文旭林 彭瀾欣 梁超松 程連元 何 漢

(廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司)

高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵生產(chǎn)過程中的主要副產(chǎn)品，也是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源。煤氣平衡不僅關(guān)系到鋼鐵企業(yè)的正常生產(chǎn)，而且直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益[1-5]。鋼鐵企業(yè)煤氣平衡分為靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡。靜態(tài)平衡是結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃等影響因素，對(duì)一段時(shí)期內(nèi)的煤氣產(chǎn)出量、消耗量和需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)性的平衡。動(dòng)態(tài)平衡則是指對(duì)生產(chǎn)過程煤氣壓力、流量等參數(shù)采取的即時(shí)平衡[6]。2022年，受鋼材市場(chǎng)需求疲軟、鋼材價(jià)格低位運(yùn)行等影響，柳鋼積極應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，下半年開始控產(chǎn)，延長焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間，陸續(xù)安排高爐檢修和轉(zhuǎn)爐節(jié)能封爐，控產(chǎn)期間煤氣發(fā)生量的減少導(dǎo)致煤氣平衡矛盾愈發(fā)凸顯。文章總結(jié)了控產(chǎn)期間煤氣平衡的應(yīng)對(duì)措施。

1 煤氣平衡的總體原則

1.1 工況分析

柳鋼現(xiàn)有5萬和1萬m3焦?fàn)t煤氣柜各1座、15萬m3高爐煤氣柜1座、8萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜3座，焦?fàn)t煤氣放散塔2座、高爐煤氣放散塔3座、轉(zhuǎn)爐煤氣放散塔8座。煤氣用戶主要有焦?fàn)t、高爐熱風(fēng)爐及噴煤、燒結(jié)機(jī)及脫硫脫硝、球團(tuán)回轉(zhuǎn)窯、鋼包及中間包烘烤、軋鋼加熱爐、冷軋退火爐、麥爾茲窯、鍋爐發(fā)電、新和剛?cè)細(xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱新和剛CCPP)、高爐渣超細(xì)粉等。正常生產(chǎn)時(shí)高爐煤氣發(fā)生量波動(dòng)不大，但在爐況不穩(wěn)時(shí)煤氣發(fā)生量會(huì)發(fā)生較大波動(dòng)。焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)延長或縮短結(jié)焦時(shí)間時(shí)焦?fàn)t煤氣發(fā)生量會(huì)相應(yīng)減少或增加。轉(zhuǎn)爐煤氣的回收操作僅在下氧槍吹煉過程中進(jìn)行，具有周期性，柳鋼每35～40 min回收1爐轉(zhuǎn)爐煤氣，采用專用轉(zhuǎn)爐煤氣柜來保證轉(zhuǎn)爐煤氣均勻外供。柳鋼煤氣資源現(xiàn)狀見表1。

表1 柳鋼煤氣資源現(xiàn)狀

1.2 控產(chǎn)期間煤氣平衡情況

目前柳鋼煤氣平衡分為靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡。靜態(tài)平衡由能環(huán)部煤氣專業(yè)人員負(fù)責(zé)，為某一個(gè)時(shí)期的生產(chǎn)模式提供指導(dǎo)意見。動(dòng)態(tài)平衡由動(dòng)力調(diào)度完成，依據(jù)煤氣管網(wǎng)壓力狀況，及時(shí)調(diào)整煤氣緩沖用戶的用量，控制煤氣壓力在規(guī)程允許范圍內(nèi)?？禺a(chǎn)期間煤氣平衡情況見表2。

表2 控產(chǎn)期間煤氣平衡表 萬m3/h

1.3 用戶優(yōu)先等級(jí)及供應(yīng)順序

柳鋼煤氣平衡以滿足主體生產(chǎn)為根本，盡可能將自產(chǎn)煤氣充分回收利用，降低外購能源成本，減少能源消耗。對(duì)煤氣緩沖用戶進(jìn)行分級(jí)排序，充分利用自產(chǎn)煤氣。

