系統調控優化平衡降低煤氣放散率

賈連雙，李自云（山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司，山東濟南　250101）

系統調控優化平衡降低煤氣放散率

賈連雙，李自云
（山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司，山東濟南250101）

【摘要】濟鋼副產高、焦、轉爐三種煤氣，在保障熱風爐、軋鋼等用戶的前提下，富裕的高、焦爐煤氣通過燃電CCPP機組、采暖鍋爐等用戶吸納，系統通過放散調節管網壓力。由于生產系統調整，煤氣供求關系發生較大變化情況下，系統調控的及時性、系統預測的精準性就顯得尤為重要。基于物料平衡的基礎，結合濟鋼煤氣系統的生產特性，對煤氣系統靜態平衡預測及動態平衡的調控摸索出了較獨特的管理手段，最大程度降低了高、焦爐煤氣放散率。

【關鍵詞】煤氣平衡；系統調控；結構優化；降低；放散率

Systematic Regulationand Controland Optimal Balanceto Reduce Gas Discharge

JIA Lianshuang，LI Ziyun
(Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Jinan, Shandong 25010, China)

【Abstract】Jinan Steel produces large volumes of blast furnace gas, coking gas and converter gas as byproducts. After ensuring supply to hot stove and rolling mill users, surplus blast furnace and coking gas is absorbed by electricity CCPP unit and heating boilers and the system discharges gas to regulate the pressure in pipe network. Due to adjustment of production system, the relationship of gas supply and demand had greatly changed, so the timeliness of system regulation control and accuracy of system prediction are particularly important. Based on material balance and the production characteristics of the gas system in Jian Steel, a unique management mode for prediction of gas system static equilibrium and adjustment of dynamic equilibrium has been worked out to minimize blast furnace and coking gas discharge rate.

【Key words】gas equilibrium; system regulation; structural optimization; reduce; gas discharge

1　濟鋼生產結構配置

濟鋼煤氣資源分為高、焦、轉爐煤氣三種，副產煤氣首要保障高爐熱風爐、焦爐等一線用戶，其次為軋鋼用戶，在保障上述用戶的前提下，富裕的高、焦爐煤氣供應燃電CCPP機組、110 t補燃鍋爐等用戶，在剛性用戶、緩沖用戶均無法吸納的情況下，系統通過放散調節管網壓力。基于當前濟鋼煤氣系統配套設施的現狀，受季節變化、結構調整、集中檢修等因素影響，高、焦爐煤氣系統整體供大于求，階段性不平衡、緩沖能力不足、可控調節手段少的矛盾非常突出。而煤氣對空放散即意味著能源浪費與環境污染，為此在系統緩沖能力不足的情況下，系統調控的及時性、系統預測的精準性就顯得尤為重要，我廠煤氣專業人員基于物料平衡的基礎，對煤氣系統靜態平衡預測及動態平衡的調控已形成較為成熟的調控方法，本文將對煤氣平衡調控手段進行具體闡述。

2　動、靜態煤氣平衡結構優化

2.1概念闡述

靜態煤氣平衡為建立在物料平衡基數上的供求關系，緩沖能力有限的情況下，緩沖用戶無法消化由于用戶集中檢修等異常狀況導致的富裕煤氣，供求平衡僅限于理想狀態，煤氣的靜態平衡僅限于階段性預測分析，用于生產管理人員掌握階段性的煤氣資源匹配情況；動態平衡指生產調控過程中，針對即時現狀或信息對生產系統實施調控的一種臨時手段。只有將兩者相結合，在把握方向的同時，即時應對系統變化，合理調整煤氣資源配置，方可通過人為調控的方式，達到煤氣資源的合理利用。

2.2煤氣平衡必要性闡述

在鋼鐵企業中，由于煤氣的氣源、用戶的產供關系不斷發生動態變化，迫切需要我們做出科學合理的煤氣平衡，拿出切實可行的方案和措施。對于煤氣的生產組織來講，做好煤氣平衡工作顯得尤為重要，我們通過對煤氣氣源產出情況、煤氣用戶的消耗情況進行預測和分析，以靜態手段來判斷動態發展變化的趨勢，得出煤氣平衡盈虧結果，以此做出正確的生產組織決策。在這里需要指出的是，我們在進行煤氣平衡測算的過程中，得出的煤氣富裕過剩還是煤氣虧缺不足的結論，在定義上其量化概念是比較模糊的，嚴格地講，不能用精確的數據來限定煤氣富裕或不足的外延，其外延并不清晰，有其不確定性，雖然煤氣富裕或不足的內涵我們都清楚，但煤氣富裕或不足之間并沒有非常確定的邊界劃分，即其外延是模糊的，因此，針對煤氣平衡這一課題來講，動態調控的及時性顯得尤為重要。

