高焦煤氣混合加壓站摻燒天然氣的實(shí)踐

劉 健，藍(lán)仁雷

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源總廠，安徽馬鞍山 243000）

1 引言

馬鋼新區(qū)煤氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且大用戶(hù)所占比重大，用戶(hù)的生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的平衡影響較大。由于鋼軋系統(tǒng)生產(chǎn)均衡性、計(jì)劃準(zhǔn)確性不強(qiáng)，易造成焦?fàn)t煤氣供應(yīng)緊張，制限C C P P、2250m m熱軋煤氣用量時(shí)有發(fā)生。2013年12月，1580m m熱軋投產(chǎn)后，新區(qū)焦?fàn)t煤氣平衡更加趨緊。隨著新區(qū)鋼軋生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能的釋放、精加工產(chǎn)線(xiàn)的延伸，考慮引進(jìn)戰(zhàn)略性資源——天然氣勢(shì)在必行。

2 天然氣市場(chǎng)現(xiàn)狀

目前港華燃?xì)夤竟┬聟^(qū)的天然氣主管為D N 300，壓力等級(jí)0.35M Pa，輸送能力約12000 m3/h，規(guī)劃供新區(qū)新建D N 350天然氣主管，壓力等級(jí)0.8M Pa，輸送能力超過(guò)30000m3/h。現(xiàn)新區(qū)連鑄切割使用天然氣，平均耗量100m3/h，最大耗量1000m3/h，預(yù)計(jì)2014年8月投產(chǎn)的連鑄火焰清理機(jī)也將使用天然氣，最大耗量5580m3/h。港華與馬鋼的供氣合同中規(guī)定，馬鋼需按周、月、年度分別申報(bào)計(jì)劃用量，實(shí)際年度耗量超過(guò)年報(bào)量的±10%，需額外收費(fèi)，但暫未執(zhí)行，目前天然氣購(gòu)入價(jià)為3.2元/m3。

3 天然氣的基本需求量、最大需求量

分別就新區(qū)2014年生產(chǎn)計(jì)劃、中期生產(chǎn)規(guī)劃編制煤氣平衡表，以充分消耗自有資源為原則，根據(jù)平衡表中焦煤空缺量確定天然氣的基本需求量，根據(jù)常見(jiàn)的生產(chǎn)不均衡造成的焦煤最大缺口量評(píng)估天然氣最大需求量。

3.12014年生產(chǎn)計(jì)劃

2014年預(yù)計(jì)新區(qū)鋼、材產(chǎn)量均達(dá)到600萬(wàn)t，根據(jù)煤氣平衡表新區(qū)正常生產(chǎn)時(shí)焦?fàn)t煤氣的缺口約9000m3/h，可通過(guò)老區(qū)調(diào)配解決，天然氣的基本需求為0。常見(jiàn)的短時(shí)生產(chǎn)波動(dòng)為：三座轉(zhuǎn)爐中只有一座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，人工合成轉(zhuǎn)煤站需補(bǔ)氣45000m3/h（高爐煤氣30000m3/h，焦?fàn)t煤氣15000m3/h）；同時(shí)2250m m熱軋滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)，混合煤氣耗量由80000 m3/h增加到130000m3/h（高爐煤氣增加30000 m3/h，焦?fàn)t煤氣增加20000m3/h），新區(qū)焦?fàn)t煤氣缺口約35000m3/h，其中氣柜可補(bǔ)充10000m3/h，老區(qū)可增加送量5000m3/h，剩余20000m3/h的缺口需引入天然氣來(lái)平衡。天然氣的熱值按37053k J/m3、焦?fàn)t煤氣熱值按15282k J/m3考慮，新區(qū)最大天然氣需求量為8200m3/h。

3.2 中期規(guī)劃

新區(qū)中期規(guī)劃鋼、材產(chǎn)量達(dá)到680萬(wàn)t/年時(shí)，根據(jù)煤氣平衡表新區(qū)正常生產(chǎn)時(shí)焦?fàn)t煤氣的缺口約18000m3/h，通過(guò)老區(qū)調(diào)配后，新區(qū)焦?fàn)t煤氣仍然缺口8000m3/h，需補(bǔ)充天然氣維持平衡。天然氣的基本需求為3300m3/h。常見(jiàn)的短時(shí)生產(chǎn)不均衡為：只有一座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，人工合成站需補(bǔ)氣51000m3/h（高爐煤氣34000m3/h，焦?fàn)t煤氣17000m3/h）；同時(shí)2250m m熱軋滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)，混合煤氣耗量由95000m3/h增加到140000m3/h（高爐煤氣增加27000m3/h，焦?fàn)t煤氣增加18000m3/h）。新區(qū)焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)缺口約43000m3/h，氣柜可補(bǔ)充10000m3/h，老區(qū)可增加送量5000m3/h，其中剩余28000m3/h的缺口需引入天然氣來(lái)平衡。新區(qū)最大天然氣需求量為11500m3/h。

