属于煤造气炉的过程控制系统及方法。 目前国内小合成氨厂都是以煤为原料，再通入水蒸气，使之在高温炉的反应室内发生化学反应，生产出半水煤气（即造气），然后经过脱硫、变换、铜洗、合成等工艺制成氨。
间歇反应固定床式造气炉是小合成氨厂的主要设备。这种造气炉的造气过程一般分为五个阶段：吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、吹净。然后按此五个阶段周而复始地循环，每个循环约2.5分钟。这种造气炉造气过程的控制属于非线性多变量的复杂系统，在每个循环的五个阶段中需要控制空气、蒸气、氮气等多个阀门多次的开启与关闭。过程自动控制的任务应当是精确地把造气炉每个循环的蒸气分解率控制到最佳水平。这样才能实现高产、低消耗。
目前国内正采用不同的控制装置及方法对造气过程进行控制。如1986年第一期《化工自动化及仪表》杂志第25至30页所载“合成氨造气工段微机控制系统”，它只能按时间程序控制造气五个阶段。国内其他的控制装置与方法也未能摆脱按时间程序控制。这种控制方法存在的问题是不了解炉内温度信息，造成生产不稳定，蒸气分解率低，因而浪费燃料、原料煤及电力能源。
按照电站直流锅炉原理的西德专利（DE2935771），虽然提供了一套造气炉工艺设备与检测设备相结合的方法。可以实现炉温检测，然而它系统庞大，而且只适用连续式反应，它的控制不适用非常复杂的间歇式反应造气炉。
本发明为实现间歇式造气炉的炉温检测及控制，提供了一套系统及方法，以达到节约能源、稳定生产之目的。结合附图说明本发明。
图1：间歇式造气炉控制系统示意图。1、供液子系统。2、测温子系统、3、过程接口、4、控制器、5、执行器、6、造气炉、7、气化层、10、循环液体、11a、11b输液泵、12、电动阀、13a、13b液体处理器、14、分离沉降箱、15、排污阀、16、液位变送器、17、旁路分流管、18、节流阀、19、逆止阀、20、传感器、21a、21b、21c、21d热电偶、22、供液流量计、23、检漏流量计、24、三通蒸气阀、25、三通放空阀、30、造气控制过程信号接口、31、温度标定信号接口、32、检漏信号接口、33、冷却装置、34、接其他气化炉。
图2：传感器安装示意图。
8、水夹套、9、耐火层、26、金属卡子、27、绝热层、28、塞杆、29、传感器轴向中心孔。
本系统由供液子系统、测温子系统、过程接口、控制器、执行器构成。
供液子系统包括：循环液体、输液泵、电动阀、液体处理器、分离沉降箱、排污阀、液位变送器、旁路分流管、节流阀、供液管、回液管、逆止阀、冷却装置。
循环液体由输液泵抽吸经电动阀进入液体处理器处理，经处理的液体再进入分离沉降箱。它安有液位送变器和排污阀。分离沉降箱由控制器按时间程序控制排污。由输液泵从分离沉降箱中抽出的有一定压力的液体通过旁路分流管上的节流阀分流调压，液体以一定流量由供液管通过供液流量计，再通过保护传感器的三通蒸气阀，进入传感器。传感器里的流动的循环液体捕集，吸收炉内气化层地热幅射、热对流、热传导的平均热量。然后液体由传感器出口流经保护传感器的三通放空阀，再流入检漏流量计，经回液管进入带有冷却水处理器的冷却装置，液体被冷却后经逆止阀进入供液子系统的输入端，输入端由控制器控制自动补给循环液。
旁路分流管及节流阀的作用有两个：一是调节液体流量，保证循环液体在沸点以下工作;二是标定温度，当监视热电偶实测温度与过程接口中的温度指示仪温度出现幅、相偏差值时，调节液体流量，消除偏差。
测温子系统包括：传感器、热电偶，供液、检漏流量计、三通蒸气阀，三通放空阀、循环液体、金属卡子、绝热层、塞杆。
传感器安装在造气炉水夹套内壁垂直受热面上，传感器的引出端穿过炉壁的水夹套部分及其和炉外连接部分被包在绝热层内。绝热层由金属套管抽真空制成。绝热层的作用是防止环境影响测量数据的准确性。传感器入口装有热电偶或其他测温元件、三通蒸气阀和供液流量计;传感器出口装有热电偶或其他测温元件、检漏流量计和三通放空阀。沿造气炉水夹套园周上方耐火层内任意点埋有至少两个热电偶或其他测温元件。传感器轴向中心孔插入塞杆。
循环液体经传感器后由传感器出入口热电偶测得的温差信号与供液流量计测得的流量信号输入过程接口。
当煤种或其他条件变化而使换热系数发生变化时，传感器轴向中心孔内的塞杆取出，插-热电偶或其他测温元件，随时测定气化层的实际温度，用此标定，如实测温度与过程接口输出至x-y函数仪及指示仪的显示温度有幅偏与相偏时，可调节旁路分流管的节流阀，消除偏差，最后将节流阀锁住。标定结束后，及时将热电偶取出，然后在传感器轴向中心孔处塞上塞杆。
