冷轧区域煤气站混合煤气系统热值控制技术改造

冷轧区域煤气站混合煤气系统热值控制技术改造

罗筱薇,周亚军,罗皓涛,林彬

中冶南方钢铁工程技术有限公司 湖北 武汉 430223

摘要：针对冷轧区域混合煤气供应出现小流量热值异常不稳定、难以控制的问题，提出行之有效的工艺改造解决办法，使混合煤气的热值得以稳定控制。

关键词：冷轧  煤气站  混合煤气  小流量  热值  稳定控制

前言

在冷轧区域煤气站的混合煤气系统中，混合煤气的热值控制均易受来源气参数波动和用户流量波动的影响。本文重点介绍的是混合煤气系统小流量的工艺改造方案。

一、钢铁厂冷轧区域煤气站的配置现状

本文介绍的冷轧区域煤气站的工艺流程是：先净化混合后加压的流程。即来源气的焦炉煤气进入煤气站，先经过电捕焦油器将焦炉煤气中的焦油从50 mg/Nm3脱至5 mg/Nm3，再经脱硫将H2S从200 mg/Nm3脱至10 mg/Nm3以下。经脱焦油→脱H2S后的焦炉煤气一部分经焦炉煤气加压机加压后送往各焦炉煤气用户，另一部分与高炉煤气混合成热值为7537 kJ/Nm3（～1800 kcal/Nm3）的混合煤气，再经过混合煤气加压机加压后供用户使用。

在上述煤气站工艺流程中，混合系统是采用焦炉煤气+高炉煤气混合，且是采用可变定值控制+热值参与精确控制的方法完成煤气配比控制热值。

二、冷轧区域煤气站容易出现的问题和改造的必要性

煤气站混合系统设计时由于需考虑满足最大的混合能力，所以高炉煤气、焦炉煤气管道上常规选用的是与之直径一致的调节阀，即使阀门微开，也会有很大煤气流量通过，比较适合在正常工况下的调节，而当混合煤气流量较小时，其热值则难以控制或控制不稳，满足不了安全生产需要。在实际生产过程中每次经历冷轧单元年修前后几天，煤气使用量减少，煤气站混合煤气输出量大多在8000Nm3/h以下，热值控制就会在6000kJ/Nm3-8000kJ/Nm3（正常情况下要求在7240kJ/Nm3-7830kJ/Nm3之间）之间波动，为了保证热值正常的波动控制范围，只能要求罩式退火炉机组烧废卷来增加混合煤气用量，造成煤气浪费较大。

随着钢铁厂产品生产转型调整，罩式退火炉机组产量大幅度下降，造成混合煤气使用量大幅下降。针对上述混合煤气用量需求变化，罩式退火炉机组混合煤气逐年减少，甚至不用，如果再遇到两个较大用量的连退和热镀锌机组故障、定修等情况，即使不在年修也时常会出现混合煤气总使用量下降到8000Nm3/h以下，从而造成混合煤气热值无法控制，对生产和安全都带来极大危害。热值过低，会造成混合煤气用户炉子温度达不到生产规定要求，甚至会导致炉子熄火，严重影响生产。热值过高，由于混合煤气用户炉子采用定空煤比，会导致炉内煤气来不急燃烧，带来煤气聚积产生爆炸的可能，对安全构成极大隐患，或带来排放烟气碳氢化合物、一氧化碳等浓度增加，对环境造成不利影响。

三、推荐的改造工艺方案

本文针对冷轧区域某单元先净化混合后加压的煤气站流程为例，着重分析对其中混合系统小流量热值控制的工艺改造。

该混合系统原有调节工艺是：三阀组单环流量配比调节控制系统，且高炉煤气和焦炉煤气各仅有一条流量调节配比管路，其中高炉煤气管路设1个调节蝶阀，焦炉煤气管路上设2个调节蝶阀，高炉煤气调节阀后和焦炉煤气2个调节阀之间分别各设1个流量孔板，根据2个孔板的压差保持两种煤气流量比例不变的方法，自动调节其中1种煤气的配入量，以得到相对稳定热值的混合煤气。这种控制方法由于孔板具有固定的孔径，其调节范围一般较窄。

