調整煤氣系統(tǒng)平衡，提高煤氣利用率

米振生，馮 曼，李連歡

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

鋼鐵是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)和基礎產(chǎn)業(yè)，同時又是資源、能源密集型產(chǎn)業(yè)，因此鋼鐵產(chǎn)業(yè)不斷蓬勃發(fā)展所帶來的資源、能源、環(huán)保問題日漸突出[1]。高、轉爐煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的副產(chǎn)品，也是非常寶貴的生產(chǎn)能源，除各工序自用外，仍有大量的富裕煤氣[2]。如何有效利用富裕的煤氣資源，減少放散，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益最大化，一直是聯(lián)合特鋼公司節(jié)能降耗、降本增效工作的重點。本文就聯(lián)合特鋼公司煤氣供和使用中存在的一些問題進行了分析，并提出來改進措施。

1 煤氣系統(tǒng)平衡存在的問題

聯(lián)合特鋼公司煤氣供、用設備分布線長面廣，主要用戶分布在循環(huán)經(jīng)濟區(qū)和軋制區(qū)兩個區(qū)域，隨著公司產(chǎn)能的不斷提升，煤氣產(chǎn)量也隨之提高，煤氣供、用設備分布不均以及煤氣系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等所帶來的問題也日益顯著。

1.1 不同區(qū)域煤氣管網(wǎng)壓差大

目前聯(lián)合特鋼公司生產(chǎn)過程中，每小時產(chǎn)生約產(chǎn)生60×104m3高爐煤氣和約10×104m3的轉爐煤氣供公司內部各用戶使用。3 座1 080 m3高爐煤氣的接入點正處于公司管網(wǎng)中點位置，大高爐風壓高、氣量大。位于公司東側的循環(huán)經(jīng)濟區(qū)內有兩座500 m3高爐，因風壓低、風量小，很難將產(chǎn)出的煤氣送到軋制區(qū)，其中一座500 m3高爐的煤氣直接輸送到循環(huán)經(jīng)濟區(qū)管網(wǎng)末端。

目前循環(huán)經(jīng)濟區(qū)只有65 MW 煤氣發(fā)電一個主要煤氣用戶，每小時僅消耗煤氣20×104m3。而位于公司西側的軋制區(qū)現(xiàn)運行著4 條帶鋼生產(chǎn)線和3套25 MW 煤氣發(fā)電機組，每小時消耗煤氣約45×104m3。這就造成循環(huán)經(jīng)濟區(qū)煤氣壓力偏高，而軋制區(qū)煤氣管網(wǎng)的壓力較低，管網(wǎng)輸送出現(xiàn)瓶頸，正常運行時循環(huán)經(jīng)濟區(qū)與軋制區(qū)煤氣壓力壓差可以達到5 KPa 左右。因帶鋼產(chǎn)品是公司效益的重要增長點，所以當軋制區(qū)煤氣壓力低供應不足時，需要經(jīng)常以降低發(fā)電負荷來保證帶鋼廠安全、連續(xù)生產(chǎn)。同時由于循環(huán)經(jīng)濟區(qū)管網(wǎng)壓力高，每次65 MW 發(fā)電檢修都需要高爐控制風壓，造成大量煤氣放散，不僅影響生產(chǎn)穩(wěn)定，污染環(huán)境，同時也浪費了寶貴的生產(chǎn)資源。

1.2 煤氣管網(wǎng)壓力過高存在一定的安全風險

為保證高熱值的轉爐煤氣全部回收，現(xiàn)直接將經(jīng)加壓機加壓后轉爐煤氣混配到22A 盲板閥組后，大量的轉爐煤氣混入，導致22A 盲板閥組后的煤氣壓力升高。煤氣管網(wǎng)局部壓力升高，會存在很大的安全危隱患[3]。

（1）管網(wǎng)壓力高增加了管網(wǎng)流速，流速過快，易產(chǎn)生靜電，對管網(wǎng)安全運行造成威脅。

（2）壓力高對于運行10 年以上的煤氣管網(wǎng)起到的危害作用更加明顯。

1.3 煤氣放散量大

（1）由于公司產(chǎn)能不斷提高，煤氣產(chǎn)出量也隨之不斷增加，如遇用戶檢修或者設備故障停產(chǎn)時，煤氣需求量降低，煤氣柜柜容有限，無法維持煤氣管網(wǎng)平衡，造成高爐煤氣的大量放散。

（2）由于循環(huán)經(jīng)濟區(qū)煤氣用戶少，煤氣管道壓力大，當煤氣柜柜容不足時，需要大量放散高爐煤氣來降低管網(wǎng)壓力。

（3）煤氣發(fā)電機組受電網(wǎng)用電制約，不能長期滿負荷生產(chǎn)，煤氣管道壓力過高時，為了生產(chǎn)運行安全，不得不通過大量煤氣放散來緩解過高的煤氣管道壓力。

2 調整煤氣系統(tǒng)平衡的方法

2.1 貫通煤氣管道，平衡煤氣壓力

對公司整體管網(wǎng)進行排查，判斷出阻力大、輸送量產(chǎn)生瓶頸的部位后，在22A 盲板閥組兩端帶壓開孔，安裝兩個DN2600 mm 管接頭，并將兩個接頭進行管道連接，管道直徑為DN3200 mm；根據(jù)燃氣管道GB6222-2005 相關要求，考慮以后軋制區(qū)的發(fā)展需要，在DN3200 mm 管道上抽取接頭，并安裝DN1600 mm 閥門組兩套，安裝DN500 mm 蝶閥兩臺。

