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關(guān)鍵詞：煤氣化合成氨；智能化轉(zhuǎn)型；氣化爐；先進(jìn)過程控制；實(shí)時優(yōu)化

1　行業(yè)背景與發(fā)展趨勢

煤氣化和合成氨工藝作為現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，其智能化轉(zhuǎn)型正引領(lǐng)全球流程工業(yè)數(shù)字化變革。當(dāng)前，中國合成氨產(chǎn)能已占全球總量的32%，其中70%依賴煤氣化技術(shù)路線，形成了較完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系。然而，行業(yè)整體面臨自動化率不足60%、能源利用效率低、碳排放強(qiáng)度高等共性難題，與國家“雙碳”戰(zhàn)略和智能制造目標(biāo)存在明顯差距。

氣化爐作為煤氣化工藝的關(guān)鍵裝備，具有多變量強(qiáng)耦合、大慣性滯后、非線性時變等復(fù)雜動態(tài)特性，傳統(tǒng)PID控制難以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控。同時，合成氨工藝對氫氮比、能量梯級利用的嚴(yán)苛要求，使得整個生產(chǎn)過程對控制精度和穩(wěn)定性提出了極高挑戰(zhàn)。

云南某煤化工公司聯(lián)合和利時通過以機(jī)理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動的深度融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氣化爐溫度、氧煤比等關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)控制，降低了噸氨煤耗，提升了碳轉(zhuǎn)化率。行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)實(shí)踐證明，融合機(jī)理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動的APC+RTO系統(tǒng)可減少80%以上的人工操作頻次，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤超萬噸，為煤氣化合成氨行業(yè)的高效、綠色、安全運(yùn)行提供了重要技術(shù)支撐。在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與智能制造升級的雙重驅(qū)動下，通過攻克多變量解耦、大滯后、抗擾動控制等核心技術(shù)，煤氣化合成氨裝置APC優(yōu)化控制系統(tǒng)應(yīng)用已從可選技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楸剡x戰(zhàn)略，整個行業(yè)正朝著“無人干預(yù)操作、效率深度優(yōu)化”的目標(biāo)加速邁進(jìn)，為流程工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型樹立了重要實(shí)踐典范。

2　創(chuàng)新解決方案

云南某煤化工50萬噸/年煤氣化和合成氨裝置，包含了煤氣化裝置、變換裝置、低溫甲醇洗裝置、液氮洗裝置及氨合成裝置，涵蓋了整個煤制合成氨全流程，在自動化控制過程中屬于典型的強(qiáng)耦合、非線性、時變、大滯后和多變量耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，面臨煤氣化、合成裝置各關(guān)鍵工藝指標(biāo)波動大、能耗偏高等行業(yè)共性難題。基于提升裝置綜合自動化水平、穩(wěn)定工藝指標(biāo)、確保裝置運(yùn)行安全的戰(zhàn)略目標(biāo)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在和利時AI智能技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)實(shí)施了融合氣化爐機(jī)理模型、APC先進(jìn)控制和RTO實(shí)時優(yōu)化的智能控制系統(tǒng)，構(gòu)建了煤化工行業(yè)首個全流程一體化智能優(yōu)化平臺。該平臺通過實(shí)現(xiàn)裝置精細(xì)化控制，降低生產(chǎn)操作強(qiáng)度，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效創(chuàng)造條件。

2.1　氣化爐機(jī)理模型建模

本項(xiàng)目首次在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了氣化爐機(jī)理模型在APC平臺上的模塊化部署與運(yùn)行，突破了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動模型無法準(zhǔn)確描述復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的技術(shù)瓶頸。氣化爐機(jī)理模型基于第一性原理，綜合考慮原料煤的工業(yè)分析、元素分析、粗煤氣組分含量、小室蒸汽產(chǎn)量、熱力參數(shù)等多維度信息，構(gòu)建了包含熱力學(xué)模型（化學(xué)反應(yīng)平衡、質(zhì)量/元素平衡、熱平衡、吉布斯自由能最小化）和動力學(xué)模型（熱解、氣相反應(yīng)、焦炭氣化、熱平衡、質(zhì)量平衡）的復(fù)合系統(tǒng)。

