韶鋼煤氣系統壓力穩定措施探討

危中良，陳富林

(廣東韶鋼松山股份有限公司，廣東韶關 512122)

前言

工業煤氣是鋼鐵企業在生產過程中產生的二次能源，占鋼鐵企業總能源消耗的30%左右。鋼鐵企業是能源消耗大戶，面臨著巨大的節能減排壓力，而減少煤氣放散，提高煤氣綜合利用效率，可降低企業能源成本，增強企業成本競爭力，因此提高煤氣利用效率成為鋼鐵企業的內在需求和必然選擇。同時煤氣是一種有毒氣體，煤氣安全是冶金企業不可忽視的一項工作，為此如何確保其安全使用至關重要。

1 煤氣系統壓力穩定的重要性

一般長流程的鋼鐵企業有三大爐，即：高爐、焦爐、轉爐。三大爐的副產品分別為高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣，統稱煤氣。因煤氣中含有一定量的CO氣體，是一種有毒的可燃氣體。在煤氣利用過程中，若使用不當，就會導致煤氣三大事故的發生，給企業造成人員傷亡和巨大的經濟損失。

煤氣系統在運行過程中因煤氣壓力不穩定、波動過大，超過系統允許范圍，會引起煤氣三大事故的發生。如：系統壓力過高，會使煤氣系統排水器水封擊穿，或者煤氣設施的泄爆閥、安全閥啟動，導致煤氣外泄，從而易造成中毒、著火、爆炸事故。若壓力過低，無法滿足煤氣用戶的生產需求，甚至會造成煤氣設施呈負壓運行，導致更大的安全事故。

除此之外，煤氣系統壓力不穩定導致煤氣用戶工藝生產的熱工制度得不到保證，既影響產品質量，又增加產品單位熱耗。

綜上所述煤氣系統壓力波動過大不利于企業安全生產與節能減排，因此鋼鐵企業在利用煤氣的過程中，保持系統中煤氣壓力的穩定具有極其重要的意義。

2 煤氣系統壓力波動的原因

鋼鐵企業副產煤氣的發生量與消耗量，是影響煤氣動態平衡狀況的主要因素。煤氣系統壓力波動的主要原因有以下兩方面：

2.1 生產正常情況下形成的波動

鋼鐵企業副產煤氣的發生量與消耗量經常隨生產工藝狀態的改變而產生波動。

（1）系統設備在正常運行情況下,煤氣產生量或消耗量均存在一定的波動性，如：熱風爐換爐、焦爐換向等情況都將造成系統內煤氣耗量變化，導致煤氣系統壓力波動；當加熱坯料品種、規格、物理性質、軋鋼產量等發生變化時，加熱工藝也隨之發生變化，煤氣用量也相應變化，這必然造成系統內煤氣壓力的大幅度波動。

(2）混合煤氣是由高、焦、轉爐3種煤氣配置而成，如高、焦、轉爐煤氣配比不穩定，會造成混合煤氣熱值隨時發生變化，也能引起煤氣系統壓力大幅度波動。

2.2 生產異常情況下形成的波動

（1）生產組織不力導致煤氣系統產供不平衡，從而造成系統煤氣量過小或過多，系統失效，壓力在上限或下限運行，極易引發安全事故。

（2）設備出現故障、突然減產、停產（如：高爐減風、待料、出管道等），引起煤氣產量或用量大幅度變化，從而導致管網壓力異常波動，在此種條件下，極易發生煤氣事故。

3 韶鋼近年來煤氣系統穩壓的措施

3.1 技術措施

3.1.1 充分發揮煤氣柜瞬時調壓作用

2015年將以前離線運行的10萬m3高爐煤氣柜和7萬m3焦爐煤氣柜改為在線并網運行。針對焦爐煤氣系統存在的問題，為確保7萬m3焦爐煤氣柜更好地發揮穩定焦爐煤氣管網壓力的作用，2017年將7萬m3柜貯存壓力從5.0 kPa調整為4.8 kPa。

3.1.2 發揮2座轉爐煤氣柜的有效柜容

將2套獨立的轉爐煤氣回收系統中的2座（8萬m3和12萬m3）轉爐煤氣柜改為柜前聯通，解決了8萬m3柜（回收3座120 t轉爐產生的煤氣）能力不足的問題，有效地降低了因柜滿導致的轉爐煤氣柜拒收頻次。

3.1.3 混合煤氣配置、供應系統的改造

（1）2017年取消三柜區二混氣（轉爐煤氣中摻入少量的焦爐煤氣）向混合煤氣供應，將三柜區的轉爐煤氣改為向高爐煤氣管網供應。因此公司混合煤氣全部由四柜區進行供應，解決了三、四柜區2套混合煤氣供應系統煤氣熱值、壓力不匹配造成的煤氣用戶壓力、熱值波動過大的問題，同時也解決了多年來因轉爐煤氣用戶單一（用于配混合煤氣），受混合煤氣用量的影響，轉爐煤氣存在零星放散的問題。

