废水排放量。4nM气化网

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水平移动的出口组合曲线意味着在累积质量负荷不变的情况下,累积流量的增加,这种情况只能是出口流股新鲜水的增加。为了使出口组合曲线位于进口组合曲线的右侧,而移动出口组合曲线的最小水平距离就是所需的最小新鲜水量。进口组合曲线和出口组合曲线的末端不重叠的水平距离就是最小废水排放量。517507c6c286b96c8915448f43966f35.jpg4nM气化网

利用以上方法,做出操作界面,在输入框中输入数据(浓度、流量,最多可以40个),可以直接得到最小新鲜水、再生水、废水外排量,指导实际操作。
2.5辅助决策
2012年,新能凤凰公司双系统95%负荷安全、稳定、长周期运行,甲醇产量2000-2100t/天,2013年,目标为实现甲醇产量2500t/天,为了论证方案:开双炉或者三炉?
气化车间根据前3年的数据,用Excel编制了主要参数的预测模拟系统:58d75338cde14384f3a318d379dc9a08.jpg
在上图的输入区域输入负荷、氧煤比、煤浆浓度等,可以直接得到需要控制的压力、煤量、煤浆、氧气量、激冷水、气化炉排水、合成气气量、高温变化冷凝液量以及需要控制的废水外排量等数据,以指导实际操作、预测数据等。
经过数据预测的模拟,要实现日产甲醇2500吨,(1)如果采用开双炉,则气化装置主要工艺指标是设计值115%左右,部分数据指标超出装置的承受能力;(2)如果采用开三炉,主要工艺指标为设计值的80%,气化装置将很容易满足;(3)煤浆浓度提高到65%以上,现在已经由60%提高到62%,由于煤种的限制等,磨煤机等煤浆制备的设备已经无法继续提高;现在初步决定在2013年开三炉。
3.小结
新能凤凰(滕州)能源有限公司,尤其气化车间,根据车间实际生产情况,将Excel成功的应用到实际生产,解决了很多实际问题,并取得了不错的成绩。应用Excel进行各种数据的处理、统计分析和辅助决策操作,广泛地应用于化工的领域。相信随着公司的发展,公司在节能减排、系统优化、提高效益等方面也会用到Excel,Excel在公司的应用会越来越多。
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2.3函数计算4nM气化网

水煤浆气化中,煤浆输送过程,煤浆流速过快,则对管道磨蚀加快;流速过慢,则容易沉积、堵塞管道。煤浆流速,一般要求控制在0.6-0.9m/s为宜。4nM气化网

四喷嘴水煤浆气化,为了达到很好的雾化效果,要求氧气出烧嘴时的流速为125-130m/s,由于烧嘴的头部为三通道,外环氧和中心氧的孔道尺寸不好确定,而且运行到后期,孔道磨蚀较严重,因此,一般对管道中的流速做规定,方便计算和流速控制。安全的有关规定,要求高压下,氧气管线的流速应该<15m/s4nM气化网

89fa42f376544108ec1480096db1d9a2.jpg4nM气化网

1)算煤浆流速,截面积:S=π(d/2^2,其中,d是是管道内径;4nM气化网

             煤浆流速:u=V/S     其中,V是体积流量;4nM气化网

2)计算氧气流速,S=π(d/2^24nM气化网

理想气体状态状方程式:4nM气化网

            PV=nRT=m/MRT4nM气化网

            P=mRT/VM=ρRT/M4nM气化网

            ρ=PM/RT4nM气化网

     P       气体压力   kPa4nM气化网

     T       气体温度   K4nM气化网

     M       气体分子量或千摩尔质量  kg/kmol4nM气化网

     R       通用气体常数   8.31kJ/kmol.K4nM气化网

由于控制室看到的的氧气流量(体积流量)为补偿后的数据,计算实际流速,需要先根据以上方程计算实际的氧气流量:4nM气化网

V1=T1/T2*P2/P1*V2,其中,1是实际状态,2为理想状态;4nM气化网

那么,氧气流速:u=V/S4nM气化网

煤浆、氧气的流速计算,对于实际操作有指导意义;特殊情况可以辅助判断事故;另外,管道改造选择配管时,也可以根据流速选择配管的管径等。4nM气化网

2.4水系统优化4nM气化网

以水网络新鲜水用量、再生水用量和废水排放量目标确定为着眼点,运用水夹点技术中绘制累积流量-累积负荷图的原理,建立相应的数学模型;在EXCEL环境下,建立自定义函数,开发自动确定水网络设计目标值的软件。通过输入相关数据可以直接得到最小新鲜水用量、最小再生水用量和最小废水排放量的目标值。4nM气化网

下面介绍MRPD绘图方法:4nM气化网

MRPD方法是以累积流量为横坐标,累积质量负荷为纵坐标绘制曲线,这个曲线每段的斜率为每个流股的浓度。4nM气化网

为了绘制进口和出口组合曲线,第一步就是要使进口和出口的杂质浓度以依次升高的次序排列,然后计算累计流量和累计质量负荷。最后以累计流量和累计质量负荷为横纵坐标绘制流量-质量曲线。4nM气化网

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