煤氣混合自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

雷 勇

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南湘潭 411101）

為滿足煤氣用戶對煤氣的熱值、壓力和流量需求，煤氣混合加壓系統(tǒng)要解決好控制問題，主要是控制系統(tǒng)出口壓力穩(wěn)定，以及控制煤氣的配比來穩(wěn)定混合煤氣的熱值。本文首先簡要闡述湘鋼煤氣混合加壓系統(tǒng)的基本情況，進而介紹湘鋼的兩種煤氣混合加壓自動控制系統(tǒng)。

1 煤氣混合加壓站的基本情況

根據(jù)煤氣混合裝置與加壓機的相對位置來區(qū)分，煤氣混合加壓系統(tǒng)可以分為先混合工藝和先加壓工藝以及單獨混合工藝[1]。先加壓后混合工藝可以為對煤氣熱值和壓力要求不一致的用氣點配備多套混合裝置，其優(yōu)點是前端的加壓機對混合裝置起到了穩(wěn)壓作用，缺點是加壓機配置多，要為每種氣源均配置加壓機，控制系統(tǒng)復(fù)雜，投資較大。先混合后加壓工藝適合于供氣范圍較小、各用氣點對煤氣熱值和壓力要求一致的情況，可用多種氣源配制混合煤氣，加壓機配置少，而且由于加壓機的攪拌使煤氣混合更加充分，但煤氣混合時的壓力易受氣源壓力波動的影響，對煤氣混合過程控制精度要求較高。

湘鋼目前采用了兩種煤氣混合加壓方式，即先混合后加壓的方式和先加壓后混合的方式。其中，先混合后加壓主要用于高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的混合，而轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合以及高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣三元混合則采用先加壓后混合的方式，供給不同的煤氣用戶。長期以來，湘鋼未采用煤氣混合自動控制系統(tǒng)，依靠手動調(diào)節(jié)控制混合煤氣配比和壓力，控制的精度有限，經(jīng)常出現(xiàn)熱值和壓力波動較大的情況，給后續(xù)的生產(chǎn)造成了不利影響。為了提高混合煤氣熱值和壓力的穩(wěn)定性，湘鋼開展了煤氣混合自動控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)工作，先期在采用先加壓后混合方式的兩個煤氣混合站進行應(yīng)用。

2 混合煤氣自動控制系統(tǒng)及應(yīng)用

2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合的自動控制系統(tǒng)

湘鋼的轉(zhuǎn)焦煤氣混合加壓站位于轉(zhuǎn)爐氣柜附近，因而轉(zhuǎn)爐煤氣的流量充足，壓力能夠得到保證；但該站位于焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)的末端，焦?fàn)t煤氣的流量和壓力有時得不到保證，混合站入口焦?fàn)t煤氣壓力有時低于1000P a。因此，若采用以轉(zhuǎn)爐煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣，則會出現(xiàn)焦?fàn)t煤氣不能滿足要求的情況，并影響焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)安全，所以決定以焦?fàn)t煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣，即轉(zhuǎn)爐煤氣流量根據(jù)設(shè)定的比例隨焦?fàn)t煤氣流量變化進行配入。轉(zhuǎn)焦煤氣混合站的配置如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)焦煤氣混合工藝簡圖

由于轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機沒有配置變頻器，通過控制轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥和回流閥的開度實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣流量的調(diào)節(jié)；3臺焦?fàn)t煤氣加壓機均配置了變頻器，通過變頻調(diào)節(jié)實現(xiàn)焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)。根據(jù)上述裝備配置情況，制定如下控制策略：

（1）設(shè)定轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值，控制系統(tǒng)根據(jù)焦?fàn)t煤氣流量及轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值計算出轉(zhuǎn)爐煤氣流量，通過轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥進行轉(zhuǎn)爐煤氣流量控制。根據(jù)煤氣用戶熱值需求變化和煤氣管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)需要，可以手動設(shè)定轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值。通過轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥控制轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機出口總管壓力在11.5～12.5k Pa之間。

（2）正常狀況下，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)閥置于手動全開位置，通過變頻器調(diào)節(jié)焦?fàn)t煤氣入口壓力，進而實現(xiàn)調(diào)節(jié)混合煤氣壓力。具體調(diào)節(jié)方式為：當(dāng)混合煤氣壓力lt;10.5k Pa時，焦?fàn)t煤氣加壓機升速直至壓力gt;10.5k Pa，當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力lt;500P a時，變頻器不升速。修改轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的流量配比；提高轉(zhuǎn)爐煤氣的比例。焦?fàn)t煤氣流量增加時轉(zhuǎn)爐煤氣流量自動增加，混合煤氣壓力自然增加。當(dāng)自動配比運行正常且混合煤氣用量偏大時，如果焦?fàn)t煤氣入口壓力突然降低300P a時，變頻器需降速直至焦煤入口壓力升高300P a以上。

