非常態下智慧調度平衡技術的思考與應用

洪 瑾，胡勝利，張 偉，趙博識

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司人力資源部；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源環保部 安徽馬鞍山 243002）

1 前言

鋼鐵企業煤氣平衡主要分為靜態平衡和動態平衡。 實際生產中煤氣供應與需求之間時刻在發生著動態變化，日常矛盾主要聚焦于動態平衡。 因此，需處理好煤氣動態平衡，以避免對系統造成重大危害。［1］國內某大型鋼鐵公司北區兩座4000m3高爐同時休風，區域高爐煤氣系統零氣源，產線僅靠南北區BFG 連通管輸送、調整保供，該運行工況自北區投產以來前所未有，平衡保供壓力空前。 高爐余能回收系統異常狀況下煤氣并網量瞬時暴增或突降，導致能環部公輔掛網運行曼式煤氣柜活塞速度超限（限定值±1m／s），造成管網壓力劇烈波動，嚴重威脅氣柜運行安全。 非常態下智慧調度平衡調控技術的思考應運而生，檢驗提升能源調度指令執行力及調度員應急處置響應能力刻不容緩。

2 非常態典型案例及應對平衡技術

2.1 案例一

某日（B＃高爐大修期間）原料廠中控按煉鐵總廠管控需求，組織北區小料場地坑海南塊加槽作業過程中上料系統著火，導致高爐焦炭、燒結礦供應中斷，A 高爐被迫緊急休風14 小時。 期間北區高爐煤氣系統并網量為0，僅靠連通管南送北12 萬m3／h 維持區域產線生產。

事故發生后經過認真梳理、復盤，總結智慧能源調度系統應對技術措施如下。

（1）若北區CCPP 機組處于正常運行狀態，調度專家系統（如圖1）會發出智能語音提醒“由于高爐煤氣平衡缺口較大，建議CCPP 機組停機”。

（2）系統建議動力調度迅速提升高爐煤氣柜位。 建議135 MW 機組立即停止摻燒BFG，全量使用COG；同時建議電廠60 MW 機組停運，確保高爐煤氣柜高位運行。

（3）緊急對一集控高爐煤氣輸配調壓站運行方式進行調整，要求南區全量往北區輸送高爐煤氣，平均送量11.5 萬－12 萬m3／h。

（4）提醒調度員通知北區燒結機脫硫脫硝系統在高爐休風前停止使用高爐煤氣。

（5）針對B＃高爐大修期間熱風爐間斷性烘爐，要求A＃高爐休風前B＃高爐完成本輪次的烘爐，避免A＃高爐休風期間兩座熱風爐同時烘爐。 熱風爐烘爐需提前一小時告知能環部調度，烘爐前要求北區焦爐停用高爐煤氣，同時熱風爐使用量不超過10 萬m3／h。

（6）要求主要用戶2250、1580 熱軋立即采用單焦保溫；考慮到重要訂單兌現需求，當日僅對冷軋北區混合煤氣用量進行了制限，使用量不允許超過3 萬m3／h。

（7）要求北區煉焦廠放緩生產節奏，焦爐加熱高爐煤氣使用量不得超過9 萬m3／h。

（8）要求長材北線、小棒產線停止使用混合煤氣，二廠區混合站轉單焦，二廠區產線采用中壓15 KPa 焦爐煤氣保壓。 （中壓焦爐煤氣保壓第一次嘗試，用戶無異常。）

（9）協同制造部要求北區煉鋼轉爐保持1 爐／小時的生產節奏，避免人工合成投運消耗大量高爐煤氣。

不足之處及思考：

（1）高爐休風初期北區焦爐煤氣大量富裕，缺乏有效手段降低焦爐煤氣柜容，導致休風期間北區COG 放散量較大。 后期北區填平補齊15 萬m3 高爐煤氣單段皮膜柜項目上馬后，對氣柜運行方式進行調整：將2＃高爐煤氣柜轉焦爐煤氣柜運行。 屆時北區兩座焦爐煤氣柜掛網運行，系統緩沖能力大幅提升，可有效緩解階段性（尤其集中停產、集中待料期間）焦爐煤氣富余放散問題。 “削峰填谷”亦可降低北區天然氣摻燒量。

