混合煤氣熱值不穩(wěn)定的原因及解決措施

張 瑩

（ 江西新余鋼鐵集團(tuán)公司第一動(dòng)力廠燃?xì)廛囬g，江西 新余 338001）

冷軋加壓站高、焦混合煤氣系統(tǒng)由中冶賽迪設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)施工，主要是提供給公司計(jì)劃項(xiàng)目冷軋薄板廠使用。冷軋薄板廠由中冶南方設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)施工，全套軋機(jī)是法國進(jìn)口的世界先進(jìn)的機(jī)組，5月主體設(shè)備安裝完成，6月需要點(diǎn)火烘爐調(diào)試，當(dāng)時(shí)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(dòng)的要求，否則冷軋廠連退爐無法正常運(yùn)行，無法滿足現(xiàn)場調(diào)試及今后的生產(chǎn)需要。由于兩家設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)間及對(duì)工藝控制的要求不一致，冷軋加壓站混合煤氣系統(tǒng)目前的工藝根本無法滿足冷軋薄板廠的運(yùn)行要求。

1 熱值無法穩(wěn)定的主要原因：

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

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

（3）由于高爐煤氣加壓機(jī)和焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)設(shè)計(jì)流量都是18000m3/h，而冷軋薄板廠在正常生產(chǎn)時(shí)需要的煤氣量是0-22000m3/h，按加壓機(jī)安全運(yùn)行的技術(shù)規(guī)程要求，單臺(tái)加壓機(jī)運(yùn)行的最小供應(yīng)量不能小于6000m3/h（焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)有硅鋼、制氫用戶，可以正常運(yùn)行），在目前工藝情況下，高爐煤氣加壓機(jī)只提供冷軋薄板廠用戶，因此無法正常運(yùn)行。

（4）用戶混合煤氣用量是隨時(shí)瞬間波動(dòng)的，在增加或減少煤氣供量時(shí)，高、焦?fàn)t煤氣的配比量會(huì)出現(xiàn)紊亂，造成混合煤氣熱值出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

（5）現(xiàn)場高、焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)控制閥是普通的氣動(dòng)蝶閥，反應(yīng)時(shí)間慢、調(diào)節(jié)精度差，最小開關(guān)度是1%（有時(shí)PLC手動(dòng)開關(guān)2-3%，現(xiàn)場閥門不動(dòng)作），很難根據(jù)需要穩(wěn)定控制煤氣流量，導(dǎo)致混合煤氣熱值波動(dòng)大。

（6）熱值儀的安裝位置不符合規(guī)范要求，熱值儀安裝在高、焦?fàn)t煤氣混合點(diǎn)后9米左右，在混合煤氣沒有充分混合的情況下就已經(jīng)取樣分析，熱值儀反映的熱值不具備參考價(jià)值，實(shí)際運(yùn)行熱值在什么流量情況下出現(xiàn)怎樣的變化沒有可靠依據(jù)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)手段和調(diào)節(jié)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(yīng)工藝，對(duì)在小流量情況下加壓機(jī)運(yùn)行及混合煤氣配比流量、壓力的控制沒有經(jīng)驗(yàn)。

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(shí)波動(dòng)情況下加壓機(jī)正常運(yùn)行的問題。因?yàn)橹挥屑訅簷C(jī)能夠正常運(yùn)行，混合煤氣系統(tǒng)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(yùn)行方式中如果這些問題解決不好，混合煤氣系統(tǒng)壓力和流量的變化會(huì)很大，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生高、焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)煤氣互串現(xiàn)象，不但熱值穩(wěn)定無法實(shí)現(xiàn)，對(duì)焦?fàn)t煤氣用戶硅鋼廠、制氫站的正常生產(chǎn)及系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

（3）需要解決熱值儀取樣不準(zhǔn)確的問題。中冶賽迪設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)熱值儀取樣點(diǎn)安裝在高、焦?fàn)t煤氣混合管后不到9米處。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，混合煤氣要達(dá)到混合均應(yīng)，混合后流經(jīng)的距離要達(dá)到管經(jīng)的15-20倍，DN1200的混合煤氣管道，熱值儀取樣點(diǎn)應(yīng)安裝在混合管后17-25米后。

（4）調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)精度差是影響混合煤氣配比量的一個(gè)關(guān)鍵因素，供應(yīng)量跟不上用量的變化會(huì)導(dǎo)致混合煤氣壓力，熱值出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

（5）需要解決系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)、控制的問題。只有系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)需要做到自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，才能避免混合煤氣壓力、流量變化大時(shí)配比量能及時(shí)進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定熱值的目的，滿足冷軋薄板廠的正常生產(chǎn)需要。

