煤氣加壓站熱值精細化控制的研究與實踐

王振飛

（本鋼板材股份有限公司能源總廠，遼寧 本溪 117000）

煤氣加壓站熱值精細化控制的研究與實踐

王振飛

（本鋼板材股份有限公司能源總廠，遼寧 本溪 117000）

本鋼第五煤氣加壓站作為2300mm熱連軋機組配套工程建成投產(chǎn)后，在一段時期內(nèi)其混合煤氣供應(yīng)熱值經(jīng)常出現(xiàn)波動，一定程度上影響了2300mm熱連軋機組板坯加熱質(zhì)量。經(jīng)一系列分析與研究，發(fā)現(xiàn)第五煤氣加壓站建設(shè)初期的熱值控制方式存在一定弊端。基于用戶對煤氣熱值精細化要求，第五煤氣加壓站在熱值控制方式及工藝流程進行了改進，不僅滿足了用戶需求并在實踐中證明改進后的熱值控制更加穩(wěn)定和精細化。

熱值；控制；改進；精細化

本鋼2300mm熱連軋機組產(chǎn)線于2008年末投產(chǎn)，其建設(shè)之初是世界規(guī)模最大、軋制能力最強、工藝最先進的熱連軋機組。該機組采用4座蓄熱步進梁式加熱爐以及連鑄坯熱裝工藝。加熱爐采用五段式溫度控制技術(shù)，其中預(yù)熱段、一加熱鍛、二加熱段采用蓄熱式燃燒技術(shù)，上下均熱段采取常規(guī)燒嘴。為了保證板坯加熱質(zhì)量，其要求板坯表面與中心溫差不超過30℃。因此其對來源煤氣質(zhì)量要求較高，在追求壓力穩(wěn)定的前提下，其對混合熱值要求為1800± 100kcal/m3。

1.建站初期煤氣加壓工藝

本鋼第五煤氣加壓站作為2300mm熱連軋機組配套工程與其同時建設(shè)投產(chǎn)。該加壓站設(shè)計采用3種煤氣混合，即高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣混合加壓后，再與加壓后的焦爐煤氣再次混合，最終送至用戶。考慮煤氣平衡以及三混煤氣熱值控制等因素，第五煤氣加壓站在投產(chǎn)之初將轉(zhuǎn)爐煤氣來源用盲板閥關(guān)閉，即利用高爐煤氣單獨加壓，焦爐煤氣單獨加壓，然后再混合送至用戶，其最大配出量為高爐煤氣100km3/h，焦爐煤氣50km3/h，總出口壓力≥12kPa。

2.出現(xiàn)問題及原因分析

2.1熱值不穩(wěn)

本鋼第五煤氣加壓站投產(chǎn)之初便出現(xiàn)煤氣熱值供應(yīng)不穩(wěn)問題，2300mm熱連軋機組產(chǎn)線加熱爐對煤氣熱值要求為1800±100kcal/m3。第五煤氣加壓站供出煤氣熱值非但沒有達標，并經(jīng)常出現(xiàn)1100kcal/m3～2300kcal/m3內(nèi)波動，嚴重影響了2300mm熱連軋機組產(chǎn)線板坯加熱質(zhì)量。

2.2熱值控制原理

混合煤氣加壓站是一項多輸入且又復(fù)雜耦合的系統(tǒng)。第五加壓站建設(shè)初期其熱值控制采用熱值儀信號閉環(huán)控制，利用數(shù)學模型將熱值、壓力、流量等數(shù)字信號進行綜合運算進而輸出控制信號，調(diào)整高爐煤氣和焦爐煤氣配比。并在此過程中主要依托于熱值儀采集信號。

根據(jù)熱平衡原理，熱值儀信號的采集計算主要是對華白指數(shù)以及煤氣比重測量計算得出的。被測煤氣進入熱值儀后經(jīng)過4級減壓進入氣體分配混合器內(nèi)，經(jīng)過一系列的配比燃燒進而推測出被測煤氣燃燒后的熱負荷（即華白指數(shù)）。加之比重單元測出煤氣比重，經(jīng)綜合運算傳輸至控制面板進而輸出4mA～20mA直流信號。