該模型通過融合氣化爐壁面換熱模型和煤元素守恒模型，并充分利用氣化爐生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵守恒關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對氣化爐出口有效組分、產(chǎn)率、碳轉(zhuǎn)化率和合成氣溫度分布的高精度預(yù)測，為實(shí)時優(yōu)化和控制提供了可靠的理論基礎(chǔ)。尤其是氣化爐溫度軟儀表的成功開發(fā)，解決了爐膛溫度難以直接測量的行業(yè)難題，為氣化爐安全高效運(yùn)行提供了關(guān)鍵技術(shù)保障。氣化爐機(jī)理模型計算流程如圖1所示。

圖1 氣化爐機(jī)理模型計算流程圖

該模型是融合了氣化爐機(jī)理模型、壁面換熱模型、煤元素守恒模型后的綜合模型，它充分利用氣化爐生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵守恒關(guān)系，從第一性原理出發(fā)，利用可測信息，獲得氣化爐的出口有效組分、產(chǎn)率、碳轉(zhuǎn)化比例和合成氣的溫度分布，從而有效指導(dǎo)實(shí)時優(yōu)化方向及實(shí)時控制。氣化爐溫度軟儀表DCS界面如圖2所示。

圖2 氣化爐溫度軟儀表DCS界面圖

2.2　PID參數(shù)整定優(yōu)化

針對傳統(tǒng)PID參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)依賴強(qiáng)、效果不穩(wěn)定的行業(yè)痛點(diǎn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于大數(shù)據(jù)分析和專家技術(shù)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的PID參數(shù)智能整定系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專有自適應(yīng)整定算法，綜合考慮過程動態(tài)特性、擾動特征、控制目標(biāo)等多維因素，實(shí)現(xiàn)了PID參數(shù)的精確整定與實(shí)時調(diào)優(yōu)。

通過PID參數(shù)自整定軟件與專業(yè)技術(shù)工程師協(xié)同優(yōu)化的創(chuàng)新模式，充分融合AI大數(shù)據(jù)處理能力與專家經(jīng)驗(yàn)知識，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對裝置內(nèi)數(shù)百個控制回路進(jìn)行了系統(tǒng)性優(yōu)化，顯著提高了控制精度和抗擾動能力。優(yōu)化后的PID控制系統(tǒng)為后續(xù)APC高級控制奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了從“基礎(chǔ)控制優(yōu)化”到“高級控制增效”的平滑過渡。PID參數(shù)自整定前后效果對比圖如圖3所示。

圖3 PID參數(shù)自整定前后效果對比圖

2.3　APC多變量預(yù)測控制優(yōu)化

本項(xiàng)目APC系統(tǒng)覆蓋了合成氨裝置全流程的關(guān)鍵工藝單元，包括磨煤單元、液氮洗尾氣催化燃燒單元、氣化單元、氮?dú)庀到y(tǒng)、變換單元、低溫甲醇洗單元、液氮洗單元和合成冷凍單元。系統(tǒng)采用模型預(yù)測控制（MPC）算法，通過識別工藝過程的動態(tài)模型，預(yù)測未來輸出變量的動態(tài)行為，并在滿足各種約束條件下求解最優(yōu)控制序列。

APC系統(tǒng)基于OPC通訊架構(gòu)與DCS系統(tǒng)無縫集成，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效采集與控制指令的精準(zhǔn)執(zhí)行。MPC控制器根據(jù)各單元的被控量、控制量和擾動量對象特性進(jìn)行專門設(shè)計，形成了全流程一體化的智能控制網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)還配備了友好的人機(jī)交互界面，使操作人員能夠直觀監(jiān)控APC運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行必要的參數(shù)調(diào)整，確保系統(tǒng)長期有效運(yùn)行，并為客戶團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)先進(jìn)控制工程師提供了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在DCS系統(tǒng)中組態(tài)的APC優(yōu)化控制操作界面如圖4、圖5所示。

圖4 DCS系統(tǒng)APC控制器操作界面圖

圖5 APC投用前后效果對比圖

2.4　APC+RTO優(yōu)化應(yīng)用

針對煤氣化裝置在不同煤種工況下的適應(yīng)性問題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于機(jī)理模型的RTO實(shí)時優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了裝置操作條件和關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時調(diào)優(yōu)。該系統(tǒng)能夠在離線模式下，通過調(diào)用優(yōu)化算法，基于氣化爐的反應(yīng)狀態(tài)尋找系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)工作點(diǎn)，為反應(yīng)溫度、小室蒸汽產(chǎn)量、CH₄含量、CO₂含量等關(guān)鍵參數(shù)提供優(yōu)化推薦值。

