气化炉是煤制天然气工艺中的关键设备。目前，碎煤加压气化炉应用广泛。其优点是：自热工艺，所需热量由煤部分燃烧提供；加压有利于提高气化炉的反应效率。废热锅炉是气化炉不可缺少的一部分。气化炉产生的粗气体含有大量的煤、灰、焦油等杂质。离开气化炉后，进入洗涤冷却器，然后进入废热锅炉进行废热利用和进一步清洗。洗涤中使用的介质为气水，通过废热锅炉底部与洗涤冷却器之间的循环泵循环，通过废热锅炉底部的管道排出含有灰尘和冷凝焦油的气水。因此，需要不断补充洗涤中使用的高压气水，以保持废热锅炉底部的液位。洗涤后的粗气从顶部离开废热锅炉，然后通过气液分离器分离，进入下一个边界区域。气液分离器产生的气水回收废热锅炉。
1 工艺介绍
图1显示了煤制天然气工程气化炉废热锅炉的工艺流程图。气化炉正常运行时，废热锅炉底部的液位应控制在合理范围内。当液位过高时，粗气进入废热锅炉的阻力增加，粗气中含有大量水蒸气；当液位过低时，进入废热锅炉的粗气温为181℃废热锅炉的正常运行温度约为161~175℃之间，液位过低将会使废热锅炉运行于较高温度下，对设备造成损坏。因此，在废热锅炉下部设计了调节阀，以实现液位的自动控制。
气化炉废热锅炉工艺流程图1
在气化炉运行过程中，煤粉、灰、焦油积聚在废热锅炉中，会造成废热锅炉底部堵塞，导致废热锅炉底部液位增加，当超过粗气孔时，会导致进气阻力显著增加，导致洗涤冷却器出口温度升高，影响粗气和气水的正常运行，为防止上述情况，需要设置自动反冲洗装置，定期反冲洗，反冲洗将沉积在废热锅炉中的杂质与气水充分混合，通过底部管道排出废热锅炉。工艺控制的困难包括：
a.反冲洗顺序控制和液位自动控制两种策略作用时间的分配，相互切换时干扰设计。根据上述工艺要求，反冲洗顺序控制为周期循环控制，防止阀门和管道堵塞，但气化炉处于正常状态，始终投入废热锅炉液位的自动控制。
b.反冲洗顺序控制是一个自动、无人工操作的过程，必须严格按照工艺要求和反冲洗步骤进行设计，并考虑顺序控制过程中的各种事故。
c.反冲洗顺序控制时，废热锅炉只有进水，无排水，液位变化明显，调节阀液位自动控制必须具有较高的调节质量。
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2 解决方案
针对上述的某煤制天然气项目废热锅炉底部液位自动控制由PID通过现场双法兰差压液位计检测液位，然后根据调节阀的特点设置合理的液位PID参数，以获得最佳的调。反冲洗顺序由程序控制，具体程序流程如图2所示。
图2
当废热锅炉正常运行时，CH038阀门和底部调节阀打开，排出含杂质的废热锅炉。当粗气出洗涤冷却器温度超过一定值时，不允许投入反冲洗程序控制，但可手动反冲洗。如果废热锅炉堵塞，需要到现场疏浚。只有当粗气出洗涤冷却器温度低于一定值时，才允许投入反冲洗程序控制。具体操作如下：首先单击A点击S程序控制开始，自动关闭CH038阀门，打开CH039阀，使高压气水反冲废热锅炉底部，操作人员可根据工况变化手动设置底部调节阀的峰值、谷值、长度和周期，使高压气水具有一定的冲击力，将沉积的杂质与气水混合，达到反冲洗的目的。反冲洗后，关闭CH039阀门，打开CH038阀门，底部调节阀恢复到程序控制投入前的状态。程序控制反冲洗间隔计时。在达到间隔计时的设定值后，反冲洗程序控制将自动投入。如果程序控制执行时阀门未打开或关闭，程序控制将自动退出，以确保设备处于安全状态，并发送报警信息。反冲洗屏幕的下部是底部调节阀开度的实时趋势，方便操作人员观察程序控制的状态。此外，根据实际情况，操作人员可以随时点击M程序控制可以切除。
两种控制策略都作用于底部调节阀。废热锅炉的反冲洗程序控制为循环运行。除反冲洗运行时间外，其他时间均为液位自动控制。作者设计的解决方案如图3所示。
图3底部调节阀控制方案
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当液位自动控制切换到反冲洗程序控制时，控制程序发出指令，使程序控制开始工作，调整阀接收程序控制指令并改变开度。此时，液位PID控制仍处于自动状态，但不影响阀门，PID当反冲洗程序控制切换到液位自动控制时，控制程序发出另一个指令，阀门开度立即返回PID保持的开度值、液位PID控制立即恢复，调整阀门控制液位，反冲洗程序控制不控制阀门，进入反冲洗间隔计时，等待下一个程序控制的执行，但在间隔计时过程中，反冲洗程序控制始终跟踪液位PID控制输出。
通过上述方案设计，实现两种控制策略的时间分配和无干扰切换。由于反冲洗程序控制的作用，高压喷射气水只进入废热锅炉，但无出口排放，程序控制后液位将大幅上升，因此根据调节阀的特点设置最佳液位自动控制PID实现液位控制的快速性、稳定性和准确性。
3 应用效果
将作者设计的控制方案投入实际工程，需要逐步投入调试控制方案，实现液位PID最优化控制参数，完善程序控制，最终在实际工程中得到有效应用。
3.自动控制1 液位
为了实现底部调节阀对液位的自动控制，需要对液位进行控制PID调试和优化控制器的参数，以获得最佳的调整质量。
当P=2、I=60s当液位设定值从55%下降到50%时，控制的超调量为2.78%，稳定时间为300s，如图4所示a所示；当时液位设定值由55%降至50%，控制的超调量为3%，稳定时间为147s，如图4所示b所示。
图4液位控制效果
通过对上述两种不同参数下的控制效果图的比较，当参数为第二种情况时，液位控制的超调量变化不大，液位快速稳定，控制质量最好。
3.2 反冲洗程序控制
当反冲洗程序控制单独投入使用时，程序控制屏幕中的所有参数都由操作人员根据实际情况设置。反冲洗程序控制涉及三个阀门的状态：CH038阀、CH039阀按程序打开和关闭；底部调节阀按设定的参数脉动。反冲洗程序控制完全满足了反冲洗控制过程的要求。
3.3 液位自动控制与反冲程序控制的联合作用
经过液位PID控制和反冲洗程序控制单独调试后，结合两者，共同投入现场设备控制，根据实际控制效果继续优化和提高调整质量。当反冲洗程序控制退出时，液位PID控制立即恢复，液位分别上升4.41%和8.54%，但通过PID分别通过49和200控制s，调整液位稳定。因此，可以得出结论：无论废热锅炉在什么工况下运行，作者设计的控制方案都能成功完成反冲洗控制，快速调整稳定液位，取得良好的控制效果。
4 结束语
根据控制方案的实际应用效果图，我们可以看到作者设计的控制方案：液位PID控制和反冲洗程序控制自动、无扰切换，大大降低了操作人员的工作量；液位PID控制质量高，反冲洗程序控制操作简单，参数修改方便，完全按工艺要求控制。作者设计的控制方案不仅解决了操作控制的困难，而且实现了工艺要求，取得了满意的效果。
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