（2）將四柜區的混合煤氣系統改造成自動配置系統。

3.2 管理措施

3.2.1 根據煤氣用戶的重要程度，設置用戶等級用氣制度

設立了三級用氣制度：一級用戶為高爐焦爐用氣、混合站、供風用煤氣鍋爐，二級用戶為軋材系統，三級用戶為煤氣鍋爐、石灰窯、主體生產工序外的煤氣用戶。

三級用戶是緩沖用戶，緩沖用戶為煤氣鍋爐、石灰窯等，其中煤氣鍋爐作為首選緩沖用戶，石灰窯作為次要緩沖用戶。

3.2.2 設置管網剩余煤氣自動放散

綜合考慮10萬m3高爐煤氣柜的貯存壓力及其所在管網的位置，重新對6#、7#、8#三座放散塔的放散壓力進行了設置，并在3個放散塔設置了管網剩余煤氣自動放散功能，以滿足異常情況下將煤氣管網壓力波動控制在正常范圍內。

3.2.3 日常煤氣平衡管控

鋼鐵企業煤氣平衡分為靜態平衡和動態平衡。靜態平衡是結合生產計劃、檢修計劃等影響因素，對一段時期內的煤氣產出量、消耗量和需求量進行預測性的平衡。動態平衡則是指對生產過程煤氣壓力、流量、熱值等參數采取的即時平衡。

目前韶鋼兩種平衡方法都采用。靜態平衡由管技人員負責，對某一個時期的生產組織模式提供指導意見。動態平衡由當班調度完成，依據管網壓力以及煤氣柜柜位狀況，及時調整緩沖煤氣用戶的用量，控制煤氣系統壓力在允許范圍內。

4 韶鋼近年來煤氣系統壓力穩定存在的問題

鋼鐵企業副產煤氣的發生量與消耗量經常隨生產工藝狀態的改變而產生波動，波動幅度與企業煤氣系統的硬件設施（如調壓設施）以及煤氣管理水平息息相關。目前韶鋼還存在煤氣壓力波動過大，引起煤氣鍋爐突停、煤氣水封沖穿等問題。

4.1 高爐煤氣柜調壓能力不足

與煤氣柜相比，用煤氣鍋爐調節煤氣存在滯后性，特別是大流量調節尤其嚴重，需要的時間長（一般約為0.5 h）。因此在實際運行中煤氣鍋爐不能取代煤氣柜，實現瞬時調壓功能。

目前韶鋼3座高爐生產，日產鐵1.8萬～1.9萬t，產氣量約110萬～120萬m3/h。其中8號高爐爐容為3 200 m3,正常情況下，每小時換爐一次（每次10 min），每次熱風爐換爐減少10萬m3/h的煤氣用量，當其余用戶用量稍有波動，或2座高爐同時換爐時，10萬m3高爐煤氣柜的緩沖能力明顯不足，達不到穩壓效果，從而導致管網壓力波動較大，目前高爐煤氣管網壓力波動控制在5 kPa之內。

由于高爐煤氣柜調節能力不足，壓力波動過大，為減少煤氣放散，高爐煤氣剩余放散塔的自動放散壓力設置相對較高，因此當一個大用戶跳停或者高爐出現管道形成時，容易發生煤氣水封擊穿、煤氣泄漏等問題。

4.2 煤氣動態平衡管控力度不夠

4.2.1 煤氣調度人員不足

目前煤氣系統管控分為煤氣柜區操作層和調度管理層。煤氣柜操作層主要保持煤氣柜設施運行、產品供應質量滿足要求；煤氣動態平衡主要是調度管理層根據系統壓力大小，以最大利用煤氣、減少煤氣放散為目的來調控各用戶的用氣情況。

在實際運行過程中煤氣供應與需求之間時刻發生著動態變化，需要采取即時平衡，即時控制。目前煤氣調度只有一人，該崗位還需完成其它業務，不能對其進行隨時動態監控、平衡調整。

4.2.2 動態平衡管控方法仍處于事后調控

鋼鐵企業副產煤氣由于生產組織、設備檢修等原因，具有生產及消耗不穩定的特點。目前在煤氣動態平衡管控方面，還依賴于調度員工的技能和責任心，且每次調控還處在事后調控。這種基于人工經驗的煤氣管控存在很大的局限性，很難做到全局最優，不利于系統壓力穩定和煤氣利用。

5 改進建議

（1）高效發電項目建成后，為確保機組穩定、安全、經濟運行，建議新建一座高爐煤氣柜，提升系統的穩壓能力，從而保持煤氣柜、鍋爐等設備的穩定運行，降低系統設備運維成本。在新煤氣柜建成之前，用1座220 t/h煤氣鍋爐作為第一調節用戶。

（2）目前韶鋼實現能介集控，建議在此基礎上整合能介集控操作層與調度層的職能，合并成一個崗位。

（3）煤氣供需平衡是一個復雜的系統工程，實際生產中煤氣的產生與消耗時刻發生著變化。若用靜態分析的方法很難得到準確的預測信息，需要建立動態預測模型[1]。建議利用韶鋼大集控中信息互通、大數據平臺的有利條件，根據不同生產狀態條件下煤氣產、耗的特點建立各工序煤氣產耗預測模型，為調度人員煤氣動態平衡管控提供有效依據，從而確保煤氣柜長期在線運行，實現煤氣系統壓力穩定的目標。

（4）在預測模型的基礎上，以穩定系統煤氣壓力、減少煤氣放散為目的，建立煤氣智能管控模型，從而實現煤氣智能管控。