高焦煤氣配比自動調(diào)節(jié)控制的研究與應(yīng)用探討

黃龍強，孫紅，王又耘

(重慶鋼鐵股份有限公司，重慶401258)

高焦煤氣配比自動調(diào)節(jié)控制的研究與應(yīng)用探討

黃龍強，孫紅，王又耘

(重慶鋼鐵股份有限公司，重慶401258)

重鋼軋鋼工序配套建設(shè)1座煤氣混合站，將焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣按比例混合為熱值穩(wěn)定的混合煤氣，以滿足生產(chǎn)需要。在入口煤氣壓力穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)煤氣混合的自動控制和調(diào)節(jié)，以保證用戶熱值的要求。

混合煤氣；自動調(diào)控；穩(wěn)定熱值；應(yīng)用

1 引言

重鋼能控中心混合加壓站擔(dān)負(fù)公司軋鋼等用戶混合煤氣的供應(yīng)，混合煤氣熱值和出站壓力的穩(wěn)定是滿足軋鋼片區(qū)用戶正常生產(chǎn)的重要條件，由于軋鋼用戶煤氣用量波動大，采用人工操作調(diào)節(jié)難度大，很難保證混合煤氣熱值和壓力的穩(wěn)定。因此，需實施高爐、焦?fàn)t煤氣流量的自動混合控制，以穩(wěn)定煤氣熱值和管網(wǎng)壓力，滿足用戶生產(chǎn)需求。

按照最初的設(shè)計思路，采用兩閥調(diào)節(jié)就能保證高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的自動混合。即在高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣管路上各設(shè)置一調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)按比例對流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)實際生產(chǎn)運行證明，使用效果不好，用戶反映強烈。由于高煤管網(wǎng)壓力（一般12 kPa以上）比焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)壓力（一般7 kPa）高，造成混合煤氣用量波動較大，煤氣壓力難以穩(wěn)定，若不對混合入口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，是很難實現(xiàn)混合煤氣熱值的穩(wěn)定的。本文重點敘述混合站改進(jìn)后三閥調(diào)節(jié)的流量配比混合系統(tǒng)的組成、控制原理及應(yīng)用。

重鋼公司混合煤氣主要用戶有4100 mm軋制線、1780 mm軋制線和2700 mm軋制線以及棒線材、型鋼等用戶，但這些用戶加熱爐爐型不同，坯料各異，軋制節(jié)奏不同，生產(chǎn)需求不穩(wěn)定，在實際使用中對煤氣熱值需求不一，根據(jù)公司對混合煤氣使用的有關(guān)規(guī)定，在煤氣系統(tǒng)正常工況下和高、焦?fàn)t煤氣平衡時，要求混合煤氣熱值不低于9196 kJ/m3。且能夠做到保持熱值的相對穩(wěn)定，以確保混合煤氣用戶的正常生產(chǎn)。

2 混合煤氣系統(tǒng)組成

2.1 介質(zhì)參數(shù)（見表1）

2.2 煤氣混合站管道系統(tǒng)

高、焦煤氣管道各有兩根，高爐煤氣管道管徑為：DN1800 mm，DN1200 mm，焦?fàn)t煤氣管道管徑為：DN1200 mm，DN900 mm。四根管道上分別裝有一個蝶閥控制壓力和一個調(diào)節(jié)閥控制流量，即PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013為電動碟閥控制壓力；FCV2003，F(xiàn)CV2013，F(xiàn)CV2008，F(xiàn)CV2018為電動調(diào)節(jié)閥控制流量（如圖1），其中高爐煤氣PCV2008和FCV2003，焦?fàn)t煤氣PCV2018和FCV2013為第一組（大組），用作煤氣大流量混合；高爐煤氣PCV2003和FCV2008，焦?fàn)t煤氣PCV2013和FCV2018為第二組（小組），用作煤氣小流量混合。

表1 煤氣混合煤氣技術(shù)參數(shù)表

圖1 能控中心煤氣混合調(diào)節(jié)工藝流程圖

2.3 混合加壓站設(shè)備

混合煤氣加壓機5臺，型號：D1260-11離心鼓風(fēng)機（每臺進(jìn)口流量1260 m3/min）；PLC控制系統(tǒng)一套，上位機系統(tǒng)一套。

3 煤氣調(diào)節(jié)存在的問題

兩組PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013四個為電動碟閥，手動開到一定開度讓高爐、焦?fàn)t煤氣通過。FCV2003，F(xiàn)CV2013，F(xiàn)CV2008，F(xiàn)CV2018為電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)流量。按設(shè)計要求：當(dāng)混合煤氣用量改變，如用戶煤氣量增加時，混合煤氣出口總管壓力會降低，需要開大流量調(diào)節(jié)閥，流量增大后，出口壓力增加，達(dá)到煤氣平衡點。實際生產(chǎn)運行中，由于前端煤氣管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，波動較大，實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)困難，造成混合煤氣熱值波動大，滿足不了公司穩(wěn)定生產(chǎn)要求。

4 改進(jìn)過程及新的調(diào)節(jié)方式

混合煤氣站的作用是根據(jù)用戶流量進(jìn)行穩(wěn)定的自動調(diào)節(jié)。針對上述原因，公司組織相關(guān)技術(shù)人員對控制工藝、現(xiàn)場用戶使用情況、自動控制控制情況、調(diào)節(jié)閥和電動閥的技術(shù)特性等進(jìn)行了多次技術(shù)討論和技術(shù)分析，對四閥調(diào)節(jié)和三閥調(diào)節(jié)技術(shù)方案進(jìn)行了充分討論，進(jìn)行了以下的改進(jìn)：