在線運(yùn)行模式下，RTO系統(tǒng)基于工藝先驗(yàn)知識和守恒關(guān)系，實(shí)時估算未測量的物性和內(nèi)部狀態(tài)，迭代計算得到系統(tǒng)最優(yōu)工作點(diǎn)，并將優(yōu)化后的目標(biāo)設(shè)定值傳遞給APC系統(tǒng)，形成了“感知—決策—執(zhí)行”的閉環(huán)優(yōu)化控制鏈條。系統(tǒng)以合成氨裝置產(chǎn)量為基準(zhǔn)，通過RTO調(diào)整氣化爐負(fù)荷、空分氧氣負(fù)荷和氮?dú)庳?fù)荷，實(shí)現(xiàn)了合成氨全流程的協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行，從而保證整個合成氨裝置的產(chǎn)量穩(wěn)定。機(jī)理模型RTO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

圖6 機(jī)理模型RTO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在不同的煤種變化，灰分、灰熔點(diǎn)及煤灰黏溫特性發(fā)生改變后，氣化的渣層厚度發(fā)生改變，氣化爐的小室蒸汽也發(fā)生改變。在不同煤種切換時，系統(tǒng)能夠?qū)崟r感知煤特性、灰分、灰熔點(diǎn)等關(guān)鍵參數(shù)的變化，自動調(diào)整優(yōu)化策略，確保在煤質(zhì)波動條件下仍能保持裝置的穩(wěn)定高效運(yùn)行。系統(tǒng)對氣化爐渣層厚度和小室蒸汽產(chǎn)量的精準(zhǔn)控制，解決了煤種變化導(dǎo)致的工況波動問題，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)多煤種柔性生產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。

圖7 RTO軟件展示界面圖

3　項(xiàng)目創(chuàng)新性、重難點(diǎn)分析

3.1　創(chuàng)新性貢獻(xiàn)

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)煤氣化與合成裝置的技術(shù)創(chuàng)新和突破。

（1）機(jī)理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動的創(chuàng)新深度融合

在RTO+APC平臺上實(shí)現(xiàn)氣化爐機(jī)理模型的模塊化搭建，突破了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動模型在復(fù)雜化學(xué)工藝過程中的適用性局限，為煤化工裝置精準(zhǔn)控制提供了全新技術(shù)路徑。

（2）智能控制架構(gòu)

圍繞氣化爐及上下游裝置，構(gòu)建了“PID基礎(chǔ)控制—APC先進(jìn)控制—RTO實(shí)時優(yōu)化”的三層控制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從局部控制到全局優(yōu)化的跨越，為相關(guān)流程工業(yè)智能制造提供了系統(tǒng)性解決方案。

（3）煤氣化全流程一體化優(yōu)化

基于對整個合成氨裝置的系統(tǒng)分析，突破了傳統(tǒng)單元級優(yōu)化的局限，實(shí)現(xiàn)了以產(chǎn)量為基準(zhǔn)的全流程協(xié)同優(yōu)化，顯著提升了系統(tǒng)整體效能。通過融合氣化爐壁面換熱模型和煤元素守恒模型，構(gòu)建了完整的氣化爐綜合模型，實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜反應(yīng)過程的精確描述，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)空白。

（4）自適應(yīng)長效優(yōu)化

開發(fā)了能夠適應(yīng)煤種變化的自適應(yīng)優(yōu)化算法，解決了煤質(zhì)波動導(dǎo)致的工況不穩(wěn)定問題，為企業(yè)多煤種柔性生產(chǎn)提供了技術(shù)保障。針對RTO和APC系統(tǒng)長期維護(hù)困難的痛點(diǎn)，本項(xiàng)目將影響機(jī)理模型預(yù)測精度的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行直觀展示，允許用戶在線實(shí)時調(diào)整。在長期運(yùn)行過程中，用戶可根據(jù)精準(zhǔn)的煤質(zhì)化驗(yàn)分析結(jié)果對參數(shù)進(jìn)行動態(tài)修正，不斷優(yōu)化和提升智能控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果，確保生產(chǎn)過程持續(xù)穩(wěn)定高效。