焦?fàn)t煤氣用戶按使用優(yōu)先級(jí)分為五級(jí)，煤氣供應(yīng)順序?yàn)椋孩俳範(fàn)t(使用焦?fàn)t煤氣加熱)、化產(chǎn)回收；②柳州市居民生活用煤氣；③高爐熱風(fēng)爐及噴煤、燒結(jié)機(jī)及脫硫脫硝、球團(tuán)回轉(zhuǎn)窯、鋼包和中間包烘烤，根據(jù)公司生產(chǎn)實(shí)際情況決定；④各軋材廠的加熱爐、退火爐；⑤煤氣發(fā)電鍋爐、新和剛CCPP、麥爾茲窯和與公司生產(chǎn)無直接關(guān)聯(lián)的用氣單位。

高爐煤氣用戶按使用優(yōu)先級(jí)分為四級(jí)，煤氣供應(yīng)順序：①高爐熱風(fēng)爐、噴煤加熱爐、煤氣鍋爐發(fā)電2號(hào)站鍋爐(保中溫中壓蒸汽供高爐汽輪機(jī))、鍋爐發(fā)電保生產(chǎn)用蒸汽的供應(yīng)(若高爐煤氣不夠時(shí)，使用部分焦?fàn)t煤氣補(bǔ)充，保證必要的蒸汽供應(yīng))；②焦?fàn)t；③高爐渣超細(xì)粉；④除①外的其他煤氣發(fā)電鍋爐。

轉(zhuǎn)爐煤氣用戶按使用優(yōu)先級(jí)分為二級(jí)，煤氣供應(yīng)順序：①麥爾茲窯；②煤氣發(fā)電鍋爐。

2 存在的問題

控產(chǎn)期間煤氣發(fā)生量減少，加上焦?fàn)t煤氣柜和高爐煤氣柜離線運(yùn)行無法發(fā)揮調(diào)節(jié)功能，煤氣平衡矛盾主要表現(xiàn)為：

(1)焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣的壓力過低，存在煤氣管網(wǎng)失壓的安全風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生安全事故；

(2)無法滿足煤氣用戶的生產(chǎn)需求，對(duì)能耗指標(biāo)及能源成本影響極大。如：焦?fàn)t煤氣壓力多次低于冷軋退火爐的警戒值(4 kPa)，造成多個(gè)退火爐的加熱罩熄火跳斷；高爐煤氣壓力低影響高爐熱風(fēng)爐燒爐和鍋爐發(fā)電；

(3)設(shè)備出現(xiàn)故障、突然減產(chǎn)、停產(chǎn)(如：焦化煤氣風(fēng)機(jī)跳機(jī)、高爐休風(fēng)、大面積停電等)，會(huì)引起煤氣發(fā)生量或用量大幅度變化，導(dǎo)致煤氣管網(wǎng)失壓發(fā)生煤氣事故。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 加強(qiáng)煤氣平衡管控

根據(jù)公司每周生產(chǎn)計(jì)劃和檢修計(jì)劃，由能環(huán)部編制煤氣平衡計(jì)劃，供總調(diào)和各生產(chǎn)單位參考。動(dòng)力調(diào)度依據(jù)煤氣管網(wǎng)實(shí)時(shí)壓力狀況，及時(shí)調(diào)整緩沖煤氣用戶的用量。各焦?fàn)t煤氣用戶用量增加2 000 m3/h以上，必須提前5～10 min告知?jiǎng)恿φ{(diào)度。為避免控產(chǎn)期間仍出現(xiàn)煤氣放散，修改下半年公司專業(yè)責(zé)任制和經(jīng)濟(jì)責(zé)任制，進(jìn)一步收嚴(yán)煤氣放散率考核指標(biāo)，保證控產(chǎn)期間煤氣近零放散。2022年7-10月，焦?fàn)t煤氣放散率由0.22%降低至0.13%；高爐煤氣放散率由0.05%上升至0.17%，具體見表3。為了確保高爐煤氣管網(wǎng)安全，高爐煤氣大放散調(diào)節(jié)閥保持最小限位開度2%，導(dǎo)致有少量煤氣放散。

