韶鋼煤氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定措施探討

危中良，陳富林

(廣東韶鋼松山股份有限公司，廣東韶關 512122)

前言

工業(yè)煤氣是鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二次能源，占鋼鐵企業(yè)總能源消耗的30%左右。鋼鐵企業(yè)是能源消耗大戶，面臨著巨大的節(jié)能減排壓力，而減少煤氣放散，提高煤氣綜合利用效率，可降低企業(yè)能源成本，增強企業(yè)成本競爭力，因此提高煤氣利用效率成為鋼鐵企業(yè)的內(nèi)在需求和必然選擇。同時煤氣是一種有毒氣體，煤氣安全是冶金企業(yè)不可忽視的一項工作，為此如何確保其安全使用至關重要。

1 煤氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的重要性

一般長流程的鋼鐵企業(yè)有三大爐，即：高爐、焦爐、轉(zhuǎn)爐。三大爐的副產(chǎn)品分別為高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣，統(tǒng)稱煤氣。因煤氣中含有一定量的CO氣體，是一種有毒的可燃氣體。在煤氣利用過程中，若使用不當，就會導致煤氣三大事故的發(fā)生，給企業(yè)造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。

煤氣系統(tǒng)在運行過程中因煤氣壓力不穩(wěn)定、波動過大，超過系統(tǒng)允許范圍，會引起煤氣三大事故的發(fā)生。如：系統(tǒng)壓力過高，會使煤氣系統(tǒng)排水器水封擊穿，或者煤氣設施的泄爆閥、安全閥啟動，導致煤氣外泄，從而易造成中毒、著火、爆炸事故。若壓力過低，無法滿足煤氣用戶的生產(chǎn)需求，甚至會造成煤氣設施呈負壓運行，導致更大的安全事故。

除此之外，煤氣系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定導致煤氣用戶工藝生產(chǎn)的熱工制度得不到保證，既影響產(chǎn)品質(zhì)量，又增加產(chǎn)品單位熱耗。

綜上所述煤氣系統(tǒng)壓力波動過大不利于企業(yè)安全生產(chǎn)與節(jié)能減排，因此鋼鐵企業(yè)在利用煤氣的過程中，保持系統(tǒng)中煤氣壓力的穩(wěn)定具有極其重要的意義。

2 煤氣系統(tǒng)壓力波動的原因

鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣的發(fā)生量與消耗量，是影響煤氣動態(tài)平衡狀況的主要因素。煤氣系統(tǒng)壓力波動的主要原因有以下兩方面：

2.1 生產(chǎn)正常情況下形成的波動

鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣的發(fā)生量與消耗量經(jīng)常隨生產(chǎn)工藝狀態(tài)的改變而產(chǎn)生波動。

（1）系統(tǒng)設備在正常運行情況下,煤氣產(chǎn)生量或消耗量均存在一定的波動性，如：熱風爐換爐、焦爐換向等情況都將造成系統(tǒng)內(nèi)煤氣耗量變化，導致煤氣系統(tǒng)壓力波動；當加熱坯料品種、規(guī)格、物理性質(zhì)、軋鋼產(chǎn)量等發(fā)生變化時，加熱工藝也隨之發(fā)生變化，煤氣用量也相應變化，這必然造成系統(tǒng)內(nèi)煤氣壓力的大幅度波動。

(2）混合煤氣是由高、焦、轉(zhuǎn)爐3種煤氣配置而成，如高、焦、轉(zhuǎn)爐煤氣配比不穩(wěn)定，會造成混合煤氣熱值隨時發(fā)生變化，也能引起煤氣系統(tǒng)壓力大幅度波動。

2.2 生產(chǎn)異常情況下形成的波動

（1）生產(chǎn)組織不力導致煤氣系統(tǒng)產(chǎn)供不平衡，從而造成系統(tǒng)煤氣量過小或過多，系統(tǒng)失效，壓力在上限或下限運行，極易引發(fā)安全事故。

（2）設備出現(xiàn)故障、突然減產(chǎn)、停產(chǎn)（如：高爐減風、待料、出管道等），引起煤氣產(chǎn)量或用量大幅度變化，從而導致管網(wǎng)壓力異常波動，在此種條件下，極易發(fā)生煤氣事故。