3.2　重難點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)

APC優(yōu)化控制系統(tǒng)在煤氣化和合成氨裝置中的應(yīng)用面臨一系列挑戰(zhàn)，主要包括：復(fù)雜的工藝動態(tài)和建模難度；數(shù)據(jù)采集與處理的不確定性；多變量控制和優(yōu)化的難點(diǎn)；系統(tǒng)穩(wěn)定性、魯棒性與擾動處理；經(jīng)濟(jì)效益的綜合考慮。這些挑戰(zhàn)要求APC系統(tǒng)不僅要具備高度的智能化，還需要在設(shè)計和實(shí)施過程中靈活應(yīng)對工藝的復(fù)雜性和不確定性。

（1）復(fù)雜的工藝流程和動態(tài)特性：煤氣化過程涉及多相反應(yīng)、復(fù)雜傳質(zhì)傳熱，包括多個復(fù)雜的反應(yīng)和物理過程，如煤的燃燒、氣化、還原反應(yīng)等，且涉及多個氣體成分和化學(xué)反應(yīng)的非線性動態(tài)。這種復(fù)雜性使得常規(guī)控制策略難以有效應(yīng)對。合成氨生產(chǎn)通常需要高溫高壓條件，涉及多個反應(yīng)器、回收裝置和冷卻系統(tǒng)。各個設(shè)備的操作條件、反應(yīng)動力學(xué)以及物料流動特性都非常復(fù)雜。

（2）建模與數(shù)據(jù)獲取：煤氣化過程中的反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，涉及大量的物質(zhì)傳遞、熱交換、化學(xué)反應(yīng)等，因此需要精確的物理化學(xué)模型進(jìn)行描述。而這些模型往往難以準(zhǔn)確建立，特別是當(dāng)工藝中的反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜或者難以直接測量時。APC需要精確的實(shí)時數(shù)據(jù)（如溫度、壓力、流量、氣體成分等）來驅(qū)動優(yōu)化控制。在煤氣化和合成氨過程中，部分關(guān)鍵參數(shù)難以直接測量或傳感器精度不足，數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和時效性成為瓶頸。

（3）多變量控制器設(shè)計和優(yōu)化：煤氣化和合成氨過程通常涉及多個相關(guān)的變量，且這些變量之間存在強(qiáng)烈的相互作用。APC需要考慮多輸入多輸出系統(tǒng)的控制問題，這對控制器設(shè)計提出了較高要求。在煤氣化和合成氨生產(chǎn)中，目標(biāo)通常是提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗、保證產(chǎn)品質(zhì)量等。如何在滿足多種約束條件下（如設(shè)備安全、環(huán)境排放限制等）進(jìn)行全局優(yōu)化，是一個復(fù)雜的任務(wù)。

（4）系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性：煤氣化和合成氨過程中，常常會遇到來自原料質(zhì)量、設(shè)備故障、外部環(huán)境等方面的擾動。APC控制系統(tǒng)需要具備一定的魯棒性，能夠在這些擾動下保持穩(wěn)定，并避免過度調(diào)整或系統(tǒng)失控。由于工藝系統(tǒng)中存在復(fù)雜的非線性動態(tài)，如何確保在各種擾動和不確定性條件下，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行是設(shè)計中的重要問題。

3.3　系統(tǒng)安全性設(shè)計

APC優(yōu)化控制系統(tǒng)在煤氣化和合成氨裝置上的應(yīng)用，通過精準(zhǔn)控制、異常預(yù)警、擾動抑制等多重機(jī)制，顯著提升了工藝、設(shè)備和操作的安全性。同時，其多層次的安全設(shè)計和智能化功能，為裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅實(shí)保障。

（1）DCS與APC無擾動切換，APC系統(tǒng)與底層DCS系統(tǒng)深度集成，確保在APC故障時快速切換至DCS控制，保障裝置連續(xù)運(yùn)行。

（2）APC系統(tǒng)采用工業(yè)級加密協(xié)議，確保工藝數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性。

（3）APC系統(tǒng)具備自診斷功能，可實(shí)時識別工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）、軟件和設(shè)備異常，并自動切換到DCS系統(tǒng)控制。

