非常態(tài)下智慧調(diào)度平衡技術(shù)的思考與應(yīng)用

洪 瑾，胡勝利，張 偉，趙博識

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司人力資源部；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部 安徽馬鞍山 243002）

1 前言

鋼鐵企業(yè)煤氣平衡主要分為靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡。 實際生產(chǎn)中煤氣供應(yīng)與需求之間時刻在發(fā)生著動態(tài)變化，日常矛盾主要聚焦于動態(tài)平衡。 因此，需處理好煤氣動態(tài)平衡，以避免對系統(tǒng)造成重大危害。［1］國內(nèi)某大型鋼鐵公司北區(qū)兩座4000m3高爐同時休風(fēng)，區(qū)域高爐煤氣系統(tǒng)零氣源，產(chǎn)線僅靠南北區(qū)BFG 連通管輸送、調(diào)整保供，該運(yùn)行工況自北區(qū)投產(chǎn)以來前所未有，平衡保供壓力空前。 高爐余能回收系統(tǒng)異常狀況下煤氣并網(wǎng)量瞬時暴增或突降，導(dǎo)致能環(huán)部公輔掛網(wǎng)運(yùn)行曼式煤氣柜活塞速度超限（限定值±1m／s），造成管網(wǎng)壓力劇烈波動，嚴(yán)重威脅氣柜運(yùn)行安全。 非常態(tài)下智慧調(diào)度平衡調(diào)控技術(shù)的思考應(yīng)運(yùn)而生，檢驗提升能源調(diào)度指令執(zhí)行力及調(diào)度員應(yīng)急處置響應(yīng)能力刻不容緩。

2 非常態(tài)典型案例及應(yīng)對平衡技術(shù)

2.1 案例一

某日（B＃高爐大修期間）原料廠中控按煉鐵總廠管控需求，組織北區(qū)小料場地坑海南塊加槽作業(yè)過程中上料系統(tǒng)著火，導(dǎo)致高爐焦炭、燒結(jié)礦供應(yīng)中斷，A 高爐被迫緊急休風(fēng)14 小時。 期間北區(qū)高爐煤氣系統(tǒng)并網(wǎng)量為0，僅靠連通管南送北12 萬m3／h 維持區(qū)域產(chǎn)線生產(chǎn)。

事故發(fā)生后經(jīng)過認(rèn)真梳理、復(fù)盤，總結(jié)智慧能源調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)對技術(shù)措施如下。

（1）若北區(qū)CCPP 機(jī)組處于正常運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)度專家系統(tǒng)（如圖1）會發(fā)出智能語音提醒“由于高爐煤氣平衡缺口較大，建議CCPP 機(jī)組停機(jī)”。

（2）系統(tǒng)建議動力調(diào)度迅速提升高爐煤氣柜位。 建議135 MW 機(jī)組立即停止摻燒BFG，全量使用COG；同時建議電廠60 MW 機(jī)組停運(yùn)，確保高爐煤氣柜高位運(yùn)行。

（3）緊急對一集控高爐煤氣輸配調(diào)壓站運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，要求南區(qū)全量往北區(qū)輸送高爐煤氣，平均送量11.5 萬－12 萬m3／h。

（4）提醒調(diào)度員通知北區(qū)燒結(jié)機(jī)脫硫脫硝系統(tǒng)在高爐休風(fēng)前停止使用高爐煤氣。

（5）針對B＃高爐大修期間熱風(fēng)爐間斷性烘爐，要求A＃高爐休風(fēng)前B＃高爐完成本輪次的烘爐，避免A＃高爐休風(fēng)期間兩座熱風(fēng)爐同時烘爐。 熱風(fēng)爐烘爐需提前一小時告知能環(huán)部調(diào)度，烘爐前要求北區(qū)焦?fàn)t停用高爐煤氣，同時熱風(fēng)爐使用量不超過10 萬m3／h。

（6）要求主要用戶2250、1580 熱軋立即采用單焦保溫；考慮到重要訂單兌現(xiàn)需求，當(dāng)日僅對冷軋北區(qū)混合煤氣用量進(jìn)行了制限，使用量不允許超過3 萬m3／h。

（7）要求北區(qū)煉焦廠放緩生產(chǎn)節(jié)奏，焦?fàn)t加熱高爐煤氣使用量不得超過9 萬m3／h。

（8）要求長材北線、小棒產(chǎn)線停止使用混合煤氣，二廠區(qū)混合站轉(zhuǎn)單焦，二廠區(qū)產(chǎn)線采用中壓15 KPa 焦?fàn)t煤氣保壓。 （中壓焦?fàn)t煤氣保壓第一次嘗試，用戶無異常。）

（9）協(xié)同制造部要求北區(qū)煉鋼轉(zhuǎn)爐保持1 爐／小時的生產(chǎn)節(jié)奏，避免人工合成投運(yùn)消耗大量高爐煤氣。

不足之處及思考：

（1）高爐休風(fēng)初期北區(qū)焦?fàn)t煤氣大量富裕，缺乏有效手段降低焦?fàn)t煤氣柜容，導(dǎo)致休風(fēng)期間北區(qū)COG 放散量較大。 后期北區(qū)填平補(bǔ)齊15 萬m3 高爐煤氣單段皮膜柜項目上馬后，對氣柜運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整：將2＃高爐煤氣柜轉(zhuǎn)焦?fàn)t煤氣柜運(yùn)行。 屆時北區(qū)兩座焦?fàn)t煤氣柜掛網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)緩沖能力大幅提升，可有效緩解階段性（尤其集中停產(chǎn)、集中待料期間）焦?fàn)t煤氣富余放散問題。 “削峰填谷”亦可降低北區(qū)天然氣摻燒量。

