钢铁企业煤气平衡问题探究与改进

陈晓伟，陈 伟，田 朝，王荣耀

（唐山钢铁集团有限责任公司动力部，河北唐山 063000）

引言

煤气作为大型联合钢铁企业重要二次能源，占企业总能耗的30%～40%[1]。以充分利用和减少放散为目标的煤气平衡管理已经成为钢铁企业节能降耗和深度挖潜的重要手段[2]。因此，全面分析企业煤气状况，科学制定与企业相适应的煤气平衡管理措施尤为重要，不但可以缓解能源紧张局面，降低成本，还可以减少污染排放，提高企业经济效益与社会效益。

结合唐山钢铁集团新区实际情况（以下简称唐钢新区），就煤气平衡存在的问题进行分析，探究实现利用煤气平衡达到最大程度节能降耗的有效措施。

1 唐钢新区煤气平衡现状

唐钢新区目前运行高炉2 座，转炉3 座，高炉煤气和转炉煤气通过综合管网送至各用户和煤气柜。焦炉煤气来自于唐山天然气公司，通过计量调压撬进入综合管网送至各用户和煤气柜。唐钢新区现有4座煤气柜：1座30 万m³高炉煤气柜，2座15 万m³转炉煤气柜，1座5 万m³焦炉煤气柜。三管式放散塔1座，分A、B、C三座子塔，单塔放散能力20万m³/h。

唐钢新区煤气发生量相对稳定，正常生产过程中，高炉煤气发生量为110 万m³/h，主要用户：高炉热风炉、轧钢加热炉、煤气锅炉、烧结机、烧结脱硫脱硝、球团、球团脱硫脱硝、铸铁机、高炉喷煤、白灰窑、炉渣超细粉等。转炉煤气发生量受限于转炉吹炼节奏，发生量为6.5 万～8.0 万m³/h。主要用户：钢包烘烤、煤气锅炉、白灰窑等。煤气资源状况如表1，折合成标煤约为146.5 t/h，标煤价格按600 元/t进行计算，年煤气资源价值约7.74 亿元。

表1 唐钢新区煤气资源状况

唐钢新区各用户煤气平衡用量见表2，在实际生产过程中，煤气的发生量、消耗量、压力等因素均存在一定程度的波动，此外生产计划的调整、煤气大用户计划检修等会直接打乱煤气平衡，加大煤气平衡难度，严重时导致煤气大量放散[3]。

表2 唐钢新区煤气平衡表

2 煤气平衡对策

2.1 避免煤气的集中使用或停用

煤气大用户的集中使用或停用是打乱煤气平衡的主要因素[4]。高炉热风炉小烧时高炉煤气用量为12 万m³/h，大烧时高炉煤气用量为24 万m³/h，热风炉大小烧每0.5 h切换一次，如果小烧时间重叠则会造成煤气管网压力瞬时升高，煤气放散高达12 万m³/h；大烧时间重叠则会造成管网煤气瞬时严重不足，直接导致气柜柜容短时内迅速下降，甚至引发生产及安全事故。因此，为解决因热风炉造成的煤气失衡问题，唐钢新区对热风炉的大小烧时间整体安排，避免时间重叠。此外，因订单数量、轧制工艺、轧机检修等原因引起的轧钢加热炉阶段性煤气用量变化高达50%，唐钢新区煤气调度人员与轧线控制室建立信息联络机制，对于计划外的临时煤气供需进行预判，富裕煤气可以输送至煤气锅炉、炉渣超细粉等缓冲用户。

3.2 科学配置煤气柜柜容与管网放散压力两者关系

煤气柜可对煤气系统的失衡起补偿作用，一是可以储存系统中的过剩煤气；二是当系统中的煤气不足时，保证生产线的正常运行[5]。气柜柜容与管网放散压力的合理选取，以及实际过程中的人为预判对减少煤气放散尤为重要。确定了以“高柜容、低放散压力；低柜容、高放散压力”为原则，将气柜运行状态与管网放散压力进行了综合考虑，并结合近期运行情况设定了如下的联锁值。若高炉煤气柜因特殊情况解列，放散塔收回管网压力控制权。见图1。

图1 放散塔放散压力设定图

（1）当高炉煤气柜柜容超过24 万m3时，放散塔放散压力自动转换为11.5 kPa、12 kPa、13 kPa，直至柜容降至20万m3。

（2）高炉煤气柜柜容15 万m3及以下时，放散塔放散压力自动转换为14.5 kPa、16 kPa、17.5 kPa。

（3）高炉煤气柜柜容降至（或升至）20 万m3时，放散塔放散压力自动转换为13 kPa、14 kPa、14.5 kPa。

（4）高炉煤气柜因特殊情况解列后，放散塔收回管网压力控制权，放散塔放散压力为13 kPa、13.5 kPa、14 kPa。

2.3 用户使用煤气优先等级和压限原则

高炉煤气使用优先级分为四级，依次为：热风炉＞喷煤、烧结(含脱硫脱硝）、球团(含脱硫脱硝）＞炼钢加热炉＞煤气锅炉、铸铁机、炉渣超细粉。高炉煤气压限原则：高炉煤气充足时，增加煤气锅炉高炉

煤气用量，直至满负荷；高炉煤气不足时，首先压减四级用户中的煤气锅炉，锅炉降至最低负荷后（26 万m³/h）升为二级用户，然后压减炉渣超细粉、铸铁机；四级用户压减完不能保证高炉煤气供气量时，依次压减三级用户、二级用户、一级用户。

转炉煤气使用优先级分为两级，依次为炼钢烤包、石灰窑，煤气锅炉。转炉煤气压限原则：转炉煤气充足时，增加煤气锅炉用气量；炼钢节奏慢或者其他原因导致转炉煤气不足时，煤气锅炉停用转炉煤气，当2 座转炉煤气柜柜容相加低于7 万m³时，依次减少石灰窑和炼钢烤包转炉煤气用量，直至石灰窑停烧和炼钢烤包切换到焦炉煤气。

2.4 利用经济手段提高煤气产量和使用效率

为避免高热值转炉煤气放散，制定了更为合理且灵活的转炉煤气回收标准[6]，当转炉煤气相对充足时，在其他条件合格的前提下CO 回收标准提高至30%。当转炉煤气相对短缺时，在其他条件合格的前提下CO 回收标准降低至25%，提高转炉煤气回收量。

此外唐钢新区内部采用提高转炉煤气价格，奖励减少放散量等经济手段引导各单位向有利于煤气平衡方向发展[7]。各单位积极探究节能降耗措施，提高煤气利用效率，增加本单位的效益。

3 结论

2020年10月至今，唐钢新区通过采取控制煤气的集中使用或停用、科学设定煤气柜柜容与管网放散压力关系、明确用户使用煤气优先等级和压限原则、利用经济手段提高煤气产量和使用效率等措施，高炉煤气放散率从4.23%降至0.545%（图2），转炉煤气实现0 拒收。煤气放散率远优于2020 年全国重点钢铁企业煤气放散率2%的水平。唐钢新区通过煤气的合理调配，基本实现了煤气系统的平衡。

图2 唐钢新区高炉煤气放散率