鋼鐵企業煤氣平衡問題探究與改進

陳曉偉，陳 偉，田 朝，王榮耀

（唐山鋼鐵集團有限責任公司動力部，河北唐山 063000）

引言

煤氣作為大型聯合鋼鐵企業重要二次能源，占企業總能耗的30%～40%[1]。以充分利用和減少放散為目標的煤氣平衡管理已經成為鋼鐵企業節能降耗和深度挖潛的重要手段[2]。因此，全面分析企業煤氣狀況，科學制定與企業相適應的煤氣平衡管理措施尤為重要，不但可以緩解能源緊張局面，降低成本，還可以減少污染排放，提高企業經濟效益與社會效益。

結合唐山鋼鐵集團新區實際情況（以下簡稱唐鋼新區），就煤氣平衡存在的問題進行分析，探究實現利用煤氣平衡達到最大程度節能降耗的有效措施。

1 唐鋼新區煤氣平衡現狀

唐鋼新區目前運行高爐2 座，轉爐3 座，高爐煤氣和轉爐煤氣通過綜合管網送至各用戶和煤氣柜。焦爐煤氣來自于唐山天然氣公司，通過計量調壓撬進入綜合管網送至各用戶和煤氣柜。唐鋼新區現有4座煤氣柜：1座30 萬m3高爐煤氣柜，2座15 萬m3轉爐煤氣柜，1座5 萬m3焦爐煤氣柜。三管式放散塔1座，分A、B、C三座子塔，單塔放散能力20萬m3/h。

唐鋼新區煤氣發生量相對穩定，正常生產過程中，高爐煤氣發生量為110 萬m3/h，主要用戶：高爐熱風爐、軋鋼加熱爐、煤氣鍋爐、燒結機、燒結脫硫脫硝、球團、球團脫硫脫硝、鑄鐵機、高爐噴煤、白灰窯、爐渣超細粉等。轉爐煤氣發生量受限于轉爐吹煉節奏，發生量為6.5 萬～8.0 萬m3/h。主要用戶：鋼包烘烤、煤氣鍋爐、白灰窯等。煤氣資源狀況如表1，折合成標煤約為146.5 t/h，標煤價格按600 元/t進行計算，年煤氣資源價值約7.74 億元。

表1 唐鋼新區煤氣資源狀況

唐鋼新區各用戶煤氣平衡用量見表2，在實際生產過程中，煤氣的發生量、消耗量、壓力等因素均存在一定程度的波動，此外生產計劃的調整、煤氣大用戶計劃檢修等會直接打亂煤氣平衡，加大煤氣平衡難度，嚴重時導致煤氣大量放散[3]。

表2 唐鋼新區煤氣平衡表

2 煤氣平衡對策

2.1 避免煤氣的集中使用或停用

煤氣大用戶的集中使用或停用是打亂煤氣平衡的主要因素[4]。高爐熱風爐小燒時高爐煤氣用量為12 萬m3/h，大燒時高爐煤氣用量為24 萬m3/h，熱風爐大小燒每0.5 h切換一次，如果小燒時間重疊則會造成煤氣管網壓力瞬時升高，煤氣放散高達12 萬m3/h；大燒時間重疊則會造成管網煤氣瞬時嚴重不足，直接導致氣柜柜容短時內迅速下降，甚至引發生產及安全事故。因此，為解決因熱風爐造成的煤氣失衡問題，唐鋼新區對熱風爐的大小燒時間整體安排，避免時間重疊。此外，因訂單數量、軋制工藝、軋機檢修等原因引起的軋鋼加熱爐階段性煤氣用量變化高達50%，唐鋼新區煤氣調度人員與軋線控制室建立信息聯絡機制，對于計劃外的臨時煤氣供需進行預判，富裕煤氣可以輸送至煤氣鍋爐、爐渣超細粉等緩沖用戶。

