鋼鐵企業(yè)煤氣平衡問題探究與改進(jìn)

陳曉偉，陳 偉，田 朝，王榮耀

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司動力部，河北唐山 063000）

引言

煤氣作為大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)重要二次能源，占企業(yè)總能耗的30%～40%[1]。以充分利用和減少放散為目標(biāo)的煤氣平衡管理已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗和深度挖潛的重要手段[2]。因此，全面分析企業(yè)煤氣狀況，科學(xué)制定與企業(yè)相適應(yīng)的煤氣平衡管理措施尤為重要，不但可以緩解能源緊張局面，降低成本，還可以減少污染排放，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

結(jié)合唐山鋼鐵集團(tuán)新區(qū)實(shí)際情況（以下簡稱唐鋼新區(qū)），就煤氣平衡存在的問題進(jìn)行分析，探究實(shí)現(xiàn)利用煤氣平衡達(dá)到最大程度節(jié)能降耗的有效措施。

1 唐鋼新區(qū)煤氣平衡現(xiàn)狀

唐鋼新區(qū)目前運(yùn)行高爐2 座，轉(zhuǎn)爐3 座，高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣通過綜合管網(wǎng)送至各用戶和煤氣柜。焦?fàn)t煤氣來自于唐山天然氣公司，通過計(jì)量調(diào)壓撬進(jìn)入綜合管網(wǎng)送至各用戶和煤氣柜。唐鋼新區(qū)現(xiàn)有4座煤氣柜：1座30 萬m3高爐煤氣柜，2座15 萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜，1座5 萬m3焦?fàn)t煤氣柜。三管式放散塔1座，分A、B、C三座子塔，單塔放散能力20萬m3/h。

唐鋼新區(qū)煤氣發(fā)生量相對穩(wěn)定，正常生產(chǎn)過程中，高爐煤氣發(fā)生量為110 萬m3/h，主要用戶：高爐熱風(fēng)爐、軋鋼加熱爐、煤氣鍋爐、燒結(jié)機(jī)、燒結(jié)脫硫脫硝、球團(tuán)、球團(tuán)脫硫脫硝、鑄鐵機(jī)、高爐噴煤、白灰窯、爐渣超細(xì)粉等。轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)生量受限于轉(zhuǎn)爐吹煉節(jié)奏，發(fā)生量為6.5 萬～8.0 萬m3/h。主要用戶：鋼包烘烤、煤氣鍋爐、白灰窯等。煤氣資源狀況如表1，折合成標(biāo)煤約為146.5 t/h，標(biāo)煤價格按600 元/t進(jìn)行計(jì)算，年煤氣資源價值約7.74 億元。

表1 唐鋼新區(qū)煤氣資源狀況

唐鋼新區(qū)各用戶煤氣平衡用量見表2，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，煤氣的發(fā)生量、消耗量、壓力等因素均存在一定程度的波動，此外生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)整、煤氣大用戶計(jì)劃檢修等會直接打亂煤氣平衡，加大煤氣平衡難度，嚴(yán)重時導(dǎo)致煤氣大量放散[3]。

表2 唐鋼新區(qū)煤氣平衡表

2 煤氣平衡對策

2.1 避免煤氣的集中使用或停用

煤氣大用戶的集中使用或停用是打亂煤氣平衡的主要因素[4]。高爐熱風(fēng)爐小燒時高爐煤氣用量為12 萬m3/h，大燒時高爐煤氣用量為24 萬m3/h，熱風(fēng)爐大小燒每0.5 h切換一次，如果小燒時間重疊則會造成煤氣管網(wǎng)壓力瞬時升高，煤氣放散高達(dá)12 萬m3/h；大燒時間重疊則會造成管網(wǎng)煤氣瞬時嚴(yán)重不足，直接導(dǎo)致氣柜柜容短時內(nèi)迅速下降，甚至引發(fā)生產(chǎn)及安全事故。因此，為解決因熱風(fēng)爐造成的煤氣失衡問題，唐鋼新區(qū)對熱風(fēng)爐的大小燒時間整體安排，避免時間重疊。此外，因訂單數(shù)量、軋制工藝、軋機(jī)檢修等原因引起的軋鋼加熱爐階段性煤氣用量變化高達(dá)50%，唐鋼新區(qū)煤氣調(diào)度人員與軋線控制室建立信息聯(lián)絡(luò)機(jī)制，對于計(jì)劃外的臨時煤氣供需進(jìn)行預(yù)判，富裕煤氣可以輸送至煤氣鍋爐、爐渣超細(xì)粉等緩沖用戶。

