混合煤气系统的改造及热值的稳定

李耀驹

摘 要：对混合煤气系统中焦炉煤气短缺、热值稳定进行详细的阐述，以南钢目前混合煤气用量、热值要求为目标，对混合煤气系统进行改造。

关键词：混合站；热值控制；热值仪

1前言

南钢煤气储配站内现有煤气混合系统采用三个蝶阀的流量配比调节系统对高炉煤气和焦炉煤气进行混合，取高炉及焦炉煤气管道上两个威力巴流量计的压差保持两种煤气流量比例不变的方案，自动调节焦炉煤气的配入量，以保证混合煤气发热量不变。

自动化系统采用西门子S7-400系统，上位机采用西门子WINCC7.0软件。自动控制焦炉煤气管道调节阀开度，稳定混合煤气热值。

2混合站存在的問题

随着南钢1000万吨产能计划的实施，各轧钢系统正常混合煤气需求达到了144，100 m3/h，混合煤气热值在9405～9614kJ/Nm3，现有煤气混合系统无法满足1000万吨产能各轧钢系统的需要。55孔焦化的拆除，焦炉煤气可供混合的最大量为63，700 m3/h。虽然采取改造造扩容的措施，但是由于影响到现有生产系统的正常运行难以实施，因此必须新建并考虑引入新的煤气品种参与混合才能满足轧钢系统的需要

按轧钢系统混合煤气正常需求量144100 m3/h，混合煤气热值在9405 kJ /Nm3计算，高炉煤气混入流量79，465 m3/h、焦炉煤气混入流量61，535 m3/h，焦炉煤气混入需求量已达到最大可供应量的96.6%。如果不引入新的煤气品种参与混合，对于生产过程中的短期增加混合煤气供应量或调高混合后热值的情况已无任何调节余地。

3解决方案

3.1对现有混合管道的改造

新建一座煤气混合系统，引入转炉煤气参与混合，即高炉、焦炉、转炉煤气混合系统。由于新建混合系统期间，不能对现有的生产造成影响，所有的新建管道并入现有管道时，必须带压开孔。

3.2对现有控制系统的改造

由于转炉煤气热值受炼钢煤气回收特性的限制，转炉煤气管道引入在线聚光热值仪，实时测量热值数据引入PLC。

混合煤气出口管道设置一台德国尤尼UNION 在线热值仪实时测量混合煤气的热值，这个热值数据同样也进入PLC 对焦炉煤气混入量进行调整。

4煤气混合系统改造

4.1焦炉煤气管道的改造

焦炉煤气管路沿气流方向设置DN1400 带压开孔用手动闸阀、DN1400 盲板、DN1200 波纹补偿器、煤气流量孔板、DN1000 流量调节阀后接至混合点。

4.2高炉煤气管道的改造

高炉煤气管路沿气流方向设置DN1400 带压开孔用手动闸阀、DN1400 盲板、DN1400 波纹补偿器、煤气流量孔板、DN1100 流量调节阀后接至混合点。

4.3转炉煤气管道新建

转炉煤气管路沿气流方向设置DN1000 带压开孔用手动闸阀、DN1000 盲板、DN1000 波纹补偿器、转炉煤气在线光谱分析式热值仪（聚光科技LA-4100）、煤气流量孔板、DN800 流量调节阀后接至混合点。

4.4 高焦转混合煤气系统改造示意图：

4.4混合系统控制改造

F1=高炉煤气流量

F2=焦炉煤气流量

F3=转炉煤气流量

Q=混合煤气的设定热值

Q′=尤尼热值仪测量热值。

Q1=高炉煤气热值

Q2=焦炉煤气热值

Q3=转炉煤气热值

Qj=混合煤气计算热值

能量守恒定律

式1

式2

式2中Q为设定热值，Q1、Q2为离线气相色谱仪化验热值，Q3为聚光在线热值仪测量值。

F1和F2孔板流量计测量热值。根据高炉煤气和转炉煤气的流量，混合煤气的设定热值等数据，可以推算出焦炉煤气的混入量，F2作为焦炉煤气调节阀的PID块的设定值SP。孔板流量计F2′，作为焦炉煤气流量调节阀PID块的过程值PV。调节阀实时跟踪F2，使得F2'无限接近于F2，由于F2根据高炉煤气流量、焦炉煤气流量、转炉煤气热值推算出的动态值，所以焦炉调节阀实时在调整F2′的流量。

自动调节过程分两步

第一步：控制目标Q′=9823±5% kJ /Nm3。即9329 kJ /Nm3—10312kJ /Nm3。

根据三种气体的单位热值和流量，能够计算出混合煤气的热值，即Qj。

式3

由于高炉煤气热值、焦炉煤气热值采用色谱仪离线测量方式，不能实时反映高炉煤气和焦炉煤气的单位热值，所以Q′和Qj的差距随着三种气体的单位热值实时变化。要使得Q′在9823±5%kcal/Nm3范围内变化，操作人员根据尤尼热值仪的变化趋势，随时调整混合煤气设定值Q，改变焦炉煤气的混入量来保证混合煤气的热值。在投运初期：Q′=9823±5% kJ /Nm3在一个月内的合格率能都达到98%。

在2015年10月份，应公司安能环的要求，±5%的波动调整为±3%的波动，Q′=9823±3% kJ /Nm3一个月内的合格率达到100%

此种方法弊端：操作人员时刻观察尤尼热值的变化，不断调整混合煤气设定值Q，操作人员的劳动强度增大。

第二步：由人工调整设定热值改为：根据尤尼热值仪Q′变化情况，自动调整设定热值Q，实现闭环控制，解放人力资源。

PLC系统对Q′的值和9823 kJ/Nm3进行比较，两者相差在±125kJ以内，Q值不进行调整。若偏离±125 kJ，对Q值进行正向或负向补偿，每60秒调整一次，每次加减125 kJ。若Q值和Q′相差大于1254 kJ。操作人员可以对他进行复位，Q重新设定至9823 kJ /Nm3

5混合煤气热值稳定效果

南钢混合煤气热值稳定，从初期计算热值比例调节，到人工跟踪热值仪调节，再到热值仪串级调节三个过程。热值稳定±5%月合格率99%。±3%月合格率99%。±2%月合格率95%。经一年的运行，已经达到设计要求。

6结束语

本次煤气混合站的改造，不仅解决了南钢缺少焦炉煤气的现状，同时在热值稳定方面取得了突破性的成果。对南钢轧钢厂加热炉的综合能耗、生产效率，都具有历史意义。