一種新型混合煤氣熱值調節系統

呂丹丹，高喜義

（本鋼板材股份有限公司能源總廠，遼寧本溪 117000）

1 煤氣混合裝置簡介

本鋼板材股份有限公司能源總廠現有煤氣混合系統24 套，主要以高、焦爐煤氣流量配比調節方式進行控制，這與冶金企業常見高、焦爐煤氣四蝶閥工藝有所不同。

常見四蝶閥調節工藝[1]是兩條不同熱值煤氣管道按照一定流量比例保持混合后壓力穩定，設有一套壓力調節裝置和兩套壓差調節裝置，分別在兩條煤氣管道各設置2臺調節蝶閥，工藝如圖1所示。

圖1 煤氣混合系統四蝶閥調節工藝圖

其中b、c 蝶閥具有相同流量特性，在保持蝶閥前后壓差恒定的條件下，蝶閥相對開度和相對流量之間關系相同，用壓差調節裝置保持b、c 蝶閥前后壓差恒定時，便實現通過兩蝶閥的流量比例保持不變。這種工藝適用于先混合后加壓工藝。

本鋼采用先加壓后混合技術。其中高爐煤氣加壓機后壓力恒定在17 kPa，焦爐煤氣加壓機后壓力恒定在18.5 kPa，煤氣加壓風機均采用變頻調節，壓力非常穩定，而混合煤氣壓力需要在16±0.5 kPa。為此本鋼四蝶閥混合工藝實質上是兩蝶閥調節工藝，因為兩套高爐煤氣壓力調節蝶閥一用一備，兩套焦爐煤氣流量配比調節蝶閥一用一備。其中高爐煤氣調節蝶閥以混合煤氣壓力作為調節蝶閥控制設定取值，焦爐煤氣調節蝶閥以煤氣混合后高、焦爐煤氣體積比例取值，工藝如圖2所示。

一般比例設定值以混合后高爐煤氣體積與焦爐煤氣體積之間的比值作為基礎設定值，如公式：

混合后高、焦爐煤氣比例C

由于兩種氣體壓力恒定，兩種煤氣體積之比與流量之比相同，高爐煤氣確保混合壓力穩定，焦爐煤氣根據比例計算需要配入量。通過焦爐煤氣比例調節設定控制蝶閥開度，確保混合后兩種煤氣體積比符合設定，實現高、焦爐煤氣混合熱值達到用戶熱值要求。該工藝系統配比值為固定設置參數，但熱值會隨原料氣組份變化、壓力變化而產生波動。

圖2 原有混合煤氣熱值調節系統工藝圖

2 存在問題分析

原有混合煤氣用戶對熱值需求比較寬松，近幾年本鋼進行大規模技術升級改造，用戶對混合煤氣熱值要求越來越嚴。特別是新建冷軋系統，爐溫控制均以混合煤氣熱值作為主要工藝參數，確?；旌厦簹鉄嶂捣€定問題逐漸成為能源介質生產的關鍵環節，能源總廠立即成立技術攻關小組，對確?；旌厦簹鉄嶂捣€定進行技術攻關。經過能源總廠生產技術人員和設計院燃氣專業設計人員認真分析，查找出現有混合煤氣熱值調節系統存在以下問題。

2.1 配比值固定不能實現精細化調節

傳統高、焦爐混合煤氣四蝶閥工藝主要利用兩種煤氣壓差調節控制蝶閥開度，選用相同流量特性蝶閥進行調節，通過混合煤氣壓力控制高爐煤氣蝶閥，利用壓差控制焦爐煤氣蝶閥開度，同步實現煤氣混合達到需要熱值。而本鋼兩種煤氣輸出壓力恒定，通過比例計算流量方式進行混合煤氣生產。高爐煤氣依然采用混合壓力作為設定值，焦爐煤氣采用流量配比計算設定方式進行調節。焦爐調節蝶閥為比例設置閥，比例設定為固定值，一般以比例設定值2.3(工藝取值范圍2.0-3.5)作為基礎設置，當用戶熱值要求降低時增大比例設定值，反之減小比例設定值，比例設定值的修改由人工根據用戶生產工況進行隨時調整。流量配比計算依據公式：