對于煤氣平衡來講，我們所需要的是對未來煤氣產供變化趨勢發展的預測結果，要用當前的常態性、中間相位、平均值的分析，可以運用精準計算模型，通過研究得出未來生產發展的趨勢，即：用“現在式”預測“將來時”，處理當前的疑難問題，安排將來的工作計劃，糾正煤氣平衡偏離正常軌跡，而保持良好的趨勢發展。

2.3動、靜態煤氣平衡的建立

2.3.1以物料平衡為基礎，氣源單位產氣率及用戶單耗為支撐，分階段模擬不同生產狀態下的供求變化，制定靜態煤氣平衡

煤氣系統生產調控及時與否，首先要做到對各生產用戶產量/消耗量準確預測，驗證產供關系，制定階段性煤氣平衡計劃。在準確預測的前提下，以煤氣平衡為基礎，制定階段性降低煤氣放散率措施。首先針對高、焦爐煤氣發生量及各軋鋼用戶用量及緩沖用戶的緩沖能力進行摸索，與計量人員摸索不同階段下的用戶單耗，如夏季/冬季軋鋼用戶的單耗不同，冬季/夏季燃電機組CCPP發電能力也有所不同。綜合考慮后，得出靜態煤氣平衡的基礎數據。

每個月軋鋼/緩沖用戶將階段性檢修，雖然物料基本平衡，但用戶單耗有所不同。如1700熱軋產線混合煤氣單耗110 m3/t，而4300厚板產線混合煤氣單耗210 m3/t，各軋鋼用戶產量變化將直接導致高、焦爐煤氣供應平衡變化。目前總公司生產部在制定生產計劃的同時，將兼顧考慮煤氣平衡的影響，煤氣平衡模型的建立可以作為指導生產經營計劃的工具。現以2011年8月份煤氣平衡建立為案例予以說明：

提前對煤氣資源情況預測分析，生產部綜合考慮，下達總公司各生產單位檢修計劃，我們再根據公司計劃對煤氣平衡數據進行修正。

根據總公司檢修計劃，將8月份煤氣系統生產組織大體分成三個階段：8月1~5日，僅2500產線3#加熱爐檢修，對系統影響較小；8月6~20日，4300產線2#加熱爐、球團廠3#豎爐等用戶相繼長時間檢修；8月21~31日，燃電系統6#機組檢修，高、焦爐煤氣將出現階段性供大于求的情況。

針對每一階段不同的生產狀況，制定每一階段的煤氣平衡趨勢預測，煤氣平衡預測整體分為四部分：（1）收入，指高、焦、轉爐煤氣產出量；（2）剛性用戶，指高爐熱風爐、焦爐、球團、燒結、軋鋼等公司的一線用戶；（3）變量支出，指CCPP燃氣發電系統、110 t補燃鍋爐等緩沖用戶，即可以調節的用戶；（4）煤氣剩余量，指系統富余量，即放散量。該模型以各用戶在該季節的單耗、各軋鋼用戶產量、CCPP機組發電量為基礎，整體按照混合煤氣熱值公式（Q高×J高+Q焦×J焦+Q轉×J轉=Q混×J混）測算。

經過整體平衡后，可知8月1~5日煤氣系統平衡情況如表1所示。

日產量：鐵2.36萬t；鋼2.43萬t；材2.28萬t；焦炭0.97萬t；燒結3.64萬t；球團0.65萬t。

表1　煤氣平衡表（8月1~5日）　萬m3/h

通過該驗算可知，調整后，高爐煤氣放散量=1.4+0.34×5=3.1萬m3/h，放散率1.81%，焦爐煤氣經過調整混合煤氣用戶熱值等手段調控，可實現零放散。

上述為一個階段的煤氣平衡情況，按照每一階段的煤氣平衡情況，分別制定相應的措施，每一階段預測后，再進行當月煤氣平衡情況的匯總，可知當月高、焦爐煤氣放散率：高爐4.75%，焦爐0，具體數據見表2。