3 韶鋼近年來煤氣系統(tǒng)穩(wěn)壓的措施

3.1 技術措施

3.1.1 充分發(fā)揮煤氣柜瞬時調(diào)壓作用

2015年將以前離線運行的10萬m3高爐煤氣柜和7萬m3焦爐煤氣柜改為在線并網(wǎng)運行。針對焦爐煤氣系統(tǒng)存在的問題，為確保7萬m3焦爐煤氣柜更好地發(fā)揮穩(wěn)定焦爐煤氣管網(wǎng)壓力的作用，2017年將7萬m3柜貯存壓力從5.0 kPa調(diào)整為4.8 kPa。

3.1.2 發(fā)揮2座轉(zhuǎn)爐煤氣柜的有效柜容

將2套獨立的轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的2座（8萬m3和12萬m3）轉(zhuǎn)爐煤氣柜改為柜前聯(lián)通，解決了8萬m3柜（回收3座120 t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煤氣）能力不足的問題，有效地降低了因柜滿導致的轉(zhuǎn)爐煤氣柜拒收頻次。

3.1.3 混合煤氣配置、供應系統(tǒng)的改造

（1）2017年取消三柜區(qū)二混氣（轉(zhuǎn)爐煤氣中摻入少量的焦爐煤氣）向混合煤氣供應，將三柜區(qū)的轉(zhuǎn)爐煤氣改為向高爐煤氣管網(wǎng)供應。因此公司混合煤氣全部由四柜區(qū)進行供應，解決了三、四柜區(qū)2套混合煤氣供應系統(tǒng)煤氣熱值、壓力不匹配造成的煤氣用戶壓力、熱值波動過大的問題，同時也解決了多年來因轉(zhuǎn)爐煤氣用戶單一（用于配混合煤氣），受混合煤氣用量的影響，轉(zhuǎn)爐煤氣存在零星放散的問題。

（2）將四柜區(qū)的混合煤氣系統(tǒng)改造成自動配置系統(tǒng)。

3.2 管理措施

3.2.1 根據(jù)煤氣用戶的重要程度，設置用戶等級用氣制度

設立了三級用氣制度：一級用戶為高爐焦爐用氣、混合站、供風用煤氣鍋爐，二級用戶為軋材系統(tǒng)，三級用戶為煤氣鍋爐、石灰窯、主體生產(chǎn)工序外的煤氣用戶。

三級用戶是緩沖用戶，緩沖用戶為煤氣鍋爐、石灰窯等，其中煤氣鍋爐作為首選緩沖用戶，石灰窯作為次要緩沖用戶。

3.2.2 設置管網(wǎng)剩余煤氣自動放散

綜合考慮10萬m3高爐煤氣柜的貯存壓力及其所在管網(wǎng)的位置，重新對6#、7#、8#三座放散塔的放散壓力進行了設置，并在3個放散塔設置了管網(wǎng)剩余煤氣自動放散功能，以滿足異常情況下將煤氣管網(wǎng)壓力波動控制在正常范圍內(nèi)。

3.2.3 日常煤氣平衡管控

鋼鐵企業(yè)煤氣平衡分為靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡。靜態(tài)平衡是結(jié)合生產(chǎn)計劃、檢修計劃等影響因素，對一段時期內(nèi)的煤氣產(chǎn)出量、消耗量和需求量進行預測性的平衡。動態(tài)平衡則是指對生產(chǎn)過程煤氣壓力、流量、熱值等參數(shù)采取的即時平衡。

目前韶鋼兩種平衡方法都采用。靜態(tài)平衡由管技人員負責，對某一個時期的生產(chǎn)組織模式提供指導意見。動態(tài)平衡由當班調(diào)度完成，依據(jù)管網(wǎng)壓力以及煤氣柜柜位狀況，及時調(diào)整緩沖煤氣用戶的用量，控制煤氣系統(tǒng)壓力在允許范圍內(nèi)。

4 韶鋼近年來煤氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定存在的問題

鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣的發(fā)生量與消耗量經(jīng)常隨生產(chǎn)工藝狀態(tài)的改變而產(chǎn)生波動，波動幅度與企業(yè)煤氣系統(tǒng)的硬件設施（如調(diào)壓設施）以及煤氣管理水平息息相關。目前韶鋼還存在煤氣壓力波動過大，引起煤氣鍋爐突停、煤氣水封沖穿等問題。