（4）APC系統(tǒng)當(dāng)檢測到關(guān)鍵工藝參數(shù)嚴(yán)重異常（如氣化爐溫度超限、氧煤比失控）時，可自動觸發(fā)DCS系統(tǒng)報警，提醒操作人員避免事故發(fā)生。

（5）APC系統(tǒng)計算輸出限幅保護(hù)，實(shí)時檢測APC計算值與DCS當(dāng)前值偏差，并約束APC調(diào)節(jié)幅度、操作范圍，保證APC系統(tǒng)對裝置控制始終在安全范圍內(nèi)。

（6）APC的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化算法能夠統(tǒng)一地處理多優(yōu)先級，利用規(guī)劃算法求解多優(yōu)先級放松和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化，得到優(yōu)化后的被控量和控制量目標(biāo)值。通過應(yīng)用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化，建立起基于嚴(yán)格機(jī)理的RTO與MPC之間的橋梁，進(jìn)一步挖掘設(shè)備潛力。

（7）考慮到RTO與APC的執(zhí)行周期差異，建立了RTO推優(yōu)有效期機(jī)制，在APC中進(jìn)行RTO推優(yōu)值過期判定，每次推優(yōu)值具有一定時效，超期后APC將進(jìn)入保守的區(qū)間控制階段，確保長期運(yùn)行的安全性。

4　項(xiàng)目效益與價值

云南某煤化工煤氣化及合成裝置氣化爐機(jī)理模型+APC+RTO優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)至今，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠，優(yōu)化控制效果明顯，對企業(yè)運(yùn)營具有重大意義。優(yōu)化控制系統(tǒng)投用后，高度提升了整個裝置的自動化水平，為用戶帶來了優(yōu)異的企業(yè)管理效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4.1　經(jīng)濟(jì)效益顯著提升

（1）能耗優(yōu)化：通過氣化爐機(jī)理模型與RTO實(shí)時優(yōu)化，噸氨標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低≥1.0%，直接經(jīng)濟(jì)效益超數(shù)百萬元/年。

（2）成本節(jié)約：APC系統(tǒng)減少人工操作頻次≥80%，降低人力成本的同時，減少因人為誤操作導(dǎo)致的非計劃停車損失。

4.2　生產(chǎn)穩(wěn)定性大幅增強(qiáng)

（1）關(guān)鍵參數(shù)控制精度提升：裝置關(guān)鍵工藝參數(shù)的波動偏差降低30%以上，顯著提升了裝置運(yùn)行平穩(wěn)性。

（2）設(shè)備壽命延長：通過優(yōu)化氣化爐操作條件，延長了水冷壁、廢熱鍋爐等關(guān)鍵設(shè)備壽命，降低了維護(hù)成本。

（3）安全風(fēng)險降低：APC系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控工藝參數(shù)，提前預(yù)警異常工況，減少安全事故發(fā)生率＞30%。

4.3　智能化水平跨越式發(fā)展

（1）控制層級升級：實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)PID控制到多變量預(yù)測控制的跨越，關(guān)鍵回路自控投用率100%，APC投用率100%，RTO投用率100%。

（2）數(shù)據(jù)價值挖掘：通過機(jī)理模型與實(shí)時數(shù)據(jù)的深度融合，構(gòu)建工藝知識庫，為后續(xù)優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支撐。

（3）操作模式轉(zhuǎn)型：從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動，減少了對熟練操作工的依賴，提升了企業(yè)核心競爭力。

5　項(xiàng)目意義

云南某煤化工煤氣化和合成氨裝置APC項(xiàng)目的成功實(shí)施，不僅是對本項(xiàng)目帶來顯著效益的體現(xiàn)，還對煤氣化行業(yè)具有重要的推廣價值，更是雙方長期戰(zhàn)略合作的成果結(jié)晶。

（1）可復(fù)制性

該項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和解決方案具有較高的可復(fù)制性。一線工程師與研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密協(xié)作，將煤化工的實(shí)際生產(chǎn)痛點(diǎn)轉(zhuǎn)化為APC算法優(yōu)化、模型迭代的技術(shù)需求。這一模式大幅縮短了技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)場景的落地周期，推動了“研產(chǎn)用”一體化生態(tài)建設(shè)。對于其他合成氨企業(yè)來說，可以借鑒該公司煤化工的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身的實(shí)際情況和需求，快速構(gòu)建類似的生產(chǎn)管控平臺。這不僅可以提高生產(chǎn)效率和管理水平，還可以降低建設(shè)成本和時間成本。