（2）能源調度在得知高爐長時間休風信息后，只顧及煤氣系統的平衡調整，沒有及時對氧氣系統運行方式進行調整，導致高爐休風期間氧氣系統富裕放散量較大。 可通過停運鋼鐵生態圈某氣體公司一臺空分機組即可解決。

（3）極端情形下，若南北區連通管輸送量不足，冷軋產線也需停產采用單焦保溫。

2.2 案例二

某日A＃高爐TRT 系統調試過程中跳車，煤氣并網量瞬間異常飆升（關口表計顯示超量程）后驟降至0。 并網煤氣溫度無明顯變化，TOP 點并網壓力超高報警（最高顯示19.2 KPa），高爐煤氣總管壓力最高12.86 KPa（放散壓力點）。

由于A＃高爐煤氣瞬時并網量增大，北區2＃高爐煤氣柜運行速度超限，氣柜活塞上升速度最大1.96 m／mim（如圖2），下降速度最大－1.97 m／mim。3＃高爐煤氣柜活塞上升速度最大0.94 m／mim，下降速度最大－1.04 m／mim（因2＃、3＃柜柜位調整需要，當時2＃、3＃柜進出口閥門開度分別為80%、45%）。 高爐煤氣放散壓力設定值為10 KPa，放散系統處于自動狀態（已動作，反應相對滯后），氣柜活塞超速報警后，調度員迅速將高爐煤氣放散運行模式由自動改為手動，手動開大放散調節閥開度增加放散量，高爐煤氣最大放散量達33 萬m3／h。

圖2 灰色曲線為3＃柜、粉色曲線為2＃柜活塞運行速度

為避免類似工況氣柜活塞運行超速，經過多輪專題研討、總結技術處置措施如下：

（1）優化高爐煤氣放散調節閥PID 相關參數設定值（如圖3），確保異常狀況下放散系統能夠提前響應，從而穩定管網壓力。

圖3 高爐煤氣調節閥相關參數設定值

（2）高爐煤氣放散筒放散壓力設定值與主管壓力連鎖（壓力監測點位于高爐煤氣柜和高爐煤氣放散塔之間），在系統瞬時富余量增加，管網壓力上升，觸發放散連鎖壓力時放散開始動作，參與系統動態調整。 對1＃筒放散邏輯稍作調整：將1＃筒與A＃高爐并網點壓力值連鎖，設定連鎖壓力值12 KPa 左右（根據實際運行情況酌情調整），由于其靠近氣源端，與現有放散壓力測點相距340 米，根據煤氣流速20 m／s 計算，高煤放散1＃筒可提前17 秒動作開啟；同時由于A＃高爐并網點壓力波動較現有放散壓力測點高（并網點最高19 KPa、現連鎖壓力測點最高12 KPa），其PID 調節中ΔP 由從2 KPa 提高至7 KPa，閥門動作速度增加。 1＃筒提前動作，參與系統緩沖，可及時消化部分高煤瞬時并網量，從而減小煤氣瞬時并網暴增對氣柜的沖擊。

（3）增加高煤氣柜進出口閥門開度與活塞速度聯鎖，即在氣柜活塞運行速度超過1.5 m／min 時（上升或下降），氣柜進出口閥門自動聯鎖關閉至40%（目標根據實際運行情況酌情調整），以降低異常狀態下的氣柜超速風險。 該措施有個弊端：氣柜入口閥門關小后管網壓力會短時迅速上升，事后需及時通知動力巡檢檢查沿線煤氣水槽運行狀況，避免排水器虧水被煤氣擊穿造成CO 人身中毒事故。 如果氣柜活塞速度下降過快，說明高爐煤氣緊缺，需同時采取案例一相關平衡措施。

3 結語

通過對煤氣柜相關運行參數的優化，可以提高其安全性能。［2］針對特殊情況采取適當的特殊應對方法，在上述兩個非常態典型案例的應對經驗中，經過復盤、技術沉淀，將其精華部分固化為標準化文件寫進應急預案。 可以有效緩解能源調度平衡無的放矢、調控不及時、措施執行不到位等原因造成的管網壓力波動，確保了高爐煤氣系統壓力穩定及氣柜運行安全。 該經驗可以在鋼鐵行業及類似能源工藝系統復制和推廣。