3 解決方案

（1）在目前工藝基礎(chǔ)上要解決加壓機(jī)流量問題，必須增加用戶點(diǎn)，為了盡快實(shí)現(xiàn)加壓機(jī)后煤氣分流，我們?cè)诨旌厦簹夤艿郎习惭b一根DN377管道至轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)進(jìn)口，設(shè)定當(dāng)高爐煤氣流量小于7000m3/h時(shí)，DN377管道調(diào)節(jié)閥自動(dòng)開啟到適當(dāng)閥位，將混合煤氣引入轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)進(jìn)口；當(dāng)高爐煤氣流量大于10000m3/h時(shí)，DN377管道調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉，確保高爐煤氣流量在7000以上運(yùn)行。為了讓壓力、熱值穩(wěn)定的混合煤氣發(fā)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(guān)部門討論，決定增加中厚板廠用戶。有了中厚板廠這樣一個(gè)穩(wěn)定的用戶，冷軋廠煤氣波動(dòng)就不會(huì)影響到加壓機(jī)的正常運(yùn)行，在中厚板廠出現(xiàn)檢修的特殊情況下，我們可以通過DN377管道解決煤氣波動(dòng)的問題，這樣，加壓機(jī)運(yùn)行安全問題得到了徹底解決。

（2）在沒有任何運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的情況下，我們通過不斷的討論、運(yùn)行試驗(yàn)、修正，最終找到了一套合理的解決方案：首先由高、焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)高低壓回流閥控制高、焦?fàn)t煤氣機(jī)后管網(wǎng)壓力，我們將高、焦?fàn)t煤氣機(jī)后壓力設(shè)定為18.5±0.5KPa，當(dāng)壓力高出或低于設(shè)定壓力時(shí)，高低壓回流閥關(guān)小或開大進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；根據(jù)用戶流量變化情況，調(diào)整加壓機(jī)機(jī)前調(diào)節(jié)閥，使高低壓回流閥的開度在10-90%之間運(yùn)行，避免完全關(guān)閉后機(jī)后壓力不夠，完全開啟后機(jī)后壓力無法泄壓而引起的機(jī)后壓力大幅波動(dòng)情況。

將混合煤氣管網(wǎng)壓力設(shè)定為17±0.5KPa（經(jīng)過了解，冷軋薄板廠實(shí)際需要的混合煤氣壓力為＞16KPa即可），由高爐煤氣調(diào)節(jié)閥跟蹤控制混合煤氣管網(wǎng)壓力，根據(jù)冷軋廠需要的混合煤氣熱值7500±300kj/m3的要求確定高、焦?fàn)t煤氣的配比值，由焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)閥根據(jù)高爐煤氣流量及配比值控制需要供應(yīng)的焦?fàn)t煤氣流量，以達(dá)到穩(wěn)定混合煤氣壓力和熱值的目的。

（3）根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，混合煤氣要達(dá)到充分混合均應(yīng)，需要的流動(dòng)距離是運(yùn)行管道直徑的15-20倍，即混合點(diǎn)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(dòng)（熱值儀的最小和最大量程），熱值儀無法反映真實(shí)數(shù)據(jù)給我們的調(diào)整帶來不利影響。如果將熱值儀取樣點(diǎn)進(jìn)行重新按規(guī)范安裝，那么取樣點(diǎn)必須安裝在冷軋加壓站圍墻外鐵路旁，不便于管理且運(yùn)行安全不能保障；通過改造后，熱值儀反映數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性有了明顯改善，在用戶流量穩(wěn)定的情況下人工取樣分析結(jié)果與配比的計(jì)算結(jié)果和熱值儀數(shù)據(jù)基本一致，熱值儀取樣不準(zhǔn)確的問題得到解決。

（4）現(xiàn)場高、焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)閥是氣動(dòng)機(jī)械調(diào)節(jié)裝置，閥門是普通的蝶閥，動(dòng)作的靈敏度低，控制煤氣流量的能力差，只適應(yīng)在要求不高的管道上使用。要達(dá)到0.1%高精度調(diào)節(jié)，需要換成比例閥，但費(fèi)用很高。通過現(xiàn)場研究分析，我們采用了較小改動(dòng)的辦法，將氣動(dòng)機(jī)械調(diào)節(jié)改為氣動(dòng)智能調(diào)節(jié)，使閥門能達(dá)到1%的精度調(diào)節(jié)。