3.2 科學配置煤氣柜柜容與管網放散壓力兩者關系

煤氣柜可對煤氣系統的失衡起補償作用，一是可以儲存系統中的過剩煤氣；二是當系統中的煤氣不足時，保證生產線的正常運行[5]。氣柜柜容與管網放散壓力的合理選取，以及實際過程中的人為預判對減少煤氣放散尤為重要。確定了以“高柜容、低放散壓力；低柜容、高放散壓力”為原則，將氣柜運行狀態與管網放散壓力進行了綜合考慮，并結合近期運行情況設定了如下的聯鎖值。若高爐煤氣柜因特殊情況解列，放散塔收回管網壓力控制權。見圖1。

圖1 放散塔放散壓力設定圖

（1）當高爐煤氣柜柜容超過24 萬m3時，放散塔放散壓力自動轉換為11.5 kPa、12 kPa、13 kPa，直至柜容降至20萬m3。

（2）高爐煤氣柜柜容15 萬m3及以下時，放散塔放散壓力自動轉換為14.5 kPa、16 kPa、17.5 kPa。

（3）高爐煤氣柜柜容降至（或升至）20 萬m3時，放散塔放散壓力自動轉換為13 kPa、14 kPa、14.5 kPa。

（4）高爐煤氣柜因特殊情況解列后，放散塔收回管網壓力控制權，放散塔放散壓力為13 kPa、13.5 kPa、14 kPa。

2.3 用戶使用煤氣優先等級和壓限原則

高爐煤氣使用優先級分為四級，依次為：熱風爐＞噴煤、燒結(含脫硫脫硝）、球團(含脫硫脫硝）＞煉鋼加熱爐＞煤氣鍋爐、鑄鐵機、爐渣超細粉。高爐煤氣壓限原則：高爐煤氣充足時，增加煤氣鍋爐高爐

煤氣用量，直至滿負荷；高爐煤氣不足時，首先壓減四級用戶中的煤氣鍋爐，鍋爐降至最低負荷后（26 萬m3/h）升為二級用戶，然后壓減爐渣超細粉、鑄鐵機；四級用戶壓減完不能保證高爐煤氣供氣量時，依次壓減三級用戶、二級用戶、一級用戶。

轉爐煤氣使用優先級分為兩級，依次為煉鋼烤包、石灰窯，煤氣鍋爐。轉爐煤氣壓限原則：轉爐煤氣充足時，增加煤氣鍋爐用氣量；煉鋼節奏慢或者其他原因導致轉爐煤氣不足時，煤氣鍋爐停用轉爐煤氣，當2 座轉爐煤氣柜柜容相加低于7 萬m3時，依次減少石灰窯和煉鋼烤包轉爐煤氣用量，直至石灰窯停燒和煉鋼烤包切換到焦爐煤氣。

2.4 利用經濟手段提高煤氣產量和使用效率

為避免高熱值轉爐煤氣放散，制定了更為合理且靈活的轉爐煤氣回收標準[6]，當轉爐煤氣相對充足時，在其他條件合格的前提下CO 回收標準提高至30%。當轉爐煤氣相對短缺時，在其他條件合格的前提下CO 回收標準降低至25%，提高轉爐煤氣回收量。

此外唐鋼新區內部采用提高轉爐煤氣價格，獎勵減少放散量等經濟手段引導各單位向有利于煤氣平衡方向發展[7]。各單位積極探究節能降耗措施，提高煤氣利用效率，增加本單位的效益。

3 結論

2020年10月至今，唐鋼新區通過采取控制煤氣的集中使用或停用、科學設定煤氣柜柜容與管網放散壓力關系、明確用戶使用煤氣優先等級和壓限原則、利用經濟手段提高煤氣產量和使用效率等措施，高爐煤氣放散率從4.23%降至0.545%（圖2），轉爐煤氣實現0 拒收。煤氣放散率遠優于2020 年全國重點鋼鐵企業煤氣放散率2%的水平。唐鋼新區通過煤氣的合理調配，基本實現了煤氣系統的平衡。

圖2 唐鋼新區高爐煤氣放散率