（2）模塊化與可擴(kuò)展性

該項(xiàng)目的模塊化實(shí)施和可擴(kuò)展性設(shè)計使得平臺可以隨著企業(yè)的發(fā)展和業(yè)務(wù)拓展進(jìn)行靈活調(diào)整和優(yōu)化。企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際需求增加或減少功能模塊，實(shí)現(xiàn)平臺的快速擴(kuò)展和升級。這為企業(yè)提供了更加靈活和高效的解決方案。

（3）推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型

在AI大數(shù)據(jù)處理能力基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目開發(fā)了氣化爐機(jī)理模型+APC+RTO的協(xié)同優(yōu)化模式，為流程工業(yè)提供了“感知—決策—執(zhí)行”閉環(huán)控制的技術(shù)融合創(chuàng)新，為煤化工行業(yè)提供了從“局部優(yōu)化”到“全局優(yōu)化”的技術(shù)路徑。云南某煤化工的成功實(shí)踐為煤氣化行業(yè)提供了可復(fù)制的智能化升級模板，它推動了煤化工的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，為其他企業(yè)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和案例。

（4）助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

該項(xiàng)目噸氨煤耗降低1.0%，按行業(yè)總產(chǎn)能6800萬噸計算，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤68萬噸，減排CO₂約170萬噸。該項(xiàng)目通過優(yōu)化氣化爐操作條件，減少灰渣產(chǎn)生量5%～8%，降低固廢處理壓力，為煤化工行業(yè)從高能耗、高排放向低碳化、精細(xì)化轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)支撐。

（5）提升行業(yè)國際競爭力

該項(xiàng)目打破了國外廠商在APC領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，推動了國產(chǎn)化控制系統(tǒng)在高端市場的應(yīng)用。相比進(jìn)口解決方案，國產(chǎn)APC系統(tǒng)投資成本降低了40%～50%，為中小企業(yè)智能化改造提供了可行路徑。該項(xiàng)目通過機(jī)理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動的融合創(chuàng)新，推動了我國煤化工行業(yè)從跟隨者向引領(lǐng)者轉(zhuǎn)變。

綜上所述，在云南某煤化工煤氣化和合成氨裝置上引入基于AI技術(shù)的氣化爐機(jī)理模型+APC+RTO優(yōu)化控制系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了企業(yè)生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和安全水平的全面提升，更為煤化工行業(yè)乃至整個流程工業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)制、可推廣的技術(shù)范式。這一解決方案的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國煤化工行業(yè)在高端過程控制領(lǐng)域邁出了重要一步，對推動行業(yè)綠色低碳發(fā)展、提升國際競爭力具有深遠(yuǎn)意義。未來，隨著技術(shù)的不斷迭代和行業(yè)應(yīng)用的深化，該解決方案有望成為煤化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心引擎，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和制造強(qiáng)國戰(zhàn)略提供堅實(shí)支撐。

作者簡介：

袁倫勇（1973-），男，工程師，現(xiàn)就職于云南云天化信息科技有限公司，主要從事APC項(xiàng)目的管理、建設(shè)和運(yùn)維以及集團(tuán)數(shù)字化職能管理等工作。

李伯鈞（1984-），男，技術(shù)員，現(xiàn)就職于云南云天化信息科技有限公司，主要從事DCS、APC咨詢及實(shí)施等工作。

曹　丹（1981-），男，高級工程師，現(xiàn)就職于云南云天化股份有限公司天安化工有限公司，主要從事化工自動控制技術(shù)應(yīng)用與研究、化工儀表設(shè)備管理工作。

羅正剛（1995-），男，實(shí)施工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于北京和利時工業(yè)軟件有限公司，主要從事先進(jìn)控制項(xiàng)目實(shí)施工作。

田育奇（1989-），男，工程師，碩士，現(xiàn)就職于北京和利時工業(yè)軟件有限公司，主要從事先進(jìn)控制產(chǎn)品的架構(gòu)設(shè)計以及先進(jìn)控制算法研究工作。

摘自《自動化博覽》2025年4月刊