煤气加压站热值精细化控制的研究与实践

王振飞

（本钢板材股份有限公司能源总厂，辽宁 本溪 117000）

煤气加压站热值精细化控制的研究与实践

王振飞

（本钢板材股份有限公司能源总厂，辽宁 本溪 117000）

本钢第五煤气加压站作为2300mm热连轧机组配套工程建成投产后，在一段时期内其混合煤气供应热值经常出现波动，一定程度上影响了2300mm热连轧机组板坯加热质量。经一系列分析与研究，发现第五煤气加压站建设初期的热值控制方式存在一定弊端。基于用户对煤气热值精细化要求，第五煤气加压站在热值控制方式及工艺流程进行了改进，不仅满足了用户需求并在实践中证明改进后的热值控制更加稳定和精细化。

热值；控制；改进；精细化

本钢2300mm热连轧机组产线于2008年末投产，其建设之初是世界规模最大、轧制能力最强、工艺最先进的热连轧机组。该机组采用4座蓄热步进梁式加热炉以及连铸坯热装工艺。加热炉采用五段式温度控制技术，其中预热段、一加热锻、二加热段采用蓄热式燃烧技术，上下均热段采取常规烧嘴。为了保证板坯加热质量，其要求板坯表面与中心温差不超过30℃。因此其对来源煤气质量要求较高，在追求压力稳定的前提下，其对混合热值要求为1800± 100kcal/m³。

1.建站初期煤气加压工艺

本钢第五煤气加压站作为2300mm热连轧机组配套工程与其同时建设投产。该加压站设计采用3种煤气混合，即高炉煤气与转炉煤气混合加压后，再与加压后的焦炉煤气再次混合，最终送至用户。考虑煤气平衡以及三混煤气热值控制等因素，第五煤气加压站在投产之初将转炉煤气来源用盲板阀关闭，即利用高炉煤气单独加压，焦炉煤气单独加压，然后再混合送至用户，其最大配出量为高炉煤气100km³/h，焦炉煤气50km³/h，总出口压力≥12kPa。

2.出现问题及原因分析

2.1热值不稳

本钢第五煤气加压站投产之初便出现煤气热值供应不稳问题，2300mm热连轧机组产线加热炉对煤气热值要求为1800±100kcal/m³。第五煤气加压站供出煤气热值非但没有达标，并经常出现1100kcal/m³～2300kcal/m³内波动，严重影响了2300mm热连轧机组产线板坯加热质量。

2.2热值控制原理

混合煤气加压站是一项多输入且又复杂耦合的系统。第五加压站建设初期其热值控制采用热值仪信号闭环控制，利用数学模型将热值、压力、流量等数字信号进行综合运算进而输出控制信号，调整高炉煤气和焦炉煤气配比。并在此过程中主要依托于热值仪采集信号。

根据热平衡原理，热值仪信号的采集计算主要是对华白指数以及煤气比重测量计算得出的。被测煤气进入热值仪后经过4级减压进入气体分配混合器内，经过一系列的配比燃烧进而推测出被测煤气燃烧后的热负荷（即华白指数）。加之比重单元测出煤气比重，经综合运算传输至控制面板进而输出4mA～20mA直流信号。

2.3原因分析

经研究分析，正是基于热值仪信号采集方式及原理导致了热值不稳问题的出现。受热值仪结构设置等因素影响，由于在热值仪工作中无法保证过程气和助燃空气严格地控制，直接导致了热值采集信号与实际值的严重偏差和滞后性。严重偏差和滞后性直接导致了加压站热值控制系统始终处于纠偏调整状态，进而导致了供出煤气热值始终处于不稳定状态。此外，一旦进入取样导管内的煤气实际热值偏低还会进一步导致热值仪出现熄火现象，更加严重影响供出煤气的质量。

3.改进措施及运行实践

3.1比例调节

依照能源守恒定律可得出如下公式：

式（1）中QC为焦炉煤气热值，FC为焦炉煤气流量，QB为高炉煤气热值，FB为高炉煤气流量，QM为混合煤气热值，FM为混合煤气流量。由于煤气混合后可得出公式：

由式（1）、（2）可得：

从式（3）中不难得出，追求稳定的热值QM只要将配比k固定即可。由于冶金企业生产过程持续，单一煤气热值相对稳定，可根据混合煤气流量比例得出计算热值，用计算热值代替热值仪，这样便可以消除热值仪带来的滞后性并大大降低偏差。为此，第五加压站将热值控制方式改为比例调节作为改进措施，并利用经典的PID控制模型进行控制。即在压力调节过程中，高炉煤气调节阀随出口混合煤气压力进行调节，焦炉煤气流量在比例调节的作用下随高炉煤气流量变化进行调节，确保配比在k值附近，进而稳定混合煤气的热值，达到满足用户需求。

3.2工艺改进

热值控制方式的改进虽然满足了热值稳定性需求，但该方式在现有工艺条件下，对于用户发生大规模增减量时，比例调节将存在一定的滞后性。为此，增加一套循环系统，变更够既满足比例调节过程的混合煤气配比，也能满足用户增减量的需求，并且反应迅速满足了压力和热值的双重稳定性。基于上述考虑，第五加压站对原有工艺进行了改造，在出口总管增加了一套循环系统与高炉煤气来源相接。

3.3运行实践

经控制方式和工艺改进后，本钢第五煤气加压站供给2300mm热连轧机组产线混合煤气热值不仅满足了用户需求所规定的1800±100kcal/m³，并在多年运行实践中始终保持了1800±50kcal/m³，热值供应更加精细化。

结论

受热值仪结构设置和工作原理影响，其在生产实践过程中极易出现偏差性和滞后性。混合煤气加压站的热值调节方式如果过分依赖于热值仪反馈信号，一旦热值仪的偏差和滞后严重，便会直接影响加压站供出的混合煤气热值。本钢第五煤气加压站的实践证明，采用计算热值比例调节并适当增加循环系统，不仅热值稳定性高并且调节简单灵活，满足了热值精细化控制的需要。

［1］万磊.基于混合煤气加压站热值及压力控制的研究［J］.计算机与数字工程，2011，39（3）：171-174.

TG54

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