呂丹丹，高喜義

（本鋼板材股份有限公司能源總廠，遼寧本溪 117000）

1 煤氣混合裝置簡介

本鋼板材股份有限公司能源總廠現(xiàn)有煤氣混合系統(tǒng)24 套，主要以高、焦?fàn)t煤氣流量配比調(diào)節(jié)方式進(jìn)行控制，這與冶金企業(yè)常見高、焦?fàn)t煤氣四蝶閥工藝有所不同。

常見四蝶閥調(diào)節(jié)工藝[1]是兩條不同熱值煤氣管道按照一定流量比例保持混合后壓力穩(wěn)定，設(shè)有一套壓力調(diào)節(jié)裝置和兩套壓差調(diào)節(jié)裝置，分別在兩條煤氣管道各設(shè)置2臺調(diào)節(jié)蝶閥，工藝如圖1所示。

圖1 煤氣混合系統(tǒng)四蝶閥調(diào)節(jié)工藝圖

其中b、c 蝶閥具有相同流量特性，在保持蝶閥前后壓差恒定的條件下，蝶閥相對開度和相對流量之間關(guān)系相同，用壓差調(diào)節(jié)裝置保持b、c 蝶閥前后壓差恒定時(shí)，便實(shí)現(xiàn)通過兩蝶閥的流量比例保持不變。這種工藝適用于先混合后加壓工藝。

本鋼采用先加壓后混合技術(shù)。其中高爐煤氣加壓機(jī)后壓力恒定在17 kPa，焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)后壓力恒定在18.5 kPa，煤氣加壓風(fēng)機(jī)均采用變頻調(diào)節(jié)，壓力非常穩(wěn)定，而混合煤氣壓力需要在16±0.5 kPa。為此本鋼四蝶閥混合工藝實(shí)質(zhì)上是兩蝶閥調(diào)節(jié)工藝，因?yàn)閮商赘郀t煤氣壓力調(diào)節(jié)蝶閥一用一備，兩套焦?fàn)t煤氣流量配比調(diào)節(jié)蝶閥一用一備。其中高爐煤氣調(diào)節(jié)蝶閥以混合煤氣壓力作為調(diào)節(jié)蝶閥控制設(shè)定取值，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)蝶閥以煤氣混合后高、焦?fàn)t煤氣體積比例取值，工藝如圖2所示。

一般比例設(shè)定值以混合后高爐煤氣體積與焦?fàn)t煤氣體積之間的比值作為基礎(chǔ)設(shè)定值，如公式：

混合后高、焦?fàn)t煤氣比例C

由于兩種氣體壓力恒定，兩種煤氣體積之比與流量之比相同，高爐煤氣確保混合壓力穩(wěn)定，焦?fàn)t煤氣根據(jù)比例計(jì)算需要配入量。通過焦?fàn)t煤氣比例調(diào)節(jié)設(shè)定控制蝶閥開度，確保混合后兩種煤氣體積比符合設(shè)定，實(shí)現(xiàn)高、焦?fàn)t煤氣混合熱值達(dá)到用戶熱值要求。該工藝系統(tǒng)配比值為固定設(shè)置參數(shù)，但熱值會隨原料氣組份變化、壓力變化而產(chǎn)生波動。

圖2 原有混合煤氣熱值調(diào)節(jié)系統(tǒng)工藝圖

2 存在問題分析

原有混合煤氣用戶對熱值需求比較寬松，近幾年本鋼進(jìn)行大規(guī)模技術(shù)升級改造，用戶對混合煤氣熱值要求越來越嚴(yán)。特別是新建冷軋系統(tǒng)，爐溫控制均以混合煤氣熱值作為主要工藝參數(shù)，確?；旌厦簹鉄嶂捣€(wěn)定問題逐漸成為能源介質(zhì)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能源總廠立即成立技術(shù)攻關(guān)小組，對確保混合煤氣熱值穩(wěn)定進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。經(jīng)過能源總廠生產(chǎn)技術(shù)人員和設(shè)計(jì)院燃?xì)鈱I(yè)設(shè)計(jì)人員認(rèn)真分析，查找出現(xiàn)有混合煤氣熱值調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在以下問題。

