鋼鐵企業轉爐煤氣柜集群最優化控制

姚海峰，吳禮云，李　鵬，陳德磊

前言

轉爐煤氣回收占整個轉爐工序能源回收總量的80%～90%，是負能煉鋼和降低工序能耗的關鍵環節[1]。轉爐煤氣柜的作用是解決煉鋼間接冶煉和煤氣用戶連續用氣之間的矛盾，目前國內外鋼鐵企業轉爐煤氣的回收基本都是多對多的回收模式，即多座轉爐對應多座煤氣柜，轉爐煤氣柜對轉爐煤氣的回收、緩存，提高轉氣回收率起到了重要作用。

筆者以某鋼鐵企業煤氣柜區3座8萬m3轉爐煤氣柜采用兩段式橡膠密封，并聯布置，設計小皮膜上升壓力2.5 kPa、大皮膜3.0 kPa，3座氣柜在線運行時，存在柜位高度差異，尤其是煉鋼2爐或3爐以上同時回收時1#、2#煤氣柜易造成柜位高，導致煤氣的拒收或限收，造成極大的能源浪費，為減少限收或拒收，提高能源利用率，對3座威金斯型煤氣柜的運行方式進行探討。

1　工藝概況

3座8萬m3轉爐煤氣柜并聯布置，對應煉鋼5座轉爐，轉爐煤氣通過回收總管進入煤氣柜內緩存，經加壓機提壓后輸送給用戶使用，如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

2　問題的提出

由于3座轉氣柜入口總管位于1#、2#柜中間，3#柜距離遠，管道壓損大，同時3座煤氣柜制安、配重略有差異，造成3座氣柜上升壓力不等，實際運行中柜內壓力1#柜P1＜2#柜P2＜3#柜P3，回收時1#/2#柜上升快，易柜位高，需要操作人員頻繁的調整氣柜出入口調節閥做出調整。

對于煤氣柜而言，氣柜保持不動或少動狀態，對氣柜的安全運行、皮膜、防回轉等設施也是最有利的；但是局限于轉爐的間接冶煉和用戶連續保供之間的矛盾，完全依賴于轉爐煤氣柜的緩存作用來解決，不可避免地造成氣柜的反復升降，對于皮膜氣柜而言一般皮膜使用壽命是按照屈撓性能來進行評價的，規范要求一般屈撓性能次數大于120萬次，使用年限一般10～12年，因此如何解決氣柜緩存和皮膜屈撓性能之間的矛盾顯得日益突出。

3　解決思路

3座轉爐煤氣柜的同升同降，增加煤氣柜集群的緩存能力，最大限度地發揮煤氣柜集群的緩存能力，同時3座轉爐煤氣柜穩定均勻輸出，降低氣柜集群中單座氣柜的大幅升降，減少皮膜的折皺頻次。

（1）控制模型

3座轉爐煤氣柜進出口調節閥開度的極限位置進行設定,在此極限范圍內,以設定的時間作為一個掃描周期，出口調節閥在此掃描周期內，柜位差滿足閥位調節的要求，3座煤氣柜出口調節閥按照既定程序進行調節，一旦柜位差發生變化，出口調節閥開度保持不變，且重新計算掃描周期，直至滿足條件時對閥位進行調節。入口調節閥在此掃描周期內，柜位差、同時回收爐數滿足閥位調節要求，3座煤氣柜入口調節閥按照既定程序進行調節，一旦參數發生變化，入口調節閥開度保持不變，且重新計算掃描周期，直至滿足條件時對閥位進行調節。

（2）參數定義：

柜位 V，萬 m3；

柜位差 ΔV，萬 m3；

基準壓力 P0，kPa；

柜內壓力 P，kPa；

閥位開度D；

入口調節閥調節比例：ΔD；

出口調節閥調節比例：ΔD′；

掃描周期 T，s；

加壓機出口總流量Q，萬m3/h；

1#轉爐煤氣柜入口調節閥：11（角標）；

1#轉爐煤氣柜出口調節閥：12（角標）；

2#轉爐煤氣柜入口調節閥：21（角標）；

2#轉爐煤氣柜出口調節閥：22（角標）；

3#轉爐煤氣柜入口調節閥：31（角標）；

3#轉爐煤氣柜出口調節閥：32（角標）。

柜位限定：

3座轉爐煤氣柜中的兩座煤氣柜的柜位差不大于1萬m3，即 ΔV=V1-V2=V1-V3=V2-V3≤1。

閥位限定：

3座氣柜入口調節閥：一爐回收時D11+D21+D31≥90%，兩爐同時回收時D11+D21+D31≥160%，三爐同時回收時D11+D21+D31≥260%。

3座氣柜出口調節閥：根據加壓機出口流量Q設定,Q≤4時 D12+D22+D32=90%；4≤Q≤8時D12+D22+D32≥90%；8≤Q≤12時 D12+D22+D32≥180%；Q≥12時D12+D22+D32≥260%。

調節比例：

其中一座轉爐煤氣柜進出口調節閥單次調節時的調節量，其值暫定為ΔD=20%。

掃描周期：

煤氣柜進出口閥門開度兩次調節之間的最短時間間隔，其值根據柜位差設定，具體如下：

若ΔV ≤1，T=60 s；

若1＜ ΔV ≤2，T=40 s；

若ΔV ＞2，T=20 s。

（3）調節方法

若ΔV ≤1，進出口閥位開度保持不變；

若ΔV＞1，對應柜位低的入口調節閥增加ΔD、出口調節閥減少ΔD′；對應柜位高的入口調節閥減少ΔD、出口調節閥增加ΔD′。

上述相關數值均為暫定值，具體實施根據試驗情況可進行適當調整。

4　結論

目前關于轉爐煤氣柜集群的同升同降仍處于探討階段，但隨著鋼鐵企業煤氣系統的精細化操作進一步深化，轉氣回收的自動化實施勢在必行，除了符合未來無人化、智能化站所的建設要求，還能夠降低轉爐煤氣柜皮膜、防回轉等設施運行的頻次，延長其使用壽命，給企業帶來實實在在的經濟效益。

[參考文獻]

[1]黃衛超，馬林.轉爐煤氣的回收和利用[J].寶鋼技術，2009（3）.