表3 控產(chǎn)期間煤氣放散率 %

3.2 設(shè)置管網(wǎng)剩余煤氣自動(dòng)放散

(1)對(duì)2座焦?fàn)t煤氣放散塔進(jìn)行改造，其中A區(qū)實(shí)現(xiàn)了煤氣自動(dòng)放散功能，異常情況下將煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)控制在正常范圍內(nèi)，老區(qū)還在改造中。2座焦?fàn)t煤氣放散塔均增加了煤氣流量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控煤氣放散情況。

(2)當(dāng)高爐煤氣總管壓力低于3 kPa時(shí)，關(guān)閉7號(hào)大放散煤氣水封，對(duì)煤氣管網(wǎng)進(jìn)行保壓。當(dāng)煤氣管網(wǎng)壓力低于3 kPa快速下降且不能保持1 kPa時(shí)，動(dòng)力調(diào)度協(xié)調(diào)其他用戶停用高爐煤氣，煉鐵廠迅速對(duì)7號(hào)大放散打氮?dú)鉁缁鸩⑦M(jìn)行水封，直到管網(wǎng)壓力保持正壓，點(diǎn)燃長明火。

3.3 確保冷軋焦?fàn)t煤氣壓力

(1)焦?fàn)t煤氣實(shí)現(xiàn)全脫硫，緩解了冷軋廠和麥爾茲窯焦?fàn)t煤氣用氣緊張局面。焦化廠完成一化產(chǎn)和四化產(chǎn)煤氣風(fēng)機(jī)擴(kuò)容改造，更換了風(fēng)機(jī)后堵塞嚴(yán)重的煤氣管道，減少了系統(tǒng)機(jī)后煤氣阻力，提升了焦?fàn)t煤氣輸送能力，保證了煤氣輸送順暢。

(2)嚴(yán)格執(zhí)行公司煤氣用戶優(yōu)先等級(jí)及供應(yīng)順序原則。根據(jù)煤氣壓力，嚴(yán)控煤氣發(fā)電鍋爐、麥爾茲窯和新和剛CCPP用氣。動(dòng)力廠煤氣發(fā)電鍋爐1號(hào)站除開爐點(diǎn)火外，不得使用焦?fàn)t煤氣。焦?fàn)t煤氣總管壓力下降至5.0 kPa時(shí)，麥爾茲窯焦?fàn)t煤氣用量調(diào)整至2 000 m3/h以下。若焦?fàn)t煤氣總管壓力低于5.0 kPa，全停發(fā)電鍋爐和麥爾茲窯用焦?fàn)t煤氣。若發(fā)電鍋爐和麥爾茲窯已全停用焦?fàn)t煤氣，新和剛CCPP用氣流量已減至維持最低發(fā)電負(fù)荷，冷軋焦?fàn)t煤氣總管壓力仍無法保證在4.5 kPa以上時(shí)，減少其他軋材單位的用氣量。采取上述措施仍不能滿足冷軋焦?fàn)t煤氣總管壓力高于4.5 kPa，全停新和剛CCPP發(fā)電機(jī)組。

2022年，7-8月冷軋焦?fàn)t煤氣總管壓力低于4.5 kPa的時(shí)間較多，9-10月絕大部分時(shí)間冷軋廠焦?fàn)t煤氣總管壓力都高于4.5 kPa，焦?fàn)t煤氣總管壓力明顯改善。

3.4 嚴(yán)控高爐煤氣總管壓力

(1)為避免高爐休風(fēng)造成高爐煤氣管網(wǎng)壓力出現(xiàn)大幅波動(dòng)，煉鐵廠需至少提前10～20 min將高爐休風(fēng)計(jì)劃報(bào)告總調(diào)及動(dòng)力調(diào)度，動(dòng)力調(diào)度及時(shí)調(diào)整用戶用量，確保管網(wǎng)安全運(yùn)行。要避免2座及以上高爐同時(shí)休風(fēng)，做好高爐煤氣大放散管理。