2.1 配比值固定不能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)節(jié)

傳統(tǒng)高、焦?fàn)t混合煤氣四蝶閥工藝主要利用兩種煤氣壓差調(diào)節(jié)控制蝶閥開度，選用相同流量特性蝶閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過混合煤氣壓力控制高爐煤氣蝶閥，利用壓差控制焦?fàn)t煤氣蝶閥開度，同步實(shí)現(xiàn)煤氣混合達(dá)到需要熱值。而本鋼兩種煤氣輸出壓力恒定，通過比例計(jì)算流量方式進(jìn)行混合煤氣生產(chǎn)。高爐煤氣依然采用混合壓力作為設(shè)定值，焦?fàn)t煤氣采用流量配比計(jì)算設(shè)定方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。焦?fàn)t調(diào)節(jié)蝶閥為比例設(shè)置閥，比例設(shè)定為固定值，一般以比例設(shè)定值2.3(工藝取值范圍2.0-3.5)作為基礎(chǔ)設(shè)置，當(dāng)用戶熱值要求降低時(shí)增大比例設(shè)定值，反之減小比例設(shè)定值，比例設(shè)定值的修改由人工根據(jù)用戶生產(chǎn)工況進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整。流量配比計(jì)算依據(jù)公式：

目前國內(nèi)冷軋用戶生產(chǎn)需求混合煤氣熱值控制在7524±418 kJ/m3。由于上道工序高爐、焦?fàn)t爐況變化，混合煤氣壓力也隨之發(fā)生波動，直接導(dǎo)致混合后煤氣熱值波動，超出用戶需求，必須采用人工干預(yù)對焦?fàn)t煤氣比例調(diào)節(jié)蝶閥比例設(shè)定值進(jìn)行修改，無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)節(jié)，經(jīng)常造成用戶熄火和影響生產(chǎn)。

2.2 以熱值儀調(diào)節(jié)存在熄火和信號中斷問題

我們曾經(jīng)嘗試使用混合煤氣實(shí)測熱值作為焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)蝶閥控制點(diǎn)，即焦?fàn)t蝶閥使用熱值調(diào)節(jié)模式。但是總廠現(xiàn)有混合煤氣熱值儀均為燃燒式熱值儀，在系統(tǒng)檢修后初次啟動時(shí)受混合煤氣混合不均勻產(chǎn)生點(diǎn)火較慢，不能滿足生產(chǎn)需要。正常運(yùn)行時(shí)也會因原料氣熱值變化、混合煤氣壓力波動而熄火，直接導(dǎo)致熱值調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈，影響用戶生產(chǎn)。這時(shí)候需要改回傳統(tǒng)比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，只能由人工修改程序進(jìn)行恢復(fù)焦?fàn)t煤氣比例調(diào)節(jié)模式，既費(fèi)時(shí)又影響正常生產(chǎn)。

2.3 人工監(jiān)控操作偏差較大

不管焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)采用比例調(diào)節(jié)還是熱值調(diào)節(jié)，都需要人工操作。實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝變化和分析熱值變化情況，適時(shí)修改焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)方式和比例設(shè)定參數(shù)。這樣對職工操作技術(shù)、分析判斷能力要求極高，而且增加操作人員勞動強(qiáng)度，存在誤操作隱患。

3 解決方案

為此需要尋求一種既可以熱值控制又可以比例調(diào)節(jié)的雙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)自動轉(zhuǎn)換，解決人工切換誤差，從而確保熱值穩(wěn)定，滿足用戶生產(chǎn)需要。