（5）以上問題得到解決以后，我們進(jìn)入了最關(guān)鍵的系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)、控制的環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)是混合煤氣熱值能否穩(wěn)定的關(guān)鍵，也是最復(fù)雜、最難控制的一個(gè)環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作幅度的調(diào)節(jié)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(duì)程控參數(shù)不斷進(jìn)行記錄、修改，同時(shí)采取人工取樣分析與熱值儀對(duì)比，慢慢找出了一套自己的自動(dòng)控制方法。當(dāng)運(yùn)行壓力接近設(shè)定壓力時(shí)，閥門動(dòng)作幅度小，動(dòng)作一次間隔時(shí)間長；當(dāng)運(yùn)行壓力遠(yuǎn)離設(shè)定壓力時(shí)，閥門動(dòng)作幅度大，動(dòng)作一次間隔時(shí)間短。比如用戶用量突然增加500m3/h，運(yùn)行壓力為16.7KPa，這時(shí)高爐煤氣調(diào)節(jié)閥因此開3%，3秒鐘后檢測到也能保證可以查看清晰，對(duì)于角度的調(diào)節(jié)，由我段施工人員施工，車站人員進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)備部門進(jìn)行驗(yàn)收，多道工序進(jìn)行保證。

（5）現(xiàn)場的道口機(jī)安裝由我段員工進(jìn)行施工，由專業(yè)工程師帶隊(duì)，設(shè)備部門出圖紙，道口機(jī)采用斷電抱閘型，即使停電，道口機(jī)在風(fēng)速較大的時(shí)間，也能抱閘，不至于欄桿落下傷人。對(duì)于我部老式道口機(jī)，進(jìn)行改良換型，極大了節(jié)約了費(fèi)用，也保證了穩(wěn)定性和安全性。針對(duì)道口欄桿增加光帶，避免在夜間時(shí)，好多夜間搶修員工通過道口時(shí)車速過快，未能發(fā)現(xiàn)欄桿已下落，導(dǎo)致發(fā)生撞傷。

（6）操作畫面，由我部設(shè)備部門進(jìn)行制作，采用的是組態(tài)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(jiān)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(jīng)全部撤除，為我部節(jié)約了相當(dāng)大的費(fèi)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(shí)間，提高了作業(yè)效率，基本達(dá)到了運(yùn)輸高效安全的要求。運(yùn)行壓力只有達(dá)到16.9KPa，再開1%，以此類推；如用戶用量突然大幅波動(dòng)，運(yùn)行壓力高出19.5KPa或低于15.5KPa時(shí)，高爐煤氣調(diào)節(jié)閥每次動(dòng)作8%，3秒鐘后檢測到運(yùn)行壓力如進(jìn)入18.3--16.7KPa范圍則繼續(xù)動(dòng)作3%，直到符合要求為止；由于每個(gè)區(qū)域都對(duì)閥門的動(dòng)作幅度和間隔時(shí)間進(jìn)行了不同設(shè)定，混合煤氣管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性完全能夠滿足冷軋薄板廠生產(chǎn)需要。

4 取得的效果

自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，我們?cè)诨旌厦簹饬髁坎▌?dòng)頻繁的情況下，采用人工連續(xù)取樣分析與熱值儀進(jìn)行對(duì)比，在一周的時(shí)間內(nèi)，混合煤氣的熱值一直穩(wěn)定在7500±200kj/m3之間運(yùn)行，證明我們?cè)诳刂品椒ㄉ险业搅擞行Ы鉀Q的辦法，隨后我們制定了每周進(jìn)行一次人工取樣分析與熱值儀對(duì)比的制度，到目前為止，熱值的穩(wěn)定性一直符合冷軋薄板廠生產(chǎn)需要，該項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了公司混合煤氣熱值穩(wěn)定操作的空白，達(dá)到了國內(nèi)同行同工藝設(shè)備水平的最先進(jìn)水平。5 存在的問題

由于公司高、焦?fàn)t煤氣在不同季節(jié)，不同冶煉時(shí)間段熱值會(huì)發(fā)生變化，冷軋加壓站只有混合煤氣管道上一臺(tái)熱值儀，當(dāng)高、焦?fàn)t煤氣熱值發(fā)生變化，配比值沒有改變的情況下，混合煤氣熱值會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的升高或降低。所以在日常運(yùn)行中，經(jīng)常需要根據(jù)高、焦?fàn)t煤氣熱值的變化進(jìn)行人工修改配比值，如果能在焦?fàn)t煤氣管道上增加一臺(tái)熱值儀參與配比值的自動(dòng)調(diào)節(jié)，冷軋混合煤氣的熱值會(huì)更加穩(wěn)定。6 結(jié)束語

通過近6個(gè)月的冷軋混合煤氣熱值穩(wěn)定控制的實(shí)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(jìn)行了推廣應(yīng)用，使原熱軋混合煤氣熱值由8000-14500kj/m3左右波動(dòng)控制在12160±800kj/m3左右波動(dòng)，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(chǎn)品成材率、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)發(fā)揮了積極作用。