改造后的调节工艺为：两阀组流量配比调节控制系统，主要控制功能为：高炉煤气和焦炉煤气混合系统是由热值较高的焦炉煤气与热值较低的高炉煤气按比例混合，形成压力及热值均稳定的混合煤气。负荷调节方式为：煤气混合系统的出口混合煤气总管压力反映了煤气负荷量的大小：压力高说明用户用量小；反之，压力低说明用户用量大。因此，负荷调节的主被调量是煤气混合站的出口总管压力。

假设热值较低、流量较大的高炉煤气为稳定混合煤气出口压力的主导煤气，为提供热值稳定的混合煤气，高炉煤气和焦炉煤气按照一定比例进行混合，但由于混合系统的负载变化，造成实际流量波动，引起混合煤气热值不稳定，故将混合煤气的实际热值引入比值调节系统，用来对高炉煤气、焦炉煤气的比值进行修正，以保证混合煤气热值稳定在设定值。

主调节回路是混合煤气的压力调节回路，PIC1是主调节器；高、低发热值煤气流量的调节回路是两个并列的副调节回路，FIC2、FIC3是副调节器；AT1是热值分析仪，测量混合煤气的实际发热值，AIC1计算出热值的修正系数；FY1为计算单元，它根据被混合煤气的理论流量比和热值修正系数计算出被混合的煤气的流量比，以消除被混合煤气的发热值波动所造成的混合煤气的发热值波动；FY2、FY3为计算单元，它根据被混合煤气的流量比和主调节器PIC1的输出，分别计算出高、低发热值煤气的流量设定值。

但这种控制方式若高炉煤气和焦炉煤气各仅有一条流量调节配比管路的话，还是局限于来源气管网压力较稳定，用户数量较少的情况。所以为了更好地适应冷轧区域来源气和用户数量较多等实际情况，我们推荐的混合系统工艺改造方案如下：在混合系统内部分别各增加1路高炉煤气DN600和焦炉煤气DN300的小流量管路，改造原有高炉煤气DN900和焦炉煤气DN700的大流量管路，变原有的三阀组单环流量配比调节控制系统为改造后的两阀组串级流量配比调节+热值参数修正的控制系统；并增设一路DN600混合煤气管道与转炉煤气管道连接，增设相应的流量测量、调节及手动切断阀门等；另外还需配套对混合煤气加压机改造，重新选型提升离心式混合煤气加压机的出口压力，因为原有混合煤气用户接点要求在12~13.5kPa，原设计混合煤气加压机的出口压力仅为14.5kPa，而转炉煤气管网的压力在17kPa，所以混合煤气加压机改造后的出口压力应略大于转炉煤气管网的压力，一旦出现用户机组因故障或其他原因减少或停止使用混合煤气，煤气站混合系统即可通过混合煤气与转炉煤气连通阀阀门开度的调整，使压力较高的混合煤气往压力较低的转炉煤气管网输送，使转炉煤气管网成为混合煤气的一个“临时用户”，从而保证混合煤气在最低使用量时，达到热值可控。

通过增设高炉煤气、焦炉煤气大、小流量管路，增设混合煤气与转炉煤气连通管路，主要靠混合系统混合煤气出口压力来控制，当混合煤气用户流量小时，即混合煤气系统出口压力高时，就用小流量管路，当混合煤气用户流量大时，即混合煤气系统出口压力低时，就用大流量管路。当混合煤气用户流量小到一定程度，混合煤气系统出口压力高到一定值，小流量管路也难以调节时，就开启混合煤气与转炉煤气的连通管路。

经过本文推荐的一系列改造后，煤气站混合煤气大流量控制在7000~35000Nm3/h，小流量控制在3000~15000Nm3/h，混合系统最大混合能力45000~50000Nm3/h，煤气站混合煤气出口最高压力为略大于转炉煤气管网的压力。流量稳定时混合煤气的热值波动不大于±3%，流量瞬间波动时热值波动不大于±6%，持续时间不超过1分钟。改造后热值长期保持在一个较稳定的状态。

总结

上述推荐的混合煤气系统小流量工艺改造方案，已在实际工程项目中得到多方验证，建成投运后，运行状况非常好，完全实现了小流量或用户流量变化时混合煤气热值保持稳定。

参考文献：

[1]钢铁企业燃气设计参考资料编写组. 《钢铁企业燃气设计参考资料》（煤气部分）.  北京：冶金工业出版社，1978年