4.1 改善過程

針對存在問題，對控制方案進(jìn)行了反復(fù)討論，要實現(xiàn)混合煤氣流量隨用戶流量變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，需要穩(wěn)定混合前高、焦?fàn)t煤氣的管網(wǎng)壓力。其壓力控制應(yīng)實現(xiàn)自動控制，需要將同一管道的四個電動碟閥PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013改成自動調(diào)節(jié)閥，以實現(xiàn)隨高、焦?fàn)t煤氣閥后壓力的變化而自動調(diào)節(jié)，達(dá)到混合前端壓力的穩(wěn)定。經(jīng)相關(guān)技術(shù)咨詢和研究，不需要更換蝶閥的執(zhí)行機構(gòu)（更換執(zhí)行機構(gòu)，費用較高），只要對執(zhí)行機構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定，即可將蝶閥改成具備調(diào)節(jié)功能的電動調(diào)節(jié)閥（接受4～20 mA模擬信號控制），完成三閥調(diào)節(jié)的自動控制，滿足工藝生產(chǎn)要求。

4.2 新的調(diào)節(jié)方式

煤氣混合工藝設(shè)置有大小兩組煤氣混合系統(tǒng)，新的調(diào)節(jié)方式采用三閥調(diào)節(jié)，進(jìn)行焦煤和高煤的配比混合，以保證供應(yīng)的混合煤氣熱值穩(wěn)定（如圖1）。

煤氣管道的電動閥處于開啟狀態(tài)，當(dāng)混合煤氣用戶流量增大或者減小時，高、焦煤流量調(diào)節(jié)閥的開度也需要相應(yīng)地增大和減小，以適應(yīng)用戶對混合煤氣流量和壓力的要求。保證混合煤氣出口流量和壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。但由于高、焦煤管網(wǎng)前端壓力是變化的。流量調(diào)節(jié)閥無法根據(jù)混合煤氣用戶需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，流量會反復(fù)調(diào)節(jié)，引起系統(tǒng)震蕩。用戶反映煤氣熱值波動大，調(diào)節(jié)效果不好，其主要是因為高、焦?fàn)t煤氣管道前端壓力不穩(wěn)定，出口流量調(diào)節(jié)達(dá)不到效果?，F(xiàn)采用如下方法進(jìn)行改進(jìn)：

兩組焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)閥FCV2013，F(xiàn)CV2018處于全開，焦煤流量的變化會隨混合煤氣用戶用量變化而變化，高爐煤氣流量調(diào)節(jié)閥FCV2003和FCV2008按照熱值要求，隨焦煤流量進(jìn)行配比調(diào)節(jié)。由于高爐煤氣閥前壓力一般為12 kPa，不能和7 kPa左右的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行混合，因此需將高爐煤氣PCV2008閥閥后壓力設(shè)置為6.7 kPa，此閥按閥后設(shè)定壓力自動調(diào)節(jié)，便于與焦?fàn)t煤氣進(jìn)行混合；當(dāng)焦?fàn)t煤氣閥PCV2018閥前壓力為7 kPa時，則閥后壓力需設(shè)定為6.6 kPa，并讓此閥隨閥后設(shè)定壓力進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，便于混合；另一組PCV2003，PCV2013調(diào)節(jié)控制方式與上述方式相同。

4.3 三閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點

在滿足熱值和投入焦煤/高煤自動配比情況下，采用三閥調(diào)節(jié)可根據(jù)焦煤、高煤配比實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能較穩(wěn)定、操作可靠，既有穩(wěn)壓作用，又能根據(jù)用戶使用需要，在保證一定熱值情況下，對混合煤氣進(jìn)行可靠調(diào)節(jié)。

5 實施效果

采用三閥調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了混合煤氣的自動配比調(diào)節(jié)，可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣的混合比例自動調(diào)節(jié)控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)熱值穩(wěn)定效果。自改造以來，煤氣混合站運行穩(wěn)定，保證了軋鋼用戶生產(chǎn)要求，為公司煤氣平衡創(chuàng)造了很好條件，大大減少了煤氣放散，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。

6 結(jié)束語

在討論技術(shù)方案時，多了解同類鋼廠控制過程。在設(shè)備技術(shù)參數(shù)選擇上，為了保證混合調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性，兩個電動蝶閥都應(yīng)采用調(diào)節(jié)閥。因一個調(diào)節(jié)閥既要實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，又要實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)是不可行的。

Research and App lication of Automatic Regulation Control of BF Gas and Coking Gas Proportioning

HUANG Longqiang,Sun Hong,WANG Youyun
（Chongqing Iron&Steel Co.,Ltd.,Chongqing 401258,China）

A gas mixing station was built for the rolling process of Chongqing Steel,to prepare a calorific-stable mixed gas by mixing coking gas and BF gas at certain proportion to meet production demand.With the gas pressure stable at the entry automatic control and regulation was achieved,to ensure the calorific value required by users.

mixed gas;automatic control;stable calorific value;application

X757

B

1006-6764(2015)08-0023-03

2015-05-25

2015-05-29

黃龍強（1963-），男，1986年畢業(yè)于重慶大學(xué)熱能動力專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)從事能源管理工作。