2.3原因分析

經(jīng)研究分析，正是基于熱值儀信號采集方式及原理導(dǎo)致了熱值不穩(wěn)問題的出現(xiàn)。受熱值儀結(jié)構(gòu)設(shè)置等因素影響，由于在熱值儀工作中無法保證過程氣和助燃空氣嚴格地控制，直接導(dǎo)致了熱值采集信號與實際值的嚴重偏差和滯后性。嚴重偏差和滯后性直接導(dǎo)致了加壓站熱值控制系統(tǒng)始終處于糾偏調(diào)整狀態(tài)，進而導(dǎo)致了供出煤氣熱值始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)。此外，一旦進入取樣導(dǎo)管內(nèi)的煤氣實際熱值偏低還會進一步導(dǎo)致熱值儀出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，更加嚴重影響供出煤氣的質(zhì)量。

3.改進措施及運行實踐

3.1比例調(diào)節(jié)

依照能源守恒定律可得出如下公式：

式（1）中QC為焦爐煤氣熱值，F(xiàn)C為焦爐煤氣流量，QB為高爐煤氣熱值，F(xiàn)B為高爐煤氣流量，QM為混合煤氣熱值，F(xiàn)M為混合煤氣流量。由于煤氣混合后可得出公式：

由式（1）、（2）可得：

從式（3）中不難得出，追求穩(wěn)定的熱值QM只要將配比k固定即可。由于冶金企業(yè)生產(chǎn)過程持續(xù)，單一煤氣熱值相對穩(wěn)定，可根據(jù)混合煤氣流量比例得出計算熱值，用計算熱值代替熱值儀，這樣便可以消除熱值儀帶來的滯后性并大大降低偏差。為此，第五加壓站將熱值控制方式改為比例調(diào)節(jié)作為改進措施，并利用經(jīng)典的PID控制模型進行控制。即在壓力調(diào)節(jié)過程中，高爐煤氣調(diào)節(jié)閥隨出口混合煤氣壓力進行調(diào)節(jié)，焦爐煤氣流量在比例調(diào)節(jié)的作用下隨高爐煤氣流量變化進行調(diào)節(jié)，確保配比在k值附近，進而穩(wěn)定混合煤氣的熱值，達到滿足用戶需求。

3.2工藝改進

熱值控制方式的改進雖然滿足了熱值穩(wěn)定性需求，但該方式在現(xiàn)有工藝條件下，對于用戶發(fā)生大規(guī)模增減量時，比例調(diào)節(jié)將存在一定的滯后性。為此，增加一套循環(huán)系統(tǒng)，變更夠既滿足比例調(diào)節(jié)過程的混合煤氣配比，也能滿足用戶增減量的需求，并且反應(yīng)迅速滿足了壓力和熱值的雙重穩(wěn)定性。基于上述考慮，第五加壓站對原有工藝進行了改造，在出口總管增加了一套循環(huán)系統(tǒng)與高爐煤氣來源相接。

3.3運行實踐

經(jīng)控制方式和工藝改進后，本鋼第五煤氣加壓站供給2300mm熱連軋機組產(chǎn)線混合煤氣熱值不僅滿足了用戶需求所規(guī)定的1800±100kcal/m3，并在多年運行實踐中始終保持了1800±50kcal/m3，熱值供應(yīng)更加精細化。

結(jié)論

受熱值儀結(jié)構(gòu)設(shè)置和工作原理影響，其在生產(chǎn)實踐過程中極易出現(xiàn)偏差性和滯后性。混合煤氣加壓站的熱值調(diào)節(jié)方式如果過分依賴于熱值儀反饋信號，一旦熱值儀的偏差和滯后嚴重，便會直接影響加壓站供出的混合煤氣熱值。本鋼第五煤氣加壓站的實踐證明，采用計算熱值比例調(diào)節(jié)并適當增加循環(huán)系統(tǒng)，不僅熱值穩(wěn)定性高并且調(diào)節(jié)簡單靈活，滿足了熱值精細化控制的需要。

［1］萬磊.基于混合煤氣加壓站熱值及壓力控制的研究［J］.計算機與數(shù)字工程，2011，39（3）：171-174.

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