非常态下智慧调度平衡技术的思考与应用

洪 瑾，胡胜利，张 伟，赵博识

（1.马鞍山钢铁股份有限公司人力资源部；2.马鞍山钢铁股份有限公司能源环保部 安徽马鞍山 243002）

1 前言

钢铁企业煤气平衡主要分为静态平衡和动态平衡。 实际生产中煤气供应与需求之间时刻在发生着动态变化，日常矛盾主要聚焦于动态平衡。 因此，需处理好煤气动态平衡，以避免对系统造成重大危害。［1］国内某大型钢铁公司北区两座4000m3高炉同时休风，区域高炉煤气系统零气源，产线仅靠南北区BFG 连通管输送、调整保供，该运行工况自北区投产以来前所未有，平衡保供压力空前。 高炉余能回收系统异常状况下煤气并网量瞬时暴增或突降，导致能环部公辅挂网运行曼式煤气柜活塞速度超限（限定值±1m／s），造成管网压力剧烈波动，严重威胁气柜运行安全。 非常态下智慧调度平衡调控技术的思考应运而生，检验提升能源调度指令执行力及调度员应急处置响应能力刻不容缓。

2 非常态典型案例及应对平衡技术

2.1 案例一

某日（B＃高炉大修期间）原料厂中控按炼铁总厂管控需求，组织北区小料场地坑海南块加槽作业过程中上料系统着火，导致高炉焦炭、烧结矿供应中断，A 高炉被迫紧急休风14 小时。 期间北区高炉煤气系统并网量为0，仅靠连通管南送北12 万m3／h 维持区域产线生产。

事故发生后经过认真梳理、复盘，总结智慧能源调度系统应对技术措施如下。

（1）若北区CCPP 机组处于正常运行状态，调度专家系统（如图1）会发出智能语音提醒“由于高炉煤气平衡缺口较大，建议CCPP 机组停机”。

（2）系统建议动力调度迅速提升高炉煤气柜位。 建议135 MW 机组立即停止掺烧BFG，全量使用COG；同时建议电厂60 MW 机组停运，确保高炉煤气柜高位运行。

（3）紧急对一集控高炉煤气输配调压站运行方式进行调整，要求南区全量往北区输送高炉煤气，平均送量11.5 万－12 万m3／h。

（4）提醒调度员通知北区烧结机脱硫脱硝系统在高炉休风前停止使用高炉煤气。

（5）针对B＃高炉大修期间热风炉间断性烘炉，要求A＃高炉休风前B＃高炉完成本轮次的烘炉，避免A＃高炉休风期间两座热风炉同时烘炉。 热风炉烘炉需提前一小时告知能环部调度，烘炉前要求北区焦炉停用高炉煤气，同时热风炉使用量不超过10 万m3／h。

（6）要求主要用户2250、1580 热轧立即采用单焦保温；考虑到重要订单兑现需求，当日仅对冷轧北区混合煤气用量进行了制限，使用量不允许超过3 万m3／h。

（7）要求北区炼焦厂放缓生产节奏，焦炉加热高炉煤气使用量不得超过9 万m3／h。

（8）要求长材北线、小棒产线停止使用混合煤气，二厂区混合站转单焦，二厂区产线采用中压15 KPa 焦炉煤气保压。 （中压焦炉煤气保压第一次尝试，用户无异常。）

（9）协同制造部要求北区炼钢转炉保持1 炉／小时的生产节奏，避免人工合成投运消耗大量高炉煤气。

不足之处及思考：

（1）高炉休风初期北区焦炉煤气大量富裕，缺乏有效手段降低焦炉煤气柜容，导致休风期间北区COG 放散量较大。 后期北区填平补齐15 万m3 高炉煤气单段皮膜柜项目上马后，对气柜运行方式进行调整：将2＃高炉煤气柜转焦炉煤气柜运行。 届时北区两座焦炉煤气柜挂网运行，系统缓冲能力大幅提升，可有效缓解阶段性（尤其集中停产、集中待料期间）焦炉煤气富余放散问题。 “削峰填谷”亦可降低北区天然气掺烧量。

