混合煤气热值不稳定的原因及解决措施

张 莹

（ 江西新余钢铁集团公司第一动力厂燃气车间，江西 新余 338001）

冷轧加压站高、焦混合煤气系统由中冶赛迪设计院设计施工，主要是提供给公司计划项目冷轧薄板厂使用。冷轧薄板厂由中冶南方设计院设计施工，全套轧机是法国进口的世界先进的机组，5月主体设备安装完成，6月需要点火烘炉调试，当时提出了需要混合煤气热值7500±300kj/m3，煤气流量瞬间0-22000m3/h，煤气压力19±0.5KPa波动的要求，否则冷轧厂连退炉无法正常运行，无法满足现场调试及今后的生产需要。由于两家设计单位在设计时间及对工艺控制的要求不一致，冷轧加压站混合煤气系统目前的工艺根本无法满足冷轧薄板厂的运行要求。

1 热值无法稳定的主要原因：

（1）冷轧加压站混合煤气系统采用的是先加压后混合的模式，控制系统在配置上都是采用普通的方式，调节手段单一，只能对热值和压力要求不高，流量基本稳定的用户提供混合煤气。

（2）中冶赛迪设计院没有设计煤气热值控制程序，煤气流量、压力、配比都是需要人工手动操作，依靠人工根据用户用气量、压力及热值的变化操作系统中7道控制阀门，不仅慢，而且准确度很差，根本无法满足冷轧薄板厂的生产需要。

（3）由于高炉煤气加压机和焦炉煤气加压机设计流量都是18000m3/h，而冷轧薄板厂在正常生产时需要的煤气量是0-22000m3/h，按加压机安全运行的技术规程要求，单台加压机运行的最小供应量不能小于6000m3/h（焦炉煤气加压机有硅钢、制氢用户，可以正常运行），在目前工艺情况下，高炉煤气加压机只提供冷轧薄板厂用户，因此无法正常运行。

（4）用户混合煤气用量是随时瞬间波动的，在增加或减少煤气供量时，高、焦炉煤气的配比量会出现紊乱，造成混合煤气热值出现大幅波动。

（5）现场高、焦炉煤气调节控制阀是普通的气动蝶阀，反应时间慢、调节精度差，最小开关度是1%（有时PLC手动开关2-3%，现场阀门不动作），很难根据需要稳定控制煤气流量，导致混合煤气热值波动大。

（6）热值仪的安装位置不符合规范要求，热值仪安装在高、焦炉煤气混合点后9米左右，在混合煤气没有充分混合的情况下就已经取样分析，热值仪反映的热值不具备参考价值，实际运行热值在什么流量情况下出现怎样的变化没有可靠依据，导致调节手段和调节方式无法确定。

（7）我们是第一次采用先加压后混合的混合煤气供应工艺，对在小流量情况下加压机运行及混合煤气配比流量、压力的控制没有经验。

2 解决问题的思路

（1）首先必须解决混合煤气流量在0-22000m3/h之间瞬时波动情况下加压机正常运行的问题。因为只有加压机能够正常运行，混合煤气系统才能投入使用。

（2）需要解决混合煤气压力、流量、配比控制问题。先加压后混合的运行方式中如果这些问题解决不好，混合煤气系统压力和流量的变化会很大，同时会产生高、焦炉煤气加压机煤气互串现象，不但热值稳定无法实现，对焦炉煤气用户硅钢厂、制氢站的正常生产及系统的安全运行构成威胁。

（3）需要解决热值仪取样不准确的问题。中冶赛迪设计院设计热值仪取样点安装在高、焦炉煤气混合管后不到9米处。根据设计规范，混合煤气要达到混合均应，混合后流经的距离要达到管经的15-20倍，DN1200的混合煤气管道，热值仪取样点应安装在混合管后17-25米后。

（4）调节阀调节精度差是影响混合煤气配比量的一个关键因素，供应量跟不上用量的变化会导致混合煤气压力，热值出现大幅波动。

（5）需要解决系统自动跟踪调节、控制的问题。只有系统根据生产需要做到自动控制调节，才能避免混合煤气压力、流量变化大时配比量能及时进行跟踪调节，达到稳定热值的目的，满足冷轧薄板厂的正常生产需要。

3 解决方案

（1）在目前工艺基础上要解决加压机流量问题，必须增加用户点，为了尽快实现加压机后煤气分流，我们在混合煤气管道上安装一根DN377管道至转炉煤气加压机进口，设定当高炉煤气流量小于7000m3/h时，DN377管道调节阀自动开启到适当阀位，将混合煤气引入转炉煤气加压机进口；当高炉煤气流量大于10000m3/h时，DN377管道调节阀自动关闭，确保高炉煤气流量在7000以上运行。为了让压力、热值稳定的混合煤气发挥更好的作用，我们提出增加混合煤气用户的方案，通过公司相关部门讨论，决定增加中厚板厂用户。有了中厚板厂这样一个稳定的用户，冷轧厂煤气波动就不会影响到加压机的正常运行，在中厚板厂出现检修的特殊情况下，我们可以通过DN377管道解决煤气波动的问题，这样，加压机运行安全问题得到了彻底解决。

（2）在没有任何运行经验的情况下，我们通过不断的讨论、运行试验、修正，最终找到了一套合理的解决方案：首先由高、焦炉煤气加压机高低压回流阀控制高、焦炉煤气机后管网压力，我们将高、焦炉煤气机后压力设定为18.5±0.5KPa，当压力高出或低于设定压力时，高低压回流阀关小或开大进行调节控制；根据用户流量变化情况，调整加压机机前调节阀，使高低压回流阀的开度在10-90%之间运行，避免完全关闭后机后压力不够，完全开启后机后压力无法泄压而引起的机后压力大幅波动情况。

