高焦煤氣配比自動調節控制的研究與應用探討

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節控制的研究與應用探討

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1座煤氣混合站，將焦爐煤氣和高爐煤氣按比例混合為熱值穩定的混合煤氣，以滿足生產需要。在入口煤氣壓力穩定的條件下實現煤氣混合的自動控制和調節，以保證用戶熱值的要求。

混合煤氣；自動調控；穩定熱值；應用

1 引言

重鋼能控中心混合加壓站擔負公司軋鋼等用戶混合煤氣的供應，混合煤氣熱值和出站壓力的穩定是滿足軋鋼片區用戶正常生產的重要條件，由于軋鋼用戶煤氣用量波動大，采用人工操作調節難度大，很難保證混合煤氣熱值和壓力的穩定。因此，需實施高爐、焦爐煤氣流量的自動混合控制，以穩定煤氣熱值和管網壓力，滿足用戶生產需求。

按照最初的設計思路，采用兩閥調節就能保證高爐煤氣和焦爐煤氣的自動混合。即在高爐煤氣、焦爐煤氣管路上各設置一調節閥，實現按比例對流量進行調節。經實際生產運行證明，使用效果不好，用戶反映強烈。由于高煤管網壓力（一般12 kPa以上）比焦爐煤氣管網壓力（一般7 kPa）高，造成混合煤氣用量波動較大，煤氣壓力難以穩定，若不對混合入口壓力進行調節，是很難實現混合煤氣熱值的穩定的。本文重點敘述混合站改進后三閥調節的流量配比混合系統的組成、控制原理及應用。

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，軋制節奏不同，生產需求不穩定，在實際使用中對煤氣熱值需求不一，根據公司對混合煤氣使用的有關規定，在煤氣系統正常工況下和高、焦爐煤氣平衡時，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定，以確保混合煤氣用戶的正常生產。

2 混合煤氣系統組成

2.1 介質參數（見表1）

2.2 煤氣混合站管道系統

高、焦煤氣管道各有兩根，高爐煤氣管道管徑為：DN1800 mm，DN1200 mm，焦爐煤氣管道管徑為：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節閥控制流量，即PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013為電動碟閥控制壓力；FCV2003，FCV2013，FCV2008，FCV2018為電動調節閥控制流量（如圖1），其中高爐煤氣PCV2008和FCV2003，焦爐煤氣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，焦爐煤氣PCV2013和FCV2018為第二組（小組），用作煤氣小流量混合。

表1 煤氣混合煤氣技術參數表

圖1 能控中心煤氣混合調節工藝流程圖

2.3 混合加壓站設備

混合煤氣加壓機5臺，型號：D1260-11離心鼓風機（每臺進口流量1260 m3/min）；PLC控制系統一套，上位機系統一套。

3 煤氣調節存在的問題

兩組PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013四個為電動碟閥，手動開到一定開度讓高爐、焦爐煤氣通過。FCV2003，FCV2013，FCV2008，FCV2018為電動調節閥，調節流量。按設計要求：當混合煤氣用量改變，如用戶煤氣量增加時，混合煤氣出口總管壓力會降低，需要開大流量調節閥，流量增大后，出口壓力增加，達到煤氣平衡點。實際生產運行中，由于前端煤氣管網壓力不穩定，波動較大，實現流量調節困難，造成混合煤氣熱值波動大，滿足不了公司穩定生產要求。

4 改進過程及新的調節方式

混合煤氣站的作用是根據用戶流量進行穩定的自動調節。針對上述原因，公司組織相關技術人員對控制工藝、現場用戶使用情況、自動控制控制情況、調節閥和電動閥的技術特性等進行了多次技術討論和技術分析，對四閥調節和三閥調節技術方案進行了充分討論，進行了以下的改進：

4.1 改善過程

針對存在問題，對控制方案進行了反復討論，要實現混合煤氣流量隨用戶流量變化進行調節，需要穩定混合前高、焦爐煤氣的管網壓力。其壓力控制應實現自動控制，需要將同一管道的四個電動碟閥PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013改成自動調節閥，以實現隨高、焦爐煤氣閥后壓力的變化而自動調節，達到混合前端壓力的穩定。經相關技術咨詢和研究，不需要更換蝶閥的執行機構（更換執行機構，費用較高），只要對執行機構的參數進行重新設定，即可將蝶閥改成具備調節功能的電動調節閥（接受4～20 mA模擬信號控制），完成三閥調節的自動控制，滿足工藝生產要求。

4.2 新的調節方式

煤氣混合工藝設置有大小兩組煤氣混合系統，新的調節方式采用三閥調節，進行焦煤和高煤的配比混合，以保證供應的混合煤氣熱值穩定（如圖1）。

煤氣管道的電動閥處于開啟狀態，當混合煤氣用戶流量增大或者減小時，高、焦煤流量調節閥的開度也需要相應地增大和減小，以適應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定調節。但由于高、焦煤管網前端壓力是變化的。流量調節閥無法根據混合煤氣用戶需求進行調節，流量會反復調節，引起系統震蕩。用戶反映煤氣熱值波動大，調節效果不好，其主要是因為高、焦爐煤氣管道前端壓力不穩定，出口流量調節達不到效果。現采用如下方法進行改進：

兩組焦爐煤氣流量調節閥FCV2013，FCV2018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，高爐煤氣流量調節閥FCV2003和FCV2008按照熱值要求，隨焦煤流量進行配比調節。由于高爐煤氣閥前壓力一般為12 kPa，不能和7 kPa左右的焦爐煤氣進行混合，因此需將高爐煤氣PCV2008閥閥后壓力設置為6.7 kPa，此閥按閥后設定壓力自動調節，便于與焦爐煤氣進行混合；當焦爐煤氣閥PCV2018閥前壓力為7 kPa時，則閥后壓力需設定為6.6 kPa，并讓此閥隨閥后設定壓力進行自動調節，便于混合；另一組PCV2003，PCV2013調節控制方式與上述方式相同。

4.3 三閥調節系統的特點

在滿足熱值和投入焦煤/高煤自動配比情況下，采用三閥調節可根據焦煤、高煤配比實現自動調節，系統性能較穩定、操作可靠，既有穩壓作用，又能根據用戶使用需要，在保證一定熱值情況下，對混合煤氣進行可靠調節。

5 實施效果

采用三閥調節，實現了混合煤氣的自動配比調節，可以根據用戶需求進行高爐煤氣、焦爐煤氣的混合比例自動調節控制，并能夠實現熱值穩定效果。自改造以來，煤氣混合站運行穩定，保證了軋鋼用戶生產要求，為公司煤氣平衡創造了很好條件，大大減少了煤氣放散，創造了很好的經濟效益。

6 結束語

在討論技術方案時，多了解同類鋼廠控制過程。在設備技術參數選擇上，為了保證混合調節管網壓力的穩定性，兩個電動蝶閥都應采用調節閥。因一個調節閥既要實現壓力調節，又要實現流量調節是不可行的。

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年畢業于重慶大學熱能動力專業，高級工程師，現從事能源管理工作。