（2）能源调度在得知高炉长时间休风信息后，只顾及煤气系统的平衡调整，没有及时对氧气系统运行方式进行调整，导致高炉休风期间氧气系统富裕放散量较大。 可通过停运钢铁生态圈某气体公司一台空分机组即可解决。

（3）极端情形下，若南北区连通管输送量不足，冷轧产线也需停产采用单焦保温。

2.2 案例二

某日A＃高炉TRT 系统调试过程中跳车，煤气并网量瞬间异常飙升（关口表计显示超量程）后骤降至0。 并网煤气温度无明显变化，TOP 点并网压力超高报警（最高显示19.2 KPa），高炉煤气总管压力最高12.86 KPa（放散压力点）。

由于A＃高炉煤气瞬时并网量增大，北区2＃高炉煤气柜运行速度超限，气柜活塞上升速度最大1.96 m／mim（如图2），下降速度最大－1.97 m／mim。3＃高炉煤气柜活塞上升速度最大0.94 m／mim，下降速度最大－1.04 m／mim（因2＃、3＃柜柜位调整需要，当时2＃、3＃柜进出口阀门开度分别为80%、45%）。 高炉煤气放散压力设定值为10 KPa，放散系统处于自动状态（已动作，反应相对滞后），气柜活塞超速报警后，调度员迅速将高炉煤气放散运行模式由自动改为手动，手动开大放散调节阀开度增加放散量，高炉煤气最大放散量达33 万m3／h。

图2 灰色曲线为3＃柜、粉色曲线为2＃柜活塞运行速度

为避免类似工况气柜活塞运行超速，经过多轮专题研讨、总结技术处置措施如下：

（1）优化高炉煤气放散调节阀PID 相关参数设定值（如图3），确保异常状况下放散系统能够提前响应，从而稳定管网压力。

图3 高炉煤气调节阀相关参数设定值

（2）高炉煤气放散筒放散压力设定值与主管压力连锁（压力监测点位于高炉煤气柜和高炉煤气放散塔之间），在系统瞬时富余量增加，管网压力上升，触发放散连锁压力时放散开始动作，参与系统动态调整。 对1＃筒放散逻辑稍作调整：将1＃筒与A＃高炉并网点压力值连锁，设定连锁压力值12 KPa 左右（根据实际运行情况酌情调整），由于其靠近气源端，与现有放散压力测点相距340 米，根据煤气流速20 m／s 计算，高煤放散1＃筒可提前17 秒动作开启；同时由于A＃高炉并网点压力波动较现有放散压力测点高（并网点最高19 KPa、现连锁压力测点最高12 KPa），其PID 调节中ΔP 由从2 KPa 提高至7 KPa，阀门动作速度增加。 1＃筒提前动作，参与系统缓冲，可及时消化部分高煤瞬时并网量，从而减小煤气瞬时并网暴增对气柜的冲击。

（3）增加高煤气柜进出口阀门开度与活塞速度联锁，即在气柜活塞运行速度超过1.5 m／min 时（上升或下降），气柜进出口阀门自动联锁关闭至40%（目标根据实际运行情况酌情调整），以降低异常状态下的气柜超速风险。 该措施有个弊端：气柜入口阀门关小后管网压力会短时迅速上升，事后需及时通知动力巡检检查沿线煤气水槽运行状况，避免排水器亏水被煤气击穿造成CO 人身中毒事故。 如果气柜活塞速度下降过快，说明高炉煤气紧缺，需同时采取案例一相关平衡措施。

3 结语

通过对煤气柜相关运行参数的优化，可以提高其安全性能。［2］针对特殊情况采取适当的特殊应对方法，在上述两个非常态典型案例的应对经验中，经过复盘、技术沉淀，将其精华部分固化为标准化文件写进应急预案。 可以有效缓解能源调度平衡无的放矢、调控不及时、措施执行不到位等原因造成的管网压力波动，确保了高炉煤气系统压力稳定及气柜运行安全。 该经验可以在钢铁行业及类似能源工艺系统复制和推广。