混合煤氣熱值不穩定的原因及解決措施

張 瑩

（ 江西新余鋼鐵集團公司第一動力廠燃氣車間，江西 新余 338001）

冷軋加壓站高、焦混合煤氣系統由中冶賽迪設計院設計施工，主要是提供給公司計劃項目冷軋薄板廠使用。冷軋薄板廠由中冶南方設計院設計施工，全套軋機是法國進口的世界先進的機組，5月主體設備安裝完成，6月需要點火烘爐調試，當時提出了需要混合煤氣熱值7500±300kj/m3，煤氣流量瞬間0-22000m3/h，煤氣壓力19±0.5KPa波動的要求，否則冷軋廠連退爐無法正常運行，無法滿足現場調試及今后的生產需要。由于兩家設計單位在設計時間及對工藝控制的要求不一致，冷軋加壓站混合煤氣系統目前的工藝根本無法滿足冷軋薄板廠的運行要求。

1 熱值無法穩定的主要原因：

（1）冷軋加壓站混合煤氣系統采用的是先加壓后混合的模式，控制系統在配置上都是采用普通的方式，調節手段單一，只能對熱值和壓力要求不高，流量基本穩定的用戶提供混合煤氣。

（2）中冶賽迪設計院沒有設計煤氣熱值控制程序，煤氣流量、壓力、配比都是需要人工手動操作，依靠人工根據用戶用氣量、壓力及熱值的變化操作系統中7道控制閥門，不僅慢，而且準確度很差，根本無法滿足冷軋薄板廠的生產需要。

（3）由于高爐煤氣加壓機和焦爐煤氣加壓機設計流量都是18000m3/h，而冷軋薄板廠在正常生產時需要的煤氣量是0-22000m3/h，按加壓機安全運行的技術規程要求，單臺加壓機運行的最小供應量不能小于6000m3/h（焦爐煤氣加壓機有硅鋼、制氫用戶，可以正常運行），在目前工藝情況下，高爐煤氣加壓機只提供冷軋薄板廠用戶，因此無法正常運行。

（4）用戶混合煤氣用量是隨時瞬間波動的，在增加或減少煤氣供量時，高、焦爐煤氣的配比量會出現紊亂，造成混合煤氣熱值出現大幅波動。

（5）現場高、焦爐煤氣調節控制閥是普通的氣動蝶閥，反應時間慢、調節精度差，最小開關度是1%（有時PLC手動開關2-3%，現場閥門不動作），很難根據需要穩定控制煤氣流量，導致混合煤氣熱值波動大。

（6）熱值儀的安裝位置不符合規范要求，熱值儀安裝在高、焦爐煤氣混合點后9米左右，在混合煤氣沒有充分混合的情況下就已經取樣分析，熱值儀反映的熱值不具備參考價值，實際運行熱值在什么流量情況下出現怎樣的變化沒有可靠依據，導致調節手段和調節方式無法確定。

（7）我們是第一次采用先加壓后混合的混合煤氣供應工藝，對在小流量情況下加壓機運行及混合煤氣配比流量、壓力的控制沒有經驗。

2 解決問題的思路

（1）首先必須解決混合煤氣流量在0-22000m3/h之間瞬時波動情況下加壓機正常運行的問題。因為只有加壓機能夠正常運行，混合煤氣系統才能投入使用。

（2）需要解決混合煤氣壓力、流量、配比控制問題。先加壓后混合的運行方式中如果這些問題解決不好，混合煤氣系統壓力和流量的變化會很大，同時會產生高、焦爐煤氣加壓機煤氣互串現象，不但熱值穩定無法實現，對焦爐煤氣用戶硅鋼廠、制氫站的正常生產及系統的安全運行構成威脅。

（3）需要解決熱值儀取樣不準確的問題。中冶賽迪設計院設計熱值儀取樣點安裝在高、焦爐煤氣混合管后不到9米處。根據設計規范，混合煤氣要達到混合均應，混合后流經的距離要達到管經的15-20倍，DN1200的混合煤氣管道，熱值儀取樣點應安裝在混合管后17-25米后。

