彭岱峻

（廣東韶鋼松山股份有限公司，廣東 韶關(guān)512123）

1 某鋼廠煤氣混合加壓站的發(fā)展

為節(jié)能環(huán)保，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品高爐、焦爐、轉(zhuǎn)爐煤氣一般作為二次能源輸送給生產(chǎn)系統(tǒng)再利用。為了充分利用低熱值的高爐煤氣，需將低熱值的高爐煤氣與高熱值的焦爐煤氣混合后再輸送給用戶?；旌厦簹饧訅赫疽话阌邢然旌虾蠹訅汉拖燃訅汉蠡旌?種工藝選擇。某鋼廠在20世紀90年代建成了第一座混合煤氣加壓站，該加壓站只有高爐、焦爐2種煤氣，采用的是先混合再加壓工藝，2003年該鋼廠建成了第二座混合煤氣加壓站，該加壓站有高爐、焦爐、轉(zhuǎn)爐3種煤氣，采用高爐煤氣與焦爐煤氣先混合后加壓，再與已經(jīng)單獨加壓的轉(zhuǎn)爐煤氣混合的生產(chǎn)工藝。2011年在總結(jié)前2座加壓站經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，采用了將3種煤氣先分別加壓后再混合的生產(chǎn)工藝，并建成第三座混合煤氣加壓站。

2 2種混合加壓工藝對比

某鋼廠三柜區(qū)加壓站采用先混合后加壓工藝流程，在高爐煤氣管道入口安裝了A、B 2個調(diào)節(jié)閥，在焦爐煤氣管上安裝了C調(diào)節(jié)閥。該廠高爐煤氣管網(wǎng)壓力隨高爐生產(chǎn)狀況變化較大，一般在5～14 k Pa間波動，通常為10 k Pa，波動比較頻繁。焦爐煤氣壓力在4 k Pa左右，相對穩(wěn)定。通常高爐煤氣壓力遠高于焦爐煤氣壓力，為了順利實現(xiàn)高爐、焦爐煤氣混合，先通過安裝高爐煤氣管道上的A、B調(diào)節(jié)閥對高爐煤氣進行降壓將高壓力的高爐煤氣降壓到5 k Pa以下，使之與焦爐煤氣壓力相近，之后二者再混合。接下來，通過調(diào)節(jié)A、B、C閥，改變高焦爐煤氣流量配比，使高爐、焦爐混合煤氣熱值接近轉(zhuǎn)爐煤氣熱值，最后再與加壓后的轉(zhuǎn)爐煤氣混合得到三混煤氣，通過混合煤氣管網(wǎng)輸送給用戶。

某鋼廠四柜區(qū)加壓站采用先加壓再混合工藝流程，高爐、焦爐、轉(zhuǎn)爐等3臺煤氣加壓機均采用變頻調(diào)速控制，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速改變3種煤氣的壓力。先通過調(diào)節(jié)高爐煤氣加壓機的轉(zhuǎn)速起到調(diào)節(jié)三混煤氣管網(wǎng)壓力的作用，再通過改變焦爐煤氣與高爐煤氣流量比例達到調(diào)節(jié)熱值的目的，最后與加壓后的轉(zhuǎn)爐煤氣混合得到三混煤氣。其中，轉(zhuǎn)爐煤氣不直接參與三混氣壓力和熱值的自動調(diào)節(jié)，只是根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣柜位的高低和轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏，來控制轉(zhuǎn)爐煤氣輸出流量。

3 三、四柜區(qū)混合煤氣壓力和熱值控制原理

3.1 三柜區(qū)三混氣壓力和熱值控制原理

三柜區(qū)混合加壓站煤氣壓力、熱值控制系統(tǒng)設置了三路閉環(huán)控制，如圖1所示。

圖1 三柜區(qū)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖

（1）二混風機以混合氣管道壓力為控制對象，風機轉(zhuǎn)速根據(jù)三混氣管道壓力而自動調(diào)整，以維持三混氣壓力穩(wěn)定。

（2）高爐煤氣調(diào)節(jié)主閥以高爐、焦爐煤氣瞬時流量的比值為控制對象，其開度隨二者比值的變化而自動調(diào)整，以維持三混氣熱值穩(wěn)定在轉(zhuǎn)爐煤氣理論熱值。

（3）轉(zhuǎn)爐煤氣風機以轉(zhuǎn)爐煤氣流量為控制對象，以確保轉(zhuǎn)爐煤氣流量穩(wěn)定，從而確保轉(zhuǎn)爐煤氣柜柜位變化處于可控和可預期狀態(tài)。

3.2 四柜區(qū)混合煤氣壓力和熱值控制原理

四柜區(qū)混合加壓站煤氣壓力、熱值控制系統(tǒng)也設置了三路閉環(huán)控制，如圖2所示。

圖2 四柜區(qū)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖

（1）高爐煤氣加壓風機以混合氣管道壓力為控制對象，風機轉(zhuǎn)速根據(jù)三混氣管道壓力而自動調(diào)整，以維持三混氣壓力穩(wěn)定。

（2）焦爐煤氣風機以焦爐、高爐煤氣瞬時流量比為控制對象，風機轉(zhuǎn)速適時自動調(diào)整，以確保焦爐煤氣流量與高爐煤氣流量的比值穩(wěn)定，從而確保三混氣熱值穩(wěn)定在轉(zhuǎn)爐煤氣理論熱值。

（3）轉(zhuǎn)爐煤氣風機以轉(zhuǎn)爐煤氣流量為控制對象，以確保轉(zhuǎn)爐煤氣流量穩(wěn)定，從而確保轉(zhuǎn)爐煤氣柜柜位變化處于可控和可預期狀態(tài)。