各項工作完成后投入新安裝的煤氣管道，管道投入后有效緩解了因大量轉爐煤氣混入導致的22A盲板后管網(wǎng)壓力過大的問題，降低循環(huán)經(jīng)濟區(qū)與軋制區(qū)之間的壓差，維護管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.2 協(xié)調供、用設備，減少煤氣放散

（1）穩(wěn)定發(fā)電負荷，減少頻繁操作，提高機組的連續(xù)運行時間。

（2）穩(wěn)定煤氣壓力，減少波動，提高加熱爐效率。

（3）根據(jù)公司的檢修計劃，提前對供氣系統(tǒng)進行調整，減少因為供、用設備檢修，煤氣供、用量變化對系統(tǒng)造成的沖擊。

（4）制定煤氣平衡表格，熟悉各煤氣用戶的煤氣使用量。

（5）調度人員要掌握煉鐵煤氣產(chǎn)量與風量的關系，了解高爐煤氣自用比例，根據(jù)外送煤氣量、煤氣壓力適時調整發(fā)電負荷；根據(jù)鐵廠高爐運行參數(shù)，判斷高爐運行狀態(tài)，掌握瞬時煤氣變化，保證煤氣管網(wǎng)平衡。

2.3 充分利用煤氣柜的緩沖作用

充分利用20×104m3煤氣柜柜容調整、穩(wěn)定煤氣壓力，對整個管網(wǎng)系統(tǒng)起到緩沖作用。遇到煤氣壓力低或煤氣用戶全部生產(chǎn)時，釋放柜容，在煤氣用戶檢修或煤氣壓力高時，最大限度的回收富裕煤氣，緩解管網(wǎng)壓力。根據(jù)生產(chǎn)的動態(tài)變化，及時的調整煤氣壓力，最大限度的保證各用戶用氣需求，減少放散浪費和低負荷運行的情況，實現(xiàn)煤氣管網(wǎng)動態(tài)供需平衡。

3 實施效果評價及分析

上述改善措施實施后，循環(huán)經(jīng)濟區(qū)煤氣管網(wǎng)壓力降低，軋制區(qū)帶鋼廠的四條軋鋼加熱爐以及25 MW 煤氣發(fā)電煤氣管網(wǎng)的壓力升高，循環(huán)經(jīng)濟區(qū)與軋制區(qū)之間的壓差減小，發(fā)電負荷穩(wěn)定、發(fā)電量顯著增加，高爐煤氣放散量明顯減少。

3.1 煤氣管網(wǎng)阻力、壓差減小

改善措施實施前后，循環(huán)經(jīng)濟區(qū)與軋制區(qū)煤氣管道壓力變化如圖1 所示。措施實施后軋制區(qū)的煤氣管網(wǎng)壓力升高到9～10 KPa 左右運行，煤氣管道壓力升高促使帶鋼加熱爐煤氣供應充足，不需要再頻繁調整發(fā)電負荷保證其供氣壓力。

與此同時，循環(huán)經(jīng)濟區(qū)煤氣管道壓力得到緩解，降低到11～12 KPa 左右運行，循環(huán)經(jīng)濟區(qū)與軋制區(qū)的煤氣壓力壓差由實施前3.5～4.8 KPa 降低到1.8～2.8 KPa（見圖2），解決了兩個區(qū)域之間的供氣瓶頸，促進了煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)供需平衡，為煤氣管網(wǎng)的運行安全提供了有力保障。

3.2 煤氣放散率降低

改善措施實施前后，高爐煤氣放散量變化如圖3 所示。改善前每天高爐煤氣放散量為54×104～85×104m3，改善后放散量明顯降低，有效減少了煤氣資源的浪費，保護了大氣環(huán)境，提高了煤氣的回收利用率，為煤氣發(fā)電提供了充足的能源。

圖1 改善前后煤氣壓力變化

圖2 改善前后煤氣壓差變化

圖3 改善前后煤氣放散量變化

3.3 煤氣發(fā)電量提高

改善措施實施前后每日發(fā)電量變化如圖4 所示。改善前每日發(fā)電量在330×104～335×104KWh 左右。跟蹤5 天內，除為保證帶鋼加熱爐壓力時間4.75小時、降發(fā)電負荷3.25 小時、影響發(fā)電量35 000 KWh 外，改善措施實施后，帶鋼加熱爐沒有因煤氣壓力低而等溫，發(fā)電沒有因為煤氣壓力低而降負荷，每日發(fā)電量明顯升高，保持在每天335×104～336×104KWh 左右，平均每天增加26 240 KWh 發(fā)電量，煤氣利用率得到了有效提升，節(jié)省了大量外購電費。

圖4 改善前后煤氣發(fā)電量變化

4 結語

通過貫通煤氣管道，平衡煤氣壓力；協(xié)調供、用設備，減少放散；充分利用煤氣柜的緩沖作用等措施，有效促進了煤氣管網(wǎng)供需平衡。

（1）解決了因煤氣供、用設備分布不均帶來的管網(wǎng)壓差大、放散量大以及局部阻力過高的問題。

（2）在保障四條帶鋼生產(chǎn)線的穩(wěn)定生產(chǎn)的同時，也實現(xiàn)了煤氣發(fā)電的高負荷穩(wěn)定運行，提高了煤氣發(fā)電量。

（3）保證煤氣管網(wǎng)安全穩(wěn)定的同時，降低了煤氣放散量，減少了不必要的浪費和環(huán)境污染，實現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能減排、降本增效的目的。