隨著新區(qū)鋼軋產(chǎn)能的提升、產(chǎn)品加工線(xiàn)的延伸，焦?fàn)t煤氣缺口將更大，新區(qū)天然氣需求量、最大需求量都將增加。

4 天然氣摻燒用戶(hù)的選擇

新區(qū)最大的三個(gè)焦?fàn)t煤氣用戶(hù)為2250m m熱軋、1580m m熱軋、C C P P機(jī)組，首先考慮的天然氣摻燒對(duì)象應(yīng)該是這三個(gè)用戶(hù)。

第一摻燒用戶(hù)應(yīng)考慮2250m m熱軋，原因一是對(duì)焦?fàn)t煤氣的需求量最大，二是生產(chǎn)的波動(dòng)性較大，三是混合加壓工藝成熟。現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守的混合站采用高、焦、天然氣三種介質(zhì)混合在寶鋼有過(guò)成功的先例，新區(qū)2250m m熱軋混合系統(tǒng)控制程序在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留了天然氣的端口，通過(guò)與四鋼軋交流，只要煤氣熱值、壓力保持現(xiàn)有參數(shù)，加熱爐可以使用摻天然氣的混合煤氣。1580m m熱軋由于已經(jīng)考慮高焦轉(zhuǎn)三種煤氣混合，若再混入天然氣，四種介質(zhì)混合控制工藝復(fù)雜。C C P P機(jī)組摻燒天然氣，能源總廠只能根據(jù)平衡下達(dá)相關(guān)指令，調(diào)整操作權(quán)在電廠，使得動(dòng)態(tài)煤氣平衡調(diào)整處于被動(dòng)滯后狀態(tài)。

5 天然氣實(shí)施方案

5.1 天然氣減壓

實(shí)施方案工藝布置見(jiàn)圖1。目前港華供新區(qū)天然氣壓力等級(jí)為0.35M Pa，減壓閥1暫不投運(yùn)，打開(kāi)旁通即可（將來(lái)新區(qū)天然氣總管壓力等級(jí)提升至0.8M Pa時(shí)，減壓閥1具有將0.8M Pa天然氣減壓至0.35M Pa的功能）。減壓閥2將0.35M Pa天然氣減壓至20k Pa。主管調(diào)節(jié)閥將閥后壓力穩(wěn)定在目標(biāo)壓力設(shè)定值。減壓閥1、2都具備直接將0.35或0.8 M Pa天然氣減壓至20k Pa的能力，但最高或最低流量有所影響，可作為設(shè)備故障下的應(yīng)急措施。由于減壓閥不能有效切斷氣源，在停止摻燒時(shí)，需關(guān)閉主管切斷閥。天然氣的壓力等級(jí)遠(yuǎn)高于煤氣管道的耐壓能力，為防止混合站管系超壓，設(shè)定安全閥。

圖1 工藝布置圖

5.2 混合方式

考慮到混合系統(tǒng)閥門(mén)調(diào)節(jié)的靈敏性及計(jì)量準(zhǔn)確性，先采用大小管控制，再與高、焦?fàn)t煤氣混合后加壓送2250m m熱軋。混合站在現(xiàn)有高煤/焦煤配比混合的基礎(chǔ)上增加高煤/焦煤/天然氣配比混合以及高煤/天然氣配比混合功能，即具有三種運(yùn)行模式：

Case1：高爐煤氣+焦?fàn)t煤氣

Case2：高爐煤氣+焦?fàn)t煤氣+天然氣

Case3：高爐煤氣+天然氣

新區(qū)焦?fàn)t煤氣基本平衡時(shí)，混合站選擇Case1模式，即高煤、焦煤混合，以高煤穩(wěn)定混合后壓力，根據(jù)高煤/焦煤之間的比例設(shè)定，控制焦煤流量，維持混合煤氣熱值。當(dāng)新區(qū)焦?fàn)t煤氣平衡出現(xiàn)較大缺口，混合站考慮選擇Case2模式，即高煤、焦煤、天然氣混合。高爐煤氣流量保證混合后壓力穩(wěn)定，焦煤、天然氣按一定比例計(jì)算出的流量摻入，保證混合后熱值穩(wěn)定。極端情況下焦?fàn)t煤氣非常緊張時(shí)，混合站可選擇Case3模式，即高煤、天然氣混合，仍以高煤穩(wěn)定混合后壓力，根據(jù)高煤/天然氣之間的比例設(shè)定，控制天然氣流量，維持混合煤氣熱值。