4.1 高爐煤氣柜調(diào)壓能力不足

與煤氣柜相比，用煤氣鍋爐調(diào)節(jié)煤氣存在滯后性，特別是大流量調(diào)節(jié)尤其嚴重，需要的時間長（一般約為0.5 h）。因此在實際運行中煤氣鍋爐不能取代煤氣柜，實現(xiàn)瞬時調(diào)壓功能。

目前韶鋼3座高爐生產(chǎn)，日產(chǎn)鐵1.8萬～1.9萬t，產(chǎn)氣量約110萬～120萬m3/h。其中8號高爐爐容為3 200 m3,正常情況下，每小時換爐一次（每次10 min），每次熱風爐換爐減少10萬m3/h的煤氣用量，當其余用戶用量稍有波動，或2座高爐同時換爐時，10萬m3高爐煤氣柜的緩沖能力明顯不足，達不到穩(wěn)壓效果，從而導致管網(wǎng)壓力波動較大，目前高爐煤氣管網(wǎng)壓力波動控制在5 kPa之內(nèi)。

由于高爐煤氣柜調(diào)節(jié)能力不足，壓力波動過大，為減少煤氣放散，高爐煤氣剩余放散塔的自動放散壓力設置相對較高，因此當一個大用戶跳?；蛘吒郀t出現(xiàn)管道形成時，容易發(fā)生煤氣水封擊穿、煤氣泄漏等問題。

4.2 煤氣動態(tài)平衡管控力度不夠

4.2.1 煤氣調(diào)度人員不足

目前煤氣系統(tǒng)管控分為煤氣柜區(qū)操作層和調(diào)度管理層。煤氣柜操作層主要保持煤氣柜設施運行、產(chǎn)品供應質(zhì)量滿足要求；煤氣動態(tài)平衡主要是調(diào)度管理層根據(jù)系統(tǒng)壓力大小，以最大利用煤氣、減少煤氣放散為目的來調(diào)控各用戶的用氣情況。

在實際運行過程中煤氣供應與需求之間時刻發(fā)生著動態(tài)變化，需要采取即時平衡，即時控制。目前煤氣調(diào)度只有一人，該崗位還需完成其它業(yè)務，不能對其進行隨時動態(tài)監(jiān)控、平衡調(diào)整。

4.2.2 動態(tài)平衡管控方法仍處于事后調(diào)控

鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣由于生產(chǎn)組織、設備檢修等原因，具有生產(chǎn)及消耗不穩(wěn)定的特點。目前在煤氣動態(tài)平衡管控方面，還依賴于調(diào)度員工的技能和責任心，且每次調(diào)控還處在事后調(diào)控。這種基于人工經(jīng)驗的煤氣管控存在很大的局限性，很難做到全局最優(yōu)，不利于系統(tǒng)壓力穩(wěn)定和煤氣利用。

5 改進建議

（1）高效發(fā)電項目建成后，為確保機組穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟運行，建議新建一座高爐煤氣柜，提升系統(tǒng)的穩(wěn)壓能力，從而保持煤氣柜、鍋爐等設備的穩(wěn)定運行，降低系統(tǒng)設備運維成本。在新煤氣柜建成之前，用1座220 t/h煤氣鍋爐作為第一調(diào)節(jié)用戶。

（2）目前韶鋼實現(xiàn)能介集控，建議在此基礎上整合能介集控操作層與調(diào)度層的職能，合并成一個崗位。

（3）煤氣供需平衡是一個復雜的系統(tǒng)工程，實際生產(chǎn)中煤氣的產(chǎn)生與消耗時刻發(fā)生著變化。若用靜態(tài)分析的方法很難得到準確的預測信息，需要建立動態(tài)預測模型[1]。建議利用韶鋼大集控中信息互通、大數(shù)據(jù)平臺的有利條件，根據(jù)不同生產(chǎn)狀態(tài)條件下煤氣產(chǎn)、耗的特點建立各工序煤氣產(chǎn)耗預測模型，為調(diào)度人員煤氣動態(tài)平衡管控提供有效依據(jù)，從而確保煤氣柜長期在線運行，實現(xiàn)煤氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的目標。

（4）在預測模型的基礎上，以穩(wěn)定系統(tǒng)煤氣壓力、減少煤氣放散為目的，建立煤氣智能管控模型，從而實現(xiàn)煤氣智能管控。