将混合煤气管网压力设定为17±0.5KPa（经过了解，冷轧薄板厂实际需要的混合煤气压力为＞16KPa即可），由高炉煤气调节阀跟踪控制混合煤气管网压力，根据冷轧厂需要的混合煤气热值7500±300kj/m3的要求确定高、焦炉煤气的配比值，由焦炉煤气调节阀根据高炉煤气流量及配比值控制需要供应的焦炉煤气流量，以达到稳定混合煤气压力和热值的目的。

（3）根据技术规范要求，混合煤气要达到充分混合均应，需要的流动距离是运行管道直径的15-20倍，即混合点17-24米后，目前热值仪安装位置明显不够，热值仪表显示热值在5000-10000kj/m3之间波动（热值仪的最小和最大量程），热值仪无法反映真实数据给我们的调整带来不利影响。如果将热值仪取样点进行重新按规范安装，那么取样点必须安装在冷轧加压站围墙外铁路旁，不便于管理且运行安全不能保障；通过改造后，热值仪反映数据的稳定性有了明显改善，在用户流量稳定的情况下人工取样分析结果与配比的计算结果和热值仪数据基本一致，热值仪取样不准确的问题得到解决。

（4）现场高、焦炉煤气调节阀是气动机械调节装置，阀门是普通的蝶阀，动作的灵敏度低，控制煤气流量的能力差，只适应在要求不高的管道上使用。要达到0.1%高精度调节，需要换成比例阀，但费用很高。通过现场研究分析，我们采用了较小改动的办法，将气动机械调节改为气动智能调节，使阀门能达到1%的精度调节。

（5）以上问题得到解决以后，我们进入了最关键的系统自动跟踪调节、控制的环节，这个环节是混合煤气热值能否稳定的关键，也是最复杂、最难控制的一个环节，关键是调节阀的动作时间和动作幅度的调节控制很难把握。通过在用户用量不断大幅变化的情况下，我们对程控参数不断进行记录、修改，同时采取人工取样分析与热值仪对比，慢慢找出了一套自己的自动控制方法。当运行压力接近设定压力时，阀门动作幅度小，动作一次间隔时间长；当运行压力远离设定压力时，阀门动作幅度大，动作一次间隔时间短。比如用户用量突然增加500m3/h，运行压力为16.7KPa，这时高炉煤气调节阀因此开3%，3秒钟后检测到也能保证可以查看清晰，对于角度的调节，由我段施工人员施工，车站人员进行调节，设备部门进行验收，多道工序进行保证。

（5）现场的道口机安装由我段员工进行施工，由专业工程师带队，设备部门出图纸，道口机采用断电抱闸型，即使停电，道口机在风速较大的时间，也能抱闸，不至于栏杆落下伤人。对于我部老式道口机，进行改良换型，极大了节约了费用，也保证了稳定性和安全性。针对道口栏杆增加光带，避免在夜间时，好多夜间抢修员工通过道口时车速过快，未能发现栏杆已下落，导致发生撞伤。

（6）操作画面，由我部设备部门进行制作，采用的是组态王软件，使操作按钮和摄像头都集中在软件中，起到了集中监控的效果。

5 效果

通过此次改造，新钢公司的道口员岗位已经全部撤除，为我部节约了相当大的费用，且此次改造完后，道路通行更加畅通，避免了夜间冲撞栏杆的事故，减少了故障处理时间，提高了作业效率，基本达到了运输高效安全的要求。运行压力只有达到16.9KPa，再开1%，以此类推；如用户用量突然大幅波动，运行压力高出19.5KPa或低于15.5KPa时，高炉煤气调节阀每次动作8%，3秒钟后检测到运行压力如进入18.3--16.7KPa范围则继续动作3%，直到符合要求为止；由于每个区域都对阀门的动作幅度和间隔时间进行了不同设定，混合煤气管网压力的稳定性完全能够满足冷轧薄板厂生产需要。

4 取得的效果

自动跟踪调节、控制系统投入运行以后，我们在混合煤气流量波动频繁的情况下，采用人工连续取样分析与热值仪进行对比，在一周的时间内，混合煤气的热值一直稳定在7500±200kj/m3之间运行，证明我们在控制方法上找到了有效解决的办法，随后我们制定了每周进行一次人工取样分析与热值仪对比的制度，到目前为止，热值的稳定性一直符合冷轧薄板厂生产需要，该项技术填补了公司混合煤气热值稳定操作的空白，达到了国内同行同工艺设备水平的最先进水平。5 存在的问题

由于公司高、焦炉煤气在不同季节，不同冶炼时间段热值会发生变化，冷轧加压站只有混合煤气管道上一台热值仪，当高、焦炉煤气热值发生变化，配比值没有改变的情况下，混合煤气热值会出现相应的升高或降低。所以在日常运行中，经常需要根据高、焦炉煤气热值的变化进行人工修改配比值，如果能在焦炉煤气管道上增加一台热值仪参与配比值的自动调节，冷轧混合煤气的热值会更加稳定。6 结束语

通过近6个月的冷轧混合煤气热值稳定控制的实践探索，我们找到了解决问题的方法。9月，我们将该控制方法在公司热轧加压站进行了推广应用，使原热轧混合煤气热值由8000-14500kj/m3左右波动控制在12160±800kj/m3左右波动，极大改善了用户的热工制度，为公司热轧薄板厂、中厚板厂、线棒材厂等单位提高产品成材率、稳产高产发挥了积极作用。