煤氣混合自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

雷 勇

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南湘潭 411101）

為滿足煤氣用戶對煤氣的熱值、壓力和流量需求，煤氣混合加壓系統(tǒng)要解決好控制問題，主要是控制系統(tǒng)出口壓力穩(wěn)定，以及控制煤氣的配比來穩(wěn)定混合煤氣的熱值。本文首先簡要闡述湘鋼煤氣混合加壓系統(tǒng)的基本情況，進(jìn)而介紹湘鋼的兩種煤氣混合加壓自動控制系統(tǒng)。

1 煤氣混合加壓站的基本情況

根據(jù)煤氣混合裝置與加壓機(jī)的相對位置來區(qū)分，煤氣混合加壓系統(tǒng)可以分為先混合工藝和先加壓工藝以及單獨(dú)混合工藝[1]。先加壓后混合工藝可以為對煤氣熱值和壓力要求不一致的用氣點(diǎn)配備多套混合裝置，其優(yōu)點(diǎn)是前端的加壓機(jī)對混合裝置起到了穩(wěn)壓作用，缺點(diǎn)是加壓機(jī)配置多，要為每種氣源均配置加壓機(jī)，控制系統(tǒng)復(fù)雜，投資較大。先混合后加壓工藝適合于供氣范圍較小、各用氣點(diǎn)對煤氣熱值和壓力要求一致的情況，可用多種氣源配制混合煤氣，加壓機(jī)配置少，而且由于加壓機(jī)的攪拌使煤氣混合更加充分，但煤氣混合時(shí)的壓力易受氣源壓力波動的影響，對煤氣混合過程控制精度要求較高。

湘鋼目前采用了兩種煤氣混合加壓方式，即先混合后加壓的方式和先加壓后混合的方式。其中，先混合后加壓主要用于高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的混合，而轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合以及高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣三元混合則采用先加壓后混合的方式，供給不同的煤氣用戶。長期以來，湘鋼未采用煤氣混合自動控制系統(tǒng)，依靠手動調(diào)節(jié)控制混合煤氣配比和壓力，控制的精度有限，經(jīng)常出現(xiàn)熱值和壓力波動較大的情況，給后續(xù)的生產(chǎn)造成了不利影響。為了提高混合煤氣熱值和壓力的穩(wěn)定性，湘鋼開展了煤氣混合自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作，先期在采用先加壓后混合方式的兩個(gè)煤氣混合站進(jìn)行應(yīng)用。

2 混合煤氣自動控制系統(tǒng)及應(yīng)用

2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合的自動控制系統(tǒng)

湘鋼的轉(zhuǎn)焦煤氣混合加壓站位于轉(zhuǎn)爐氣柜附近，因而轉(zhuǎn)爐煤氣的流量充足，壓力能夠得到保證；但該站位于焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)的末端，焦?fàn)t煤氣的流量和壓力有時(shí)得不到保證，混合站入口焦?fàn)t煤氣壓力有時(shí)低于1000P a。因此，若采用以轉(zhuǎn)爐煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣，則會出現(xiàn)焦?fàn)t煤氣不能滿足要求的情況，并影響焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)安全，所以決定以焦?fàn)t煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣，即轉(zhuǎn)爐煤氣流量根據(jù)設(shè)定的比例隨焦?fàn)t煤氣流量變化進(jìn)行配入。轉(zhuǎn)焦煤氣混合站的配置如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)焦煤氣混合工藝簡圖

由于轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)沒有配置變頻器，通過控制轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥和回流閥的開度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣流量的調(diào)節(jié)；3臺焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)均配置了變頻器，通過變頻調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)。根據(jù)上述裝備配置情況，制定如下控制策略：

（1）設(shè)定轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值，控制系統(tǒng)根據(jù)焦?fàn)t煤氣流量及轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值計(jì)算出轉(zhuǎn)爐煤氣流量，通過轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣流量控制。根據(jù)煤氣用戶熱值需求變化和煤氣管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)需要，可以手動設(shè)定轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值。通過轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥控制轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)出口總管壓力在11.5～12.5k Pa之間。

（2）正常狀況下，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)閥置于手動全開位置，通過變頻器調(diào)節(jié)焦?fàn)t煤氣入口壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)混合煤氣壓力。具體調(diào)節(jié)方式為：當(dāng)混合煤氣壓力lt;10.5k Pa時(shí)，焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)升速直至壓力gt;10.5k Pa，當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力lt;500P a時(shí)，變頻器不升速。修改轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的流量配比；提高轉(zhuǎn)爐煤氣的比例。焦?fàn)t煤氣流量增加時(shí)轉(zhuǎn)爐煤氣流量自動增加，混合煤氣壓力自然增加。當(dāng)自動配比運(yùn)行正常且混合煤氣用量偏大時(shí)，如果焦?fàn)t煤氣入口壓力突然降低300P a時(shí)，變頻器需降速直至焦煤入口壓力升高300P a以上。