（3）當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力lt;500P a，且混煤壓力lt;10.5k Pa時，延時10s后，由于焦?fàn)t煤氣不能再多供氣導(dǎo)致混合煤氣壓力低，控制畫面出現(xiàn)報警，說明焦?fàn)t煤氣入口壓力和混合煤氣壓力都偏低，自動配比解列。解列后由轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥進行混合煤氣壓力控制，根據(jù)用戶要求保證混合煤氣壓力為10.5 k Pa～11.5k Pa。經(jīng)過跟蹤分析,轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機出口總管壓力為10.8k Pa時，能保證混煤壓力在10.5 k Pa，因此，轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥此時控制轉(zhuǎn)爐煤氣總管壓力在10.8～12.0k Pa。

（4）當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力gt;1k Pa、混合煤氣壓力為10.5k Pa～11.5k Pa、至少有一臺焦?fàn)t煤氣加壓機運行、轉(zhuǎn)爐煤氣流量P I D設(shè)定值和實際值之差lt;2000幾個條件全滿足時，延時10s后報警解除，轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)為自動配比焦?fàn)t煤氣,轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥此時控制轉(zhuǎn)爐煤氣總管壓力在11.5～12.5 k Pa之間。上述條件設(shè)定后，可以保證轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥由壓力調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為流量調(diào)節(jié)時混合煤氣壓力無擾動。

2.2 三種煤氣混合的自動控制系統(tǒng)

湘鋼高焦轉(zhuǎn)煤氣混合加壓站的三種煤氣入口壓力穩(wěn)定，流量充足，因此以流量最大的高爐煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣，根據(jù)熱值要求配入一定比例的焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣。三種煤氣混合的配置如圖2所示。

圖2 三種煤氣混合工藝簡圖

由于三種煤氣的加壓機均配置了變頻器，因此均采用變頻調(diào)速來控制每種煤氣的壓力和流量。具體控制策略如下：

（1）混合煤氣壓力由高爐煤氣主管調(diào)節(jié)閥控制，高爐煤氣加壓機變頻器控制機后壓力為13±2 k Pa，根據(jù)調(diào)試情況可進行適當(dāng)調(diào)整，確保混合煤氣壓力為13±1k Pa。

（2）焦?fàn)t煤氣流量由變頻器進行調(diào)節(jié)，流量增減跟隨高爐煤氣，不摻入轉(zhuǎn)爐煤氣的情況下高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣流量比按6：4設(shè)定，根據(jù)煤氣平衡情況進行適當(dāng)調(diào)整。

（3）當(dāng)高爐煤氣流量小于15000m3/h時，P L C發(fā)出報警，當(dāng)班人員視熱值變化進行手動調(diào)節(jié)。

（4）在轉(zhuǎn)爐煤氣富余狀況下進行轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒，在保證摻轉(zhuǎn)后混合煤氣熱值不得低于8000k J/m3，手動設(shè)定摻入轉(zhuǎn)爐煤氣的比例。

2.3 應(yīng)用情況

上述兩種煤氣加壓混合控制系統(tǒng)已經(jīng)投入使用。投入自動控制系統(tǒng)前需檢查確認(rèn)煤氣加壓機前和加壓機后及混合煤氣的壓力、流量顯示正常，熱值儀顯示正常；檢查確認(rèn)高、焦?fàn)t煤氣加壓機變頻器工作正常；檢查各種煤氣的主管調(diào)節(jié)閥和機前調(diào)節(jié)閥開關(guān)正常。采用上述兩種煤氣加壓混合自動控制系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定混合煤氣的壓力與流量。正常情況下，轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合的壓力可以控制在11±0.5k Pa，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣混合的壓力可以控制在13±1k Pa；當(dāng)某一種煤氣的壓力和流量發(fā)生波動時，控制程序能確保煤氣設(shè)備的安全運行。

3 結(jié)語

本文提出的轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合及高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣三種煤氣混合的自動控制系統(tǒng)，通過調(diào)試，兩套系統(tǒng)均投入使用。經(jīng)過近一年的運行，較好的穩(wěn)定了混合煤氣的熱值和壓力，為后續(xù)煤氣用戶穩(wěn)定生產(chǎn)與節(jié)約煤氣創(chuàng)造了良好條件。

[1]冶金工業(yè)部鋼鐵司.冶金企業(yè)煤氣的生產(chǎn)與利用[M].北京：冶金工業(yè)部鋼鐵司，1987.