（2）能源調(diào)度在得知高爐長時間休風(fēng)信息后，只顧及煤氣系統(tǒng)的平衡調(diào)整，沒有及時對氧氣系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致高爐休風(fēng)期間氧氣系統(tǒng)富裕放散量較大。 可通過停運(yùn)鋼鐵生態(tài)圈某氣體公司一臺空分機(jī)組即可解決。

（3）極端情形下，若南北區(qū)連通管輸送量不足，冷軋產(chǎn)線也需停產(chǎn)采用單焦保溫。

2.2 案例二

某日A＃高爐TRT 系統(tǒng)調(diào)試過程中跳車，煤氣并網(wǎng)量瞬間異常飆升（關(guān)口表計顯示超量程）后驟降至0。 并網(wǎng)煤氣溫度無明顯變化，TOP 點并網(wǎng)壓力超高報警（最高顯示19.2 KPa），高爐煤氣總管壓力最高12.86 KPa（放散壓力點）。

由于A＃高爐煤氣瞬時并網(wǎng)量增大，北區(qū)2＃高爐煤氣柜運(yùn)行速度超限，氣柜活塞上升速度最大1.96 m／mim（如圖2），下降速度最大－1.97 m／mim。3＃高爐煤氣柜活塞上升速度最大0.94 m／mim，下降速度最大－1.04 m／mim（因2＃、3＃柜柜位調(diào)整需要，當(dāng)時2＃、3＃柜進(jìn)出口閥門開度分別為80%、45%）。 高爐煤氣放散壓力設(shè)定值為10 KPa，放散系統(tǒng)處于自動狀態(tài)（已動作，反應(yīng)相對滯后），氣柜活塞超速報警后，調(diào)度員迅速將高爐煤氣放散運(yùn)行模式由自動改為手動，手動開大放散調(diào)節(jié)閥開度增加放散量，高爐煤氣最大放散量達(dá)33 萬m3／h。

圖2 灰色曲線為3＃柜、粉色曲線為2＃柜活塞運(yùn)行速度

為避免類似工況氣柜活塞運(yùn)行超速，經(jīng)過多輪專題研討、總結(jié)技術(shù)處置措施如下：

（1）優(yōu)化高爐煤氣放散調(diào)節(jié)閥PID 相關(guān)參數(shù)設(shè)定值（如圖3），確保異常狀況下放散系統(tǒng)能夠提前響應(yīng)，從而穩(wěn)定管網(wǎng)壓力。

圖3 高爐煤氣調(diào)節(jié)閥相關(guān)參數(shù)設(shè)定值

（2）高爐煤氣放散筒放散壓力設(shè)定值與主管壓力連鎖（壓力監(jiān)測點位于高爐煤氣柜和高爐煤氣放散塔之間），在系統(tǒng)瞬時富余量增加，管網(wǎng)壓力上升，觸發(fā)放散連鎖壓力時放散開始動作，參與系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整。 對1＃筒放散邏輯稍作調(diào)整：將1＃筒與A＃高爐并網(wǎng)點壓力值連鎖，設(shè)定連鎖壓力值12 KPa 左右（根據(jù)實際運(yùn)行情況酌情調(diào)整），由于其靠近氣源端，與現(xiàn)有放散壓力測點相距340 米，根據(jù)煤氣流速20 m／s 計算，高煤放散1＃筒可提前17 秒動作開啟；同時由于A＃高爐并網(wǎng)點壓力波動較現(xiàn)有放散壓力測點高（并網(wǎng)點最高19 KPa、現(xiàn)連鎖壓力測點最高12 KPa），其PID 調(diào)節(jié)中ΔP 由從2 KPa 提高至7 KPa，閥門動作速度增加。 1＃筒提前動作，參與系統(tǒng)緩沖，可及時消化部分高煤瞬時并網(wǎng)量，從而減小煤氣瞬時并網(wǎng)暴增對氣柜的沖擊。

（3）增加高煤氣柜進(jìn)出口閥門開度與活塞速度聯(lián)鎖，即在氣柜活塞運(yùn)行速度超過1.5 m／min 時（上升或下降），氣柜進(jìn)出口閥門自動聯(lián)鎖關(guān)閉至40%（目標(biāo)根據(jù)實際運(yùn)行情況酌情調(diào)整），以降低異常狀態(tài)下的氣柜超速風(fēng)險。 該措施有個弊端：氣柜入口閥門關(guān)小后管網(wǎng)壓力會短時迅速上升，事后需及時通知動力巡檢檢查沿線煤氣水槽運(yùn)行狀況，避免排水器虧水被煤氣擊穿造成CO 人身中毒事故。 如果氣柜活塞速度下降過快，說明高爐煤氣緊缺，需同時采取案例一相關(guān)平衡措施。

3 結(jié)語

通過對煤氣柜相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，可以提高其安全性能。［2］針對特殊情況采取適當(dāng)?shù)奶厥鈶?yīng)對方法，在上述兩個非常態(tài)典型案例的應(yīng)對經(jīng)驗中，經(jīng)過復(fù)盤、技術(shù)沉淀，將其精華部分固化為標(biāo)準(zhǔn)化文件寫進(jìn)應(yīng)急預(yù)案。 可以有效緩解能源調(diào)度平衡無的放矢、調(diào)控不及時、措施執(zhí)行不到位等原因造成的管網(wǎng)壓力波動，確保了高爐煤氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定及氣柜運(yùn)行安全。 該經(jīng)驗可以在鋼鐵行業(yè)及類似能源工藝系統(tǒng)復(fù)制和推廣。