3.2 科學(xué)配置煤氣柜柜容與管網(wǎng)放散壓力兩者關(guān)系

煤氣柜可對煤氣系統(tǒng)的失衡起補(bǔ)償作用，一是可以儲存系統(tǒng)中的過剩煤氣；二是當(dāng)系統(tǒng)中的煤氣不足時，保證生產(chǎn)線的正常運(yùn)行[5]。氣柜柜容與管網(wǎng)放散壓力的合理選取，以及實(shí)際過程中的人為預(yù)判對減少煤氣放散尤為重要。確定了以“高柜容、低放散壓力；低柜容、高放散壓力”為原則，將氣柜運(yùn)行狀態(tài)與管網(wǎng)放散壓力進(jìn)行了綜合考慮，并結(jié)合近期運(yùn)行情況設(shè)定了如下的聯(lián)鎖值。若高爐煤氣柜因特殊情況解列，放散塔收回管網(wǎng)壓力控制權(quán)。見圖1。

圖1 放散塔放散壓力設(shè)定圖

（1）當(dāng)高爐煤氣柜柜容超過24 萬m3時，放散塔放散壓力自動轉(zhuǎn)換為11.5 kPa、12 kPa、13 kPa，直至柜容降至20萬m3。

（2）高爐煤氣柜柜容15 萬m3及以下時，放散塔放散壓力自動轉(zhuǎn)換為14.5 kPa、16 kPa、17.5 kPa。

（3）高爐煤氣柜柜容降至（或升至）20 萬m3時，放散塔放散壓力自動轉(zhuǎn)換為13 kPa、14 kPa、14.5 kPa。

（4）高爐煤氣柜因特殊情況解列后，放散塔收回管網(wǎng)壓力控制權(quán)，放散塔放散壓力為13 kPa、13.5 kPa、14 kPa。

2.3 用戶使用煤氣優(yōu)先等級和壓限原則

高爐煤氣使用優(yōu)先級分為四級，依次為：熱風(fēng)爐＞噴煤、燒結(jié)(含脫硫脫硝）、球團(tuán)(含脫硫脫硝）＞煉鋼加熱爐＞煤氣鍋爐、鑄鐵機(jī)、爐渣超細(xì)粉。高爐煤氣壓限原則：高爐煤氣充足時，增加煤氣鍋爐高爐

煤氣用量，直至滿負(fù)荷；高爐煤氣不足時，首先壓減四級用戶中的煤氣鍋爐，鍋爐降至最低負(fù)荷后（26 萬m3/h）升為二級用戶，然后壓減爐渣超細(xì)粉、鑄鐵機(jī)；四級用戶壓減完不能保證高爐煤氣供氣量時，依次壓減三級用戶、二級用戶、一級用戶。

轉(zhuǎn)爐煤氣使用優(yōu)先級分為兩級，依次為煉鋼烤包、石灰窯，煤氣鍋爐。轉(zhuǎn)爐煤氣壓限原則：轉(zhuǎn)爐煤氣充足時，增加煤氣鍋爐用氣量；煉鋼節(jié)奏慢或者其他原因?qū)е罗D(zhuǎn)爐煤氣不足時，煤氣鍋爐停用轉(zhuǎn)爐煤氣，當(dāng)2 座轉(zhuǎn)爐煤氣柜柜容相加低于7 萬m3時，依次減少石灰窯和煉鋼烤包轉(zhuǎn)爐煤氣用量，直至石灰窯停燒和煉鋼烤包切換到焦?fàn)t煤氣。

2.4 利用經(jīng)濟(jì)手段提高煤氣產(chǎn)量和使用效率

為避免高熱值轉(zhuǎn)爐煤氣放散，制定了更為合理且靈活的轉(zhuǎn)爐煤氣回收標(biāo)準(zhǔn)[6]，當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣相對充足時，在其他條件合格的前提下CO 回收標(biāo)準(zhǔn)提高至30%。當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣相對短缺時，在其他條件合格的前提下CO 回收標(biāo)準(zhǔn)降低至25%，提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量。

此外唐鋼新區(qū)內(nèi)部采用提高轉(zhuǎn)爐煤氣價格，獎勵減少放散量等經(jīng)濟(jì)手段引導(dǎo)各單位向有利于煤氣平衡方向發(fā)展[7]。各單位積極探究節(jié)能降耗措施，提高煤氣利用效率，增加本單位的效益。

3 結(jié)論

2020年10月至今，唐鋼新區(qū)通過采取控制煤氣的集中使用或停用、科學(xué)設(shè)定煤氣柜柜容與管網(wǎng)放散壓力關(guān)系、明確用戶使用煤氣優(yōu)先等級和壓限原則、利用經(jīng)濟(jì)手段提高煤氣產(chǎn)量和使用效率等措施，高爐煤氣放散率從4.23%降至0.545%（圖2），轉(zhuǎn)爐煤氣實(shí)現(xiàn)0 拒收。煤氣放散率遠(yuǎn)優(yōu)于2020 年全國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)煤氣放散率2%的水平。唐鋼新區(qū)通過煤氣的合理調(diào)配，基本實(shí)現(xiàn)了煤氣系統(tǒng)的平衡。

圖2 唐鋼新區(qū)高爐煤氣放散率