（4）調節閥調節精度差是影響混合煤氣配比量的一個關鍵因素，供應量跟不上用量的變化會導致混合煤氣壓力，熱值出現大幅波動。

（5）需要解決系統自動跟蹤調節、控制的問題。只有系統根據生產需要做到自動控制調節，才能避免混合煤氣壓力、流量變化大時配比量能及時進行跟蹤調節，達到穩定熱值的目的，滿足冷軋薄板廠的正常生產需要。

3 解決方案

（1）在目前工藝基礎上要解決加壓機流量問題，必須增加用戶點，為了盡快實現加壓機后煤氣分流，我們在混合煤氣管道上安裝一根DN377管道至轉爐煤氣加壓機進口，設定當高爐煤氣流量小于7000m3/h時，DN377管道調節閥自動開啟到適當閥位，將混合煤氣引入轉爐煤氣加壓機進口；當高爐煤氣流量大于10000m3/h時，DN377管道調節閥自動關閉，確保高爐煤氣流量在7000以上運行。為了讓壓力、熱值穩定的混合煤氣發揮更好的作用，我們提出增加混合煤氣用戶的方案，通過公司相關部門討論，決定增加中厚板廠用戶。有了中厚板廠這樣一個穩定的用戶，冷軋廠煤氣波動就不會影響到加壓機的正常運行，在中厚板廠出現檢修的特殊情況下，我們可以通過DN377管道解決煤氣波動的問題，這樣，加壓機運行安全問題得到了徹底解決。

（2）在沒有任何運行經驗的情況下，我們通過不斷的討論、運行試驗、修正，最終找到了一套合理的解決方案：首先由高、焦爐煤氣加壓機高低壓回流閥控制高、焦爐煤氣機后管網壓力，我們將高、焦爐煤氣機后壓力設定為18.5±0.5KPa，當壓力高出或低于設定壓力時，高低壓回流閥關小或開大進行調節控制；根據用戶流量變化情況，調整加壓機機前調節閥，使高低壓回流閥的開度在10-90%之間運行，避免完全關閉后機后壓力不夠，完全開啟后機后壓力無法泄壓而引起的機后壓力大幅波動情況。

將混合煤氣管網壓力設定為17±0.5KPa（經過了解，冷軋薄板廠實際需要的混合煤氣壓力為＞16KPa即可），由高爐煤氣調節閥跟蹤控制混合煤氣管網壓力，根據冷軋廠需要的混合煤氣熱值7500±300kj/m3的要求確定高、焦爐煤氣的配比值，由焦爐煤氣調節閥根據高爐煤氣流量及配比值控制需要供應的焦爐煤氣流量，以達到穩定混合煤氣壓力和熱值的目的。

（3）根據技術規范要求，混合煤氣要達到充分混合均應，需要的流動距離是運行管道直徑的15-20倍，即混合點17-24米后，目前熱值儀安裝位置明顯不夠，熱值儀表顯示熱值在5000-10000kj/m3之間波動（熱值儀的最小和最大量程），熱值儀無法反映真實數據給我們的調整帶來不利影響。如果將熱值儀取樣點進行重新按規范安裝，那么取樣點必須安裝在冷軋加壓站圍墻外鐵路旁，不便于管理且運行安全不能保障；通過改造后，熱值儀反映數據的穩定性有了明顯改善，在用戶流量穩定的情況下人工取樣分析結果與配比的計算結果和熱值儀數據基本一致，熱值儀取樣不準確的問題得到解決。

（4）現場高、焦爐煤氣調節閥是氣動機械調節裝置，閥門是普通的蝶閥，動作的靈敏度低，控制煤氣流量的能力差，只適應在要求不高的管道上使用。要達到0.1%高精度調節，需要換成比例閥，但費用很高。通過現場研究分析，我們采用了較小改動的辦法，將氣動機械調節改為氣動智能調節，使閥門能達到1%的精度調節。