(2)當(dāng)高爐煤氣總管壓力低于5.5 kPa時(shí)，減少發(fā)電鍋爐高爐煤氣用量，控制發(fā)電機(jī)負(fù)荷。 在確保煉鐵風(fēng)機(jī)房蒸汽供應(yīng)及公司低壓蒸汽供應(yīng)情況下，將發(fā)電鍋爐高爐煤氣用量降到最低，仍無法維持高爐煤氣總管壓力高于4.5 kPa，則安排強(qiáng)實(shí)公司和臺(tái)泥公司停產(chǎn)。

(3)采取上述措施高爐煤氣總管壓力仍無法保證在4.5 kPa以上時(shí)，根據(jù)鍋爐發(fā)電機(jī)組能效安排汽輪機(jī)解列或停機(jī)。如高爐煤氣嚴(yán)重不足，必要時(shí)全停新和剛CCPP發(fā)電機(jī)組，焦?fàn)t置換使用焦?fàn)t煤氣，減少高爐煤氣用量，確保高爐煤氣管網(wǎng)安全運(yùn)行。

動(dòng)力廠煤氣發(fā)電鍋爐3號(hào)站位于高爐煤氣管網(wǎng)末端，煤氣壓力低。2022年7-8月，3號(hào)站1號(hào)鍋爐高爐煤氣總管壓力基本在4.5 kPa左右波動(dòng)，平均壓力4.7 kPa，9-10月煤氣總管壓力大部分控制在5 kPa以上。

3.5 開展轉(zhuǎn)爐煤氣回收攻關(guān)

正常生產(chǎn)情況下，柳鋼極少出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣拒收情況，要進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量，需放寬回收操作控制條件?；厥詹僮骺刂茥l件主要是防止回收爆炸性混合氣體。放寬回收條件意味著將煤氣回收開始時(shí)刻提前、結(jié)束時(shí)刻延遲，從而增加煤氣回收量。通過開展轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用攻關(guān)，在確保煤氣回收安全條件的前提下，保持回收轉(zhuǎn)爐煤氣氧含量不變，對(duì)標(biāo)同行先進(jìn)水平，逐級(jí)下調(diào)一氧化碳含量，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝數(shù)值限值見表4。

表4 轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝參數(shù)限值優(yōu)化

2022年1-10月，噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收量121.5 m3/t，比2021年上升了5.6 m3/t，優(yōu)于2021 年全國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收量118.48 m3/t的水平。其中，一區(qū)114 m3/t，二區(qū)111 m3/t，三區(qū)達(dá)到了138 m3/t。

4 結(jié)語

控產(chǎn)期間，柳鋼通過加強(qiáng)煤氣平衡管控、嚴(yán)格考核煤氣放散、制定合理的煤氣壓力調(diào)節(jié)措施、充分利用煤氣緩沖用戶等手段，合理調(diào)配、利用煤氣，減少了煤氣放散，使煤氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供、用平衡。改進(jìn)建議：

(1)對(duì)15萬m3高爐煤氣柜進(jìn)行改造，當(dāng)新建的1×135 MW高爐煤氣回收利用發(fā)電機(jī)項(xiàng)目發(fā)生故障鍋爐減負(fù)荷時(shí)，可通過氣柜存貯煤氣，減少對(duì)管網(wǎng)壓力的沖擊。另外，在條件允許的情況下，對(duì)5萬和10萬m3焦?fàn)t煤氣柜進(jìn)行改造，早日實(shí)現(xiàn)煤氣柜在線運(yùn)行。

(2)充分結(jié)合柳鋼能源管控中心升級(jí)改造項(xiàng)目，根據(jù)不同生產(chǎn)狀態(tài)條件下煤氣產(chǎn)、耗的特點(diǎn)，建立各工序煤氣產(chǎn)耗預(yù)測(cè)模型，為煤氣靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡管控提供有效依據(jù)。

(3)加強(qiáng)對(duì)煤氣用戶的管理，完善各單位煤氣計(jì)量，動(dòng)態(tài)調(diào)整煤氣價(jià)格，提高各單位的節(jié)能意識(shí)，引導(dǎo)公司向有利于煤氣平衡方向發(fā)展。