（3）當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力lt;500P a，且混煤壓力lt;10.5k Pa時(shí)，延時(shí)10s后，由于焦?fàn)t煤氣不能再多供氣導(dǎo)致混合煤氣壓力低，控制畫面出現(xiàn)報(bào)警，說明焦?fàn)t煤氣入口壓力和混合煤氣壓力都偏低，自動配比解列。解列后由轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行混合煤氣壓力控制，根據(jù)用戶要求保證混合煤氣壓力為10.5 k Pa～11.5k Pa。經(jīng)過跟蹤分析,轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)出口總管壓力為10.8k Pa時(shí)，能保證混煤壓力在10.5 k Pa，因此，轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥此時(shí)控制轉(zhuǎn)爐煤氣總管壓力在10.8～12.0k Pa。

（4）當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力gt;1k Pa、混合煤氣壓力為10.5k Pa～11.5k Pa、至少有一臺焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)運(yùn)行、轉(zhuǎn)爐煤氣流量P I D設(shè)定值和實(shí)際值之差lt;2000幾個(gè)條件全滿足時(shí)，延時(shí)10s后報(bào)警解除，轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)為自動配比焦?fàn)t煤氣,轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥此時(shí)控制轉(zhuǎn)爐煤氣總管壓力在11.5～12.5 k Pa之間。上述條件設(shè)定后，可以保證轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥由壓力調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為流量調(diào)節(jié)時(shí)混合煤氣壓力無擾動。

2.2 三種煤氣混合的自動控制系統(tǒng)

湘鋼高焦轉(zhuǎn)煤氣混合加壓站的三種煤氣入口壓力穩(wěn)定，流量充足，因此以流量最大的高爐煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣，根據(jù)熱值要求配入一定比例的焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣。三種煤氣混合的配置如圖2所示。

圖2 三種煤氣混合工藝簡圖

由于三種煤氣的加壓機(jī)均配置了變頻器，因此均采用變頻調(diào)速來控制每種煤氣的壓力和流量。具體控制策略如下：

（1）混合煤氣壓力由高爐煤氣主管調(diào)節(jié)閥控制，高爐煤氣加壓機(jī)變頻器控制機(jī)后壓力為13±2 k Pa，根據(jù)調(diào)試情況可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保混合煤氣壓力為13±1k Pa。

（2）焦?fàn)t煤氣流量由變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，流量增減跟隨高爐煤氣，不摻入轉(zhuǎn)爐煤氣的情況下高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣流量比按6：4設(shè)定，根據(jù)煤氣平衡情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

（3）當(dāng)高爐煤氣流量小于15000m3/h時(shí)，P L C發(fā)出報(bào)警，當(dāng)班人員視熱值變化進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。

（4）在轉(zhuǎn)爐煤氣富余狀況下進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒，在保證摻轉(zhuǎn)后混合煤氣熱值不得低于8000k J/m3，手動設(shè)定摻入轉(zhuǎn)爐煤氣的比例。

2.3 應(yīng)用情況

上述兩種煤氣加壓混合控制系統(tǒng)已經(jīng)投入使用。投入自動控制系統(tǒng)前需檢查確認(rèn)煤氣加壓機(jī)前和加壓機(jī)后及混合煤氣的壓力、流量顯示正常，熱值儀顯示正常；檢查確認(rèn)高、焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)變頻器工作正常；檢查各種煤氣的主管調(diào)節(jié)閥和機(jī)前調(diào)節(jié)閥開關(guān)正常。采用上述兩種煤氣加壓混合自動控制系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定混合煤氣的壓力與流量。正常情況下，轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合的壓力可以控制在11±0.5k Pa，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣混合的壓力可以控制在13±1k Pa；當(dāng)某一種煤氣的壓力和流量發(fā)生波動時(shí)，控制程序能確保煤氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 結(jié)語

本文提出的轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合及高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣三種煤氣混合的自動控制系統(tǒng)，通過調(diào)試，兩套系統(tǒng)均投入使用。經(jīng)過近一年的運(yùn)行，較好的穩(wěn)定了混合煤氣的熱值和壓力，為后續(xù)煤氣用戶穩(wěn)定生產(chǎn)與節(jié)約煤氣創(chuàng)造了良好條件。

[1]冶金工業(yè)部鋼鐵司.冶金企業(yè)煤氣的生產(chǎn)與利用[M].北京：冶金工業(yè)部鋼鐵司，1987.