5.3 控制說(shuō)明

5.3.1 混合方式的選擇、切換和保壓

為減少切換對(duì)混合煤氣熱值的擾動(dòng)，三種混合方式之間的切換順序?yàn)镃ase1→Case2→Case3→Case2→Case1，Case2始終作為過(guò)渡方式，不能跨越切換。

若處于Case1或Case2模式時(shí)，加壓機(jī)全停則進(jìn)入焦煤保壓；若處于Case3模式時(shí)，加壓機(jī)全停則進(jìn)入高煤保壓。考慮減壓閥不能有效切斷氣源，無(wú)論焦煤保壓、高煤保壓，天然氣主管切斷閥需關(guān)閉，天然氣大、小管切斷閥保持不動(dòng)。

5.3.2 天然氣主管切斷閥

控制模式分為“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種。在“自動(dòng)”模式下，開(kāi)閥條件為處于Case2或Case3，關(guān)閥條件為處于高煤保壓或焦煤保壓或處于Case1。

5.3.3 天然氣主管調(diào)節(jié)閥

控制模式分為“手動(dòng)”、“半自動(dòng)”和“自動(dòng)”三種。在“自動(dòng)”模式下根據(jù)壓力設(shè)定值對(duì)閥后壓力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

5.3.4 天然氣大管切斷閥

控制模式分為“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種。在“自動(dòng)”模式下根據(jù)混合方式、流量設(shè)定值開(kāi)關(guān)閥門(mén)。

5.3.5 天然氣小管切斷閥

控制模式分為“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種。在“自動(dòng)”模式下根據(jù)混合方式開(kāi)關(guān)閥門(mén)。正常情況下，控制模式選擇“手動(dòng)”，保持全開(kāi)，防止天然氣主管切斷閥關(guān)閉不嚴(yán)，造成天然氣大小管壓力超高。

5.3.6 天然氣大小管調(diào)節(jié)閥

控制模式分為“手動(dòng)”、“半自動(dòng)”、“自動(dòng)”和“比例”四種模式。在“自動(dòng)”模式下根據(jù)流量設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。在“比例”模式下則根據(jù)控制邏輯進(jìn)行比例調(diào)節(jié)和大、小管切換（與C O G大小管調(diào)節(jié)閥切換邏輯類(lèi)似）。

5.4 天然氣混合站投運(yùn)原則

天然氣作為一種價(jià)高質(zhì)優(yōu)能源，只能作為能源平衡的補(bǔ)充措施。受供氣合同及外部管網(wǎng)狀況的影響，天然氣不可能隨時(shí)都滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求。每日需根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行煤氣平衡預(yù)測(cè)，在內(nèi)部平衡調(diào)整措施到位后系統(tǒng)仍有缺口且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則適量投入天然氣，保證焦?fàn)t煤氣柜位不下降或下降速度較慢，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)煤氣的連續(xù)供應(yīng)，減少對(duì)其生產(chǎn)計(jì)劃的干擾。設(shè)定天然氣低流量報(bào)警，提醒運(yùn)行人員用戶(hù)煤氣需求量已降低，通過(guò)核實(shí)、判斷后，可將天然氣退出運(yùn)行。

5.5 混合煤氣密度計(jì)算

天然氣密度0.717k g/m3，高爐煤氣密度1.363 k g/m3，焦?fàn)t煤氣密度0.54k g/m3。混合站選擇Case1模式時(shí)，混合煤氣密度為1.034k g/m3；選擇Case3模式時(shí)，混合煤氣密度為1.260k g/m3；選擇Case2模式時(shí)，混合煤氣密度為1.034～1.260k g/m3。現(xiàn)有2250m m熱軋煤氣加壓機(jī)輸送介質(zhì)的密度范圍為1.0 k g/m3，可以滿(mǎn)足不同混合模式的混合煤氣升壓需要。

6 結(jié)論

2250m m熱軋?zhí)烊粴鈸綗到y(tǒng)是在現(xiàn)有高煤、焦煤混合站的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年的控制思想、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)的一個(gè)多種運(yùn)行模式的混合站。以充分消耗自有資源、運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)節(jié)能為原則，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，有效地緩解1580m m熱軋投運(yùn)后新區(qū)焦?fàn)t煤氣緊張的局面。