当系统电源故障造成停液，供液流量计将此信号输入至控制器，控制器指令三通放空阀和三通蒸气阀动作。把蒸气注入传感器作冷剂，得以保护传感器。
传感器出入口流量信号输入至过程接口时，当出入口流量出现差值，过程接口接此信号经转换输入控制器报警泄漏。
当气化层位置出现“烧偏”时，埋在耐火层中的两个热电偶把此“烧偏”信号输入至控制器，启动程序的相关指令报警烧偏方位。
造气炉的生产条件要求传感器长期连续在线工作而不损坏外，一是要求测温子系统必须具备高传感速度的理想时间常数;二是要求传感器能适应频繁的大幅度变温应力。第一个要求，控制节流阀可以满足测温时间常数小于等于1秒;第二个要求由传感器的形状和固定方式满足。传感器由金属管在平面内绕成螺旋形或其他适应变温应力的加热面形状，在传感器的径向平面内通过金属卡子将其固定在水夹套内壁上。
过程接口包括：温度标定信号接口、造气控制过程信号接口、检漏信号接口。
温差信号及液体流量信号输入至造气控制过程接口经过信号的放大，模拟运算，转换成五个关键值的开关量输入至控制器去控制造气过程的五个阶段;同时温差信号及液体流量信号输入至温度标定信号接口经模拟运算后转换成与气化层温度成比例的测定值，送至指示仪和x-y函数仪做被标定值;输入至循环液体检漏信号接口的流量差信号转换成一个开关量，将此开关量输入至控制器。由控制器报警泄漏。
控制器把过程接口输入的各个信号分别经与编制的程序中的设定规律作对比运算。用对比的偏差值控制执行器阀门，完成造气过程的控制。控制器可实现多台造气炉的控制。它可以是数字式计算机。
本发明应用热量测温法的原理。利用传感器中的液体介质将气化层的反应热迅速传到炉外再作检测与数据处理，检测与处理结果作为对炉内造气控制过程的依据。温度信号和流量信号输入至过程接口进行转换，再将转换信号输入至控制器，后者将输入数据与予先编制的程序中的气化层温度设定值作对比运算。设定的最大值是根据燃料的灰熔点确定的。用对比的偏差值去控制气化层温度，因而不可能发生结焦事故，这也是本发明特点之一。过程接口将偏差信号输给控制器及时启动程序中的相应指令，加快造气过程响应及时随机地控制住超调量，达到每个造气周期的分解率最佳。
本发明根据热量测温法原理，把炉内各个阶段产生的热量，通过测温元件及流量计将信号送入过程接口。经转换后的信号送入按程序的各个指令使各执行器动作，去控制气化层温度动态与反应热成比例的急剧变动的热量。迫使气化层温度的变动紧紧跟踪我们设定的变化规律，实现了根据气化层温度变化来控制造气过程的设想。上述控制过程虽然发生在时间里，但并非以时间为准则，而是以发生在该时间的空间状态为准则。这是本方法与按时间程序控制的开环系统的根本区别。
本发明的测温时间常数很理想，这样对气化层温度急剧变化控制有利，气化层的温度在每个瞬间都在变动，测温部分如果反应传递速度不够。如果测得的温度信号的一次谐波滞后相位差已大到不能同步跟踪气化层温度的急剧变动，那么就失去了按此方法测温的意义。
用本发明系统及方法的意义在于实现了按气化层温度信息控制造气过程，其节能效益是比较大的，按2万吨/年的合成氨厂计算，每年最低节约25万元。
本系统的实施例，见图1。间歇反应式固定床造气炉的直径φ2.26米。
测温子系统中传感器φ10×1由18-8型奥氏标准级不锈钢管6.5米制成φ600毫米的平面螺旋形，可安一个，也可多个。用25-20不锈钢制成梳型卡子将其焊接固定在水夹套内壁上，造气炉水夹套壁通过传感器引出部分开孔φ80mm，传感器出入口引出端由双金属管抽真空做成的绝热层绝热。测温元件均为标准热电偶，分别装在传感器出入口、轴向中心孔和埋在气化层园周上方耐火层中，两个流量计均为LZS型电动转子流量变送器，分别装在传感器出入口。传感器轴向中心孔有内螺纹，平时用带螺纹的塞杆拧紧，标定炉内温度时将塞杆拿出插上电偶标定。三通蒸气阀，三通放空阀为标准电磁阀。
供液子系统中的液体是水。液体处理器为分布式电磁型水处理器，每小时处理水1.5吨。分离沉降箱容纳常压水2吨，它有自循环控制装置，通过控制器控制该箱上的水位变送器和排污阀来实现。输液泵为CB-B25型齿轮泵，供液子系统的阀门都为标准型。冷却装置为换热面积4平方米的卧式换热器，壳程冷却水入口泵前，安有电磁型水处理器。
过程接口由三部分组成。温度标定信号接口有输入口，温度压力补偿电路，热量计算电路、x-y函数仪及温度指示仪;造气过程控制接口的输入接口、温度压力补偿电路、热量计算电路与温度标定信号接口共用一个，再加上五个触发电路;栓漏信号接口由加法电路和一个触发电路构成。
控制器部分由MODICON-84计算机构成。
执行器由10个2CLF-25型电磁阀构成。