（5）以上問題得到解決以后，我們進入了最關鍵的系統自動跟蹤調節、控制的環節，這個環節是混合煤氣熱值能否穩定的關鍵，也是最復雜、最難控制的一個環節，關鍵是調節閥的動作時間和動作幅度的調節控制很難把握。通過在用戶用量不斷大幅變化的情況下，我們對程控參數不斷進行記錄、修改，同時采取人工取樣分析與熱值儀對比，慢慢找出了一套自己的自動控制方法。當運行壓力接近設定壓力時，閥門動作幅度小，動作一次間隔時間長；當運行壓力遠離設定壓力時，閥門動作幅度大，動作一次間隔時間短。比如用戶用量突然增加500m3/h，運行壓力為16.7KPa，這時高爐煤氣調節閥因此開3%，3秒鐘后檢測到也能保證可以查看清晰，對于角度的調節，由我段施工人員施工，車站人員進行調節，設備部門進行驗收，多道工序進行保證。

（5）現場的道口機安裝由我段員工進行施工，由專業工程師帶隊，設備部門出圖紙，道口機采用斷電抱閘型，即使停電，道口機在風速較大的時間，也能抱閘，不至于欄桿落下傷人。對于我部老式道口機，進行改良換型，極大了節約了費用，也保證了穩定性和安全性。針對道口欄桿增加光帶，避免在夜間時，好多夜間搶修員工通過道口時車速過快，未能發現欄桿已下落，導致發生撞傷。

（6）操作畫面，由我部設備部門進行制作，采用的是組態王軟件，使操作按鈕和攝像頭都集中在軟件中，起到了集中監控的效果。

5 效果

通過此次改造，新鋼公司的道口員崗位已經全部撤除，為我部節約了相當大的費用，且此次改造完后，道路通行更加暢通，避免了夜間沖撞欄桿的事故，減少了故障處理時間，提高了作業效率，基本達到了運輸高效安全的要求。運行壓力只有達到16.9KPa，再開1%，以此類推；如用戶用量突然大幅波動，運行壓力高出19.5KPa或低于15.5KPa時，高爐煤氣調節閥每次動作8%，3秒鐘后檢測到運行壓力如進入18.3--16.7KPa范圍則繼續動作3%，直到符合要求為止；由于每個區域都對閥門的動作幅度和間隔時間進行了不同設定，混合煤氣管網壓力的穩定性完全能夠滿足冷軋薄板廠生產需要。

4 取得的效果

自動跟蹤調節、控制系統投入運行以后，我們在混合煤氣流量波動頻繁的情況下，采用人工連續取樣分析與熱值儀進行對比，在一周的時間內，混合煤氣的熱值一直穩定在7500±200kj/m3之間運行，證明我們在控制方法上找到了有效解決的辦法，隨后我們制定了每周進行一次人工取樣分析與熱值儀對比的制度，到目前為止，熱值的穩定性一直符合冷軋薄板廠生產需要，該項技術填補了公司混合煤氣熱值穩定操作的空白，達到了國內同行同工藝設備水平的最先進水平。5 存在的問題

由于公司高、焦爐煤氣在不同季節，不同冶煉時間段熱值會發生變化，冷軋加壓站只有混合煤氣管道上一臺熱值儀，當高、焦爐煤氣熱值發生變化，配比值沒有改變的情況下，混合煤氣熱值會出現相應的升高或降低。所以在日常運行中，經常需要根據高、焦爐煤氣熱值的變化進行人工修改配比值，如果能在焦爐煤氣管道上增加一臺熱值儀參與配比值的自動調節，冷軋混合煤氣的熱值會更加穩定。6 結束語

通過近6個月的冷軋混合煤氣熱值穩定控制的實踐探索，我們找到了解決問題的方法。9月，我們將該控制方法在公司熱軋加壓站進行了推廣應用，使原熱軋混合煤氣熱值由8000-14500kj/m3左右波動控制在12160±800kj/m3左右波動，極大改善了用戶的熱工制度，為公司熱軋薄板廠、中厚板廠、線棒材廠等單位提高產品成材率、穩產高產發揮了積極作用。