混合煤氣系統的改造及熱值的穩定

李耀駒

摘 要：對混合煤氣系統中焦爐煤氣短缺、熱值穩定進行詳細的闡述，以南鋼目前混合煤氣用量、熱值要求為目標，對混合煤氣系統進行改造。

關鍵詞：混合站；熱值控制；熱值儀

1前言

南鋼煤氣儲配站內現有煤氣混合系統采用三個蝶閥的流量配比調節系統對高爐煤氣和焦爐煤氣進行混合，取高爐及焦爐煤氣管道上兩個威力巴流量計的壓差保持兩種煤氣流量比例不變的方案，自動調節焦爐煤氣的配入量，以保證混合煤氣發熱量不變。

自動化系統采用西門子S7-400系統，上位機采用西門子WINCC7.0軟件。自動控制焦爐煤氣管道調節閥開度，穩定混合煤氣熱值。

2混合站存在的問題

隨著南鋼1000萬噸產能計劃的實施，各軋鋼系統正常混合煤氣需求達到了144，100 m3/h，混合煤氣熱值在9405～9614kJ/Nm3，現有煤氣混合系統無法滿足1000萬噸產能各軋鋼系統的需要。55孔焦化的拆除，焦爐煤氣可供混合的最大量為63，700 m3/h。雖然采取改造造擴容的措施，但是由于影響到現有生產系統的正常運行難以實施，因此必須新建并考慮引入新的煤氣品種參與混合才能滿足軋鋼系統的需要

按軋鋼系統混合煤氣正常需求量144100 m3/h，混合煤氣熱值在9405 kJ /Nm3計算，高爐煤氣混入流量79，465 m3/h、焦爐煤氣混入流量61，535 m3/h，焦爐煤氣混入需求量已達到最大可供應量的96.6%。如果不引入新的煤氣品種參與混合，對于生產過程中的短期增加混合煤氣供應量或調高混合后熱值的情況已無任何調節余地。

3解決方案

3.1對現有混合管道的改造

新建一座煤氣混合系統，引入轉爐煤氣參與混合，即高爐、焦爐、轉爐煤氣混合系統。由于新建混合系統期間，不能對現有的生產造成影響，所有的新建管道并入現有管道時，必須帶壓開孔。

3.2對現有控制系統的改造

由于轉爐煤氣熱值受煉鋼煤氣回收特性的限制，轉爐煤氣管道引入在線聚光熱值儀，實時測量熱值數據引入PLC。

混合煤氣出口管道設置一臺德國尤尼UNION 在線熱值儀實時測量混合煤氣的熱值，這個熱值數據同樣也進入PLC 對焦爐煤氣混入量進行調整。

4煤氣混合系統改造

4.1焦爐煤氣管道的改造

焦爐煤氣管路沿氣流方向設置DN1400 帶壓開孔用手動閘閥、DN1400 盲板、DN1200 波紋補償器、煤氣流量孔板、DN1000 流量調節閥后接至混合點。

4.2高爐煤氣管道的改造

高爐煤氣管路沿氣流方向設置DN1400 帶壓開孔用手動閘閥、DN1400 盲板、DN1400 波紋補償器、煤氣流量孔板、DN1100 流量調節閥后接至混合點。

4.3轉爐煤氣管道新建

轉爐煤氣管路沿氣流方向設置DN1000 帶壓開孔用手動閘閥、DN1000 盲板、DN1000 波紋補償器、轉爐煤氣在線光譜分析式熱值儀（聚光科技LA-4100）、煤氣流量孔板、DN800 流量調節閥后接至混合點。

4.4 高焦轉混合煤氣系統改造示意圖：

4.4混合系統控制改造

F1=高爐煤氣流量

F2=焦爐煤氣流量

F3=轉爐煤氣流量

Q=混合煤氣的設定熱值

Q′=尤尼熱值儀測量熱值。

Q1=高爐煤氣熱值

Q2=焦爐煤氣熱值

Q3=轉爐煤氣熱值

Qj=混合煤氣計算熱值

能量守恒定律

式1

式2

式2中Q為設定熱值，Q1、Q2為離線氣相色譜儀化驗熱值，Q3為聚光在線熱值儀測量值。

F1和F2孔板流量計測量熱值。根據高爐煤氣和轉爐煤氣的流量，混合煤氣的設定熱值等數據，可以推算出焦爐煤氣的混入量，F2作為焦爐煤氣調節閥的PID塊的設定值SP。孔板流量計F2′，作為焦爐煤氣流量調節閥PID塊的過程值PV。調節閥實時跟蹤F2，使得F2'無限接近于F2，由于F2根據高爐煤氣流量、焦爐煤氣流量、轉爐煤氣熱值推算出的動態值，所以焦爐調節閥實時在調整F2′的流量。

自動調節過程分兩步

第一步：控制目標Q′=9823±5% kJ /Nm3。即9329 kJ /Nm3—10312kJ /Nm3。

根據三種氣體的單位熱值和流量，能夠計算出混合煤氣的熱值，即Qj。

式3

由于高爐煤氣熱值、焦爐煤氣熱值采用色譜儀離線測量方式，不能實時反映高爐煤氣和焦爐煤氣的單位熱值，所以Q′和Qj的差距隨著三種氣體的單位熱值實時變化。要使得Q′在9823±5%kcal/Nm3范圍內變化，操作人員根據尤尼熱值儀的變化趨勢，隨時調整混合煤氣設定值Q，改變焦爐煤氣的混入量來保證混合煤氣的熱值。在投運初期：Q′=9823±5% kJ /Nm3在一個月內的合格率能都達到98%。

在2015年10月份，應公司安能環的要求，±5%的波動調整為±3%的波動，Q′=9823±3% kJ /Nm3一個月內的合格率達到100%

此種方法弊端：操作人員時刻觀察尤尼熱值的變化，不斷調整混合煤氣設定值Q，操作人員的勞動強度增大。

第二步：由人工調整設定熱值改為：根據尤尼熱值儀Q′變化情況，自動調整設定熱值Q，實現閉環控制，解放人力資源。

PLC系統對Q′的值和9823 kJ/Nm3進行比較，兩者相差在±125kJ以內，Q值不進行調整。若偏離±125 kJ，對Q值進行正向或負向補償，每60秒調整一次，每次加減125 kJ。若Q值和Q′相差大于1254 kJ。操作人員可以對他進行復位，Q重新設定至9823 kJ /Nm3

5混合煤氣熱值穩定效果

南鋼混合煤氣熱值穩定，從初期計算熱值比例調節，到人工跟蹤熱值儀調節，再到熱值儀串級調節三個過程。熱值穩定±5%月合格率99%。±3%月合格率99%。±2%月合格率95%。經一年的運行，已經達到設計要求。

6結束語

本次煤氣混合站的改造，不僅解決了南鋼缺少焦爐煤氣的現狀，同時在熱值穩定方面取得了突破性的成果。對南鋼軋鋼廠加熱爐的綜合能耗、生產效率，都具有歷史意義。