表2　8月份高、焦爐煤氣放散預測表

2.3.2以靜態平衡為基礎，做好動態的調整，達到煤氣資源效益最大化。

2.3.2.1以混合煤氣熱值換算為基礎，作為動態調整的依據（見表3截圖）。

2.3.2.2以靜態平衡數據為基礎，即以目前系統的富裕/缺口為定量，進行預測核算，作為動態調整的依據。

表3　煤氣熱值計算模型

如在每月進行階段性靜態平衡后，用戶集中檢修，生產系統供求關系發生較大變化，為此在靜態平衡的基礎上，對某天的煤氣生產變化趨勢進行分析，并得出結論作為生產組織調控的依據，見表4。

表4　煤氣平衡核算表　萬m3/h

2.3.2.3利用動態預測模型，預測較短時間內煤氣平衡情況。

以能源管控中心為技術平臺，通過優化煤氣平衡措施，改進能源平衡技術手段等生產因素，使煤氣資源的綜合利用提高到一個新的水平；精心做好生產數據與信息的收集、整理、統計和原因分析，并及時和相關煤氣用戶溝通，掌握其計劃檢修、生產節奏、生產趨勢及相應的動態分析，做到系統思考、系統分析、系統平衡，做好煤氣供求量能的動態調整。

利用好仿真系統動態預測模型，對系統平衡走向進行預測（圖1為焦爐煤氣柜柜位預測模型截圖）。

圖1　焦爐煤氣柜柜位預測模型截圖

3　效果分析

隨著濟鋼煤氣平衡調控管理手段的逐步完善，平衡預測的準確性、動態調控的及時性相應提高。2011年8月份較1月份高爐煤氣放散率降低1.7%，焦爐煤氣放散降低0.69%，提高了能源利用效率，并且發電量也有所提高。2011年，針對濟鋼副產煤氣相對富裕的局面，我廠首次投運8套燃機，按“8套燃機+5套汽機”組織生產，及時針對煤氣的供求變化，通過調整混合煤氣配比、燃電機組負荷等動態調整手段，最大程度降低煤氣放散率，創造價值，避免能源浪費。其中2011年8月份燃電系統發電量24800萬kW·h，2011年1月份燃電系統發電量22940萬kW·h，8月份較1月份提高發電量1860 萬kW·h，按電費0.46元/kW·h計算，8月份較1月份燃電系統多創造價值〔1860-（24800/31）〕×0.46×60%=292.56萬元（扣除自耗電及其他成本，其中不包含煤氣成本，按照利潤比例60%計算）。

4　煤氣平衡系統優化管理的展望

上述對靜/動態煤氣平衡進行了具體闡述，經過較為細致的分析，做好動/靜態調整，達到煤氣的合理利用。在緩沖用戶最大發揮緩沖作用的前提下，最大限度降低高、焦爐煤氣放散率，使系統長期處于合理的煤氣平衡狀態。為進一步達到煤氣資源合理利用，真正意義上實現高、焦爐煤氣零放散，需要做好以下幾方面工作：

（1）從硬件上解決系統緩沖能力受限的根本條件，增加緩沖用戶（目前濟鋼新增汽鼓風、220 t鍋爐等項目），開發焦爐煤氣非燃化用戶。

（2）通過完善熱值儀等監測、控制系統，逐步實現混合煤氣熱值指數調節的遠程集中監控。

（3）通過對軋鋼等用戶對應鋼種、產品規格的熱量平衡測試，收集并建立完整的熱量平衡測算數據庫，可以促進煤氣資源梯級利用，更加有利于實現煤氣資源能源實時合理配置。

（4）以仿真系統為平臺，實現在線即時性的分析與控制、仿真模擬、預測性、預警性的趨勢分析與控制，建立煤氣平衡控制專家系統。

作者簡介：賈連雙（1987－），男，2010年畢業于內蒙古科技大學測控技術與儀器專業，2011年進修機械設計制造及其自動化專業，雙學士學位，助理工程師，現從事能源動力系統技術管理工作。

收稿日期：2014－12－11

【中圖分類號】X757

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)04-0001-03