目前國內冷軋用戶生產需求混合煤氣熱值控制在7524±418 kJ/m3。由于上道工序高爐、焦爐爐況變化，混合煤氣壓力也隨之發生波動，直接導致混合后煤氣熱值波動，超出用戶需求，必須采用人工干預對焦爐煤氣比例調節蝶閥比例設定值進行修改，無法實現精細調節，經常造成用戶熄火和影響生產。

2.2 以熱值儀調節存在熄火和信號中斷問題

我們曾經嘗試使用混合煤氣實測熱值作為焦爐煤氣調節蝶閥控制點，即焦爐蝶閥使用熱值調節模式。但是總廠現有混合煤氣熱值儀均為燃燒式熱值儀，在系統檢修后初次啟動時受混合煤氣混合不均勻產生點火較慢，不能滿足生產需要。正常運行時也會因原料氣熱值變化、混合煤氣壓力波動而熄火，直接導致熱值調節系統失靈，影響用戶生產。這時候需要改回傳統比例調節系統，只能由人工修改程序進行恢復焦爐煤氣比例調節模式，既費時又影響正常生產。

2.3 人工監控操作偏差較大

不管焦爐煤氣調節采用比例調節還是熱值調節，都需要人工操作。實時監控工藝變化和分析熱值變化情況，適時修改焦爐煤氣調節方式和比例設定參數。這樣對職工操作技術、分析判斷能力要求極高，而且增加操作人員勞動強度，存在誤操作隱患。

3 解決方案

為此需要尋求一種既可以熱值控制又可以比例調節的雙調節系統，同時又能夠實現自動轉換，解決人工切換誤差，從而確保熱值穩定，滿足用戶生產需要。

能源總廠以新建冷軋煤氣加壓站作為試點，對原有四蝶閥混合煤氣調節系統進行技術改造：繼續使用高爐煤氣壓力調節功能，焦爐煤氣FV101 閥采用比例調節系統，FV102閥采用熱值調節系統；通過軟件編程實現焦爐煤氣兩套調節系統自動切換功能，在計算機操作界面設置人工切換和自動切換功能按鍵。工藝如圖3所示。

圖3 新型混合煤氣熱值調節系統工藝圖

在設備檢修后初啟時，操作工人選擇自動切換功能，計算機會指令焦爐煤氣FV101 閥自動運行，FV102 閥手動全開。這樣混合煤氣依據高、焦爐煤氣比例（FV101閥設定值事先設置好，一般采用比例2.6）進行焦爐煤氣比例調節，此時熱值儀可以點火運行。當熱值儀穩定，熱值數據達到用戶標準時，計算機將FV102 閥投入自動運行，FV101 閥切換至手動全開狀態，從而使焦爐煤氣調節系統轉換為熱值調節模式。

如果熱值儀出現故障或者熱值儀數據中斷熄火，計算機會立即將FV102 閥切換至手動全開，FV101 閥進入自動調節狀態，恢復比例調節功能。這樣保證高、焦爐煤氣混合過程始終處于自動控制狀態，給維護人員檢修熱值儀提供時間。為了確保熱值儀檢修期間熱值監控需要，在計算機畫面增加計算熱值功能，便于操作人員參考。直至熱值儀恢復正常，投入熱值調節系統。

為了更好的維護生產運行，計算機保留焦爐雙套調節人工切換功能：當系統在自動運行狀態選擇人工切換時，計算機維持原有狀態30 s 后可以人工操作,避免控制系統出現紊亂；當系統處于人工切換狀態，想要投入自動切換狀態，必須是FV101 自動比例調節，FV102手動全開時切換，這樣系統進入自動切換時正好是自動切換初始狀態。

4 使用效果

新型四蝶閥混合煤氣控制系統綜合比例調節和熱值調節兩種調節模式，通過計算機軟件實現自動切換功能，解決比例、熱值兩種混合煤氣調節模式存在的不足，形成優勢互補。經過半年的生產實際應用，效果明顯。

（1）此項技術改進取代老式混合煤氣熱值調節單一性，易出現影響生產事故發生，雖然沒有直接經濟效益，但是從保產保供方面做出了應有的貢獻，形成了較好的間接效益。

（2）經過改造后實現自動控制功能，解決職工誤操作影響生產問題，降低生產維護成本，由原來崗位4人操作維護減少至2人。

（3）經過6 個月的調試使用，熱值穩定切換準確，很好地保證了安全生產，消除了生產隱患，提高了設備自動化率。