4 三、四柜區(qū)煤氣輸送效果對比

（1）通過實際運行發(fā)現(xiàn)，四柜區(qū)采用了先加壓后混合的工藝與控制模式，壓力、熱值參數(shù)均很穩(wěn)定。而三柜區(qū)采用的是先混合再加壓的工藝控制模式，只能保證壓力、熱值2個參數(shù)之一保持穩(wěn)定。

（2）在三柜區(qū)的實際運行中，只有轉(zhuǎn)爐煤氣實現(xiàn)了閉環(huán)控制，使得轉(zhuǎn)爐煤氣出口流量穩(wěn)定，實際輸出量與設定值間誤差小于1 000 m3／h。而三混煤氣的壓力環(huán)和熱值環(huán)則無法同時投入，只能單獨投入，只能保證壓力穩(wěn)定或熱值穩(wěn)定。如壓力環(huán)和熱值環(huán)同時投入，則易受三混煤氣終端用戶使用量改變、高爐煤氣管網(wǎng)壓力改變等外因干擾，壓力和熱值極不穩(wěn)定，甚至陷入大幅振蕩。三柜區(qū)煤氣加壓站實際運行時的壓力實時曲線如圖3所示，可見煤氣的出口壓力不是很穩(wěn)定。

圖3 三柜區(qū)加壓站壓力實時曲線

（3）四柜區(qū)煤氣加壓站輸出混合煤氣的壓力、熱值和轉(zhuǎn)爐煤氣流量均實現(xiàn)了自動閉環(huán)控制。圖4為四柜區(qū)實際運行中壓力、熱值的實時曲線，可以看出，不論高爐、焦爐煤氣如何波動，出口壓力與設定值相差在0.1 k Pa以內(nèi)，熱值在7 100～7 600 kJ／m3間波動，波幅約為±250 kJ／m3，誤差控制小于3.4%，控制效果非常理想。

圖4 四柜區(qū)壓力、熱值調(diào)節(jié)實時曲線

（4）四柜區(qū)可以根據(jù)高、焦爐煤氣管網(wǎng)壓力和混合煤氣用量靈活地設定焦爐煤氣與高爐煤氣配比，其高爐煤氣、焦爐煤氣比值可在4∶1～1∶1之間靈活設定，熱值調(diào)節(jié)靈活，適應生產(chǎn)變化能力強。而三柜區(qū)高爐煤氣、焦爐煤氣混合比值無法實現(xiàn)自動控制，當出現(xiàn)煤氣用戶用量增加的外因時，為保證管網(wǎng)壓力系統(tǒng)將配入更多的高爐煤氣，時常出現(xiàn)高爐煤氣串入焦爐煤氣管網(wǎng)的事故，導致焦爐煤氣用戶無法正常生產(chǎn)，甚至熄火。

（5）由于高爐煤氣壓力遠高于焦爐煤氣，先混合再加壓工藝控制方式必須將高爐煤氣壓力先降至焦爐煤氣壓力，混合后再進行升壓，這樣一個反復的過程浪費大量電能。而先加壓再混合，高壓的高爐煤氣可直接進行使用，省去了升壓步驟，能耗相應也大幅減少，節(jié)能效果顯著。

5 實際效果差異原因分析

通過分析2種工藝控制方式的控制原理圖可以看出，2種控制方式均有三路閉環(huán)調(diào)節(jié)，均應能很好地達到控制目的，但事實卻大相徑庭。原因如下：三柜區(qū)煤氣加壓站壓力調(diào)節(jié)環(huán)與熱值調(diào)節(jié)環(huán)串聯(lián)，相互影響，而四柜區(qū)加壓站的三路閉環(huán)相互獨立，互不影響。

（1）在三柜區(qū)煤氣加壓站，在調(diào)節(jié)混合煤氣管網(wǎng)壓力時必然影響二混氣混合點（加壓機前）壓力，進而影響高爐煤氣（或焦爐煤氣）管網(wǎng)壓力及壓力差，同時影響高爐煤氣和焦爐煤氣流量，導致高、焦煤氣流量配比變化，使熱值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)進入到調(diào)節(jié)過程。

當焦爐煤氣不變，通過調(diào)節(jié)高爐煤氣流量以調(diào)節(jié)高、焦配比時，又將影響到加壓機前壓力和進氣量，傳遞到加壓機后，壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即進入到調(diào)節(jié)過程。

可見，任何波動都會導致2個閉環(huán)系統(tǒng)同時進入調(diào)節(jié)進程，而2個調(diào)節(jié)系統(tǒng)各有不同的執(zhí)行元件，壓力調(diào)節(jié)由風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，熱值調(diào)節(jié)由電動閥門執(zhí)行，風機加減速率受風機慣性和變頻器性能的限制，電動閥動作快慢受其驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的限制，二者難以實現(xiàn)理想的配合，進入振蕩狀態(tài)。

（2）在四柜區(qū)煤氣加壓站，當管網(wǎng)壓力波動時，高爐煤氣風機會進入自動調(diào)節(jié)過程，高爐煤氣流量變化又將導致焦爐煤氣與高爐煤氣配比發(fā)生變化，焦爐煤氣風機隨即進入自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速過程，為保持熱值不變，焦爐風機與高爐風機的加、減速同步，而焦爐風機加、減速調(diào)節(jié)熱值的過程同時也是輔助高爐風機調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力的過程，壓力、熱值調(diào)節(jié)均能協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

6 結(jié)語

通過理論分析與生產(chǎn)實踐摸索，先加壓后混合的工藝控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)煤氣混合加壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，不僅輸出的混合煤氣壓力、熱值穩(wěn)定，而且節(jié)能效果明顯，值得推廣。