能源總廠以新建冷軋煤氣加壓站作為試點(diǎn)，對原有四蝶閥混合煤氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造：繼續(xù)使用高爐煤氣壓力調(diào)節(jié)功能，焦?fàn)t煤氣FV101 閥采用比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，F(xiàn)V102閥采用熱值調(diào)節(jié)系統(tǒng)；通過軟件編程實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動切換功能，在計(jì)算機(jī)操作界面設(shè)置人工切換和自動切換功能按鍵。工藝如圖3所示。

圖3 新型混合煤氣熱值調(diào)節(jié)系統(tǒng)工藝圖

在設(shè)備檢修后初啟時(shí)，操作工人選擇自動切換功能，計(jì)算機(jī)會指令焦?fàn)t煤氣FV101 閥自動運(yùn)行，F(xiàn)V102 閥手動全開。這樣混合煤氣依據(jù)高、焦?fàn)t煤氣比例（FV101閥設(shè)定值事先設(shè)置好，一般采用比例2.6）進(jìn)行焦?fàn)t煤氣比例調(diào)節(jié)，此時(shí)熱值儀可以點(diǎn)火運(yùn)行。當(dāng)熱值儀穩(wěn)定，熱值數(shù)據(jù)達(dá)到用戶標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算機(jī)將FV102 閥投入自動運(yùn)行，F(xiàn)V101 閥切換至手動全開狀態(tài)，從而使焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為熱值調(diào)節(jié)模式。

如果熱值儀出現(xiàn)故障或者熱值儀數(shù)據(jù)中斷熄火，計(jì)算機(jī)會立即將FV102 閥切換至手動全開，F(xiàn)V101 閥進(jìn)入自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，恢復(fù)比例調(diào)節(jié)功能。這樣保證高、焦?fàn)t煤氣混合過程始終處于自動控制狀態(tài)，給維護(hù)人員檢修熱值儀提供時(shí)間。為了確保熱值儀檢修期間熱值監(jiān)控需要，在計(jì)算機(jī)畫面增加計(jì)算熱值功能，便于操作人員參考。直至熱值儀恢復(fù)正常，投入熱值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

為了更好的維護(hù)生產(chǎn)運(yùn)行，計(jì)算機(jī)保留焦?fàn)t雙套調(diào)節(jié)人工切換功能：當(dāng)系統(tǒng)在自動運(yùn)行狀態(tài)選擇人工切換時(shí)，計(jì)算機(jī)維持原有狀態(tài)30 s 后可以人工操作,避免控制系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂；當(dāng)系統(tǒng)處于人工切換狀態(tài)，想要投入自動切換狀態(tài)，必須是FV101 自動比例調(diào)節(jié)，F(xiàn)V102手動全開時(shí)切換，這樣系統(tǒng)進(jìn)入自動切換時(shí)正好是自動切換初始狀態(tài)。

4 使用效果

新型四蝶閥混合煤氣控制系統(tǒng)綜合比例調(diào)節(jié)和熱值調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)模式，通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動切換功能，解決比例、熱值兩種混合煤氣調(diào)節(jié)模式存在的不足，形成優(yōu)勢互補(bǔ)。經(jīng)過半年的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，效果明顯。

（1）此項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)取代老式混合煤氣熱值調(diào)節(jié)單一性，易出現(xiàn)影響生產(chǎn)事故發(fā)生，雖然沒有直接經(jīng)濟(jì)效益，但是從保產(chǎn)保供方面做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，形成了較好的間接效益。

（2）經(jīng)過改造后實(shí)現(xiàn)自動控制功能，解決職工誤操作影響生產(chǎn)問題，降低生產(chǎn)維護(hù)成本，由原來崗位4人操作維護(hù)減少至2人。

（3）經(jīng)過6 個(gè)月的調(diào)試使用，熱值穩(wěn)定切換準(zhǔn)確，很好地保證了安全生產(chǎn)，消除了生產(chǎn)隱患，提高了設(shè)備自動化率。