煤氣加壓站熱值精細化控制的研究與實踐

王振飛

（本鋼板材股份有限公司能源總廠，遼寧 本溪 117000）

煤氣加壓站熱值精細化控制的研究與實踐

王振飛

（本鋼板材股份有限公司能源總廠，遼寧 本溪 117000）

本鋼第五煤氣加壓站作為2300mm熱連軋機組配套工程建成投產后，在一段時期內其混合煤氣供應熱值經常出現波動，一定程度上影響了2300mm熱連軋機組板坯加熱質量。經一系列分析與研究，發(fā)現第五煤氣加壓站建設初期的熱值控制方式存在一定弊端。基于用戶對煤氣熱值精細化要求，第五煤氣加壓站在熱值控制方式及工藝流程進行了改進，不僅滿足了用戶需求并在實踐中證明改進后的熱值控制更加穩(wěn)定和精細化。

熱值；控制；改進；精細化

本鋼2300mm熱連軋機組產線于2008年末投產，其建設之初是世界規(guī)模最大、軋制能力最強、工藝最先進的熱連軋機組。該機組采用4座蓄熱步進梁式加熱爐以及連鑄坯熱裝工藝。加熱爐采用五段式溫度控制技術，其中預熱段、一加熱鍛、二加熱段采用蓄熱式燃燒技術，上下均熱段采取常規(guī)燒嘴。為了保證板坯加熱質量，其要求板坯表面與中心溫差不超過30℃。因此其對來源煤氣質量要求較高，在追求壓力穩(wěn)定的前提下，其對混合熱值要求為1800± 100kcal/m3。

1.建站初期煤氣加壓工藝

本鋼第五煤氣加壓站作為2300mm熱連軋機組配套工程與其同時建設投產。該加壓站設計采用3種煤氣混合，即高爐煤氣與轉爐煤氣混合加壓后，再與加壓后的焦爐煤氣再次混合，最終送至用戶。考慮煤氣平衡以及三混煤氣熱值控制等因素，第五煤氣加壓站在投產之初將轉爐煤氣來源用盲板閥關閉，即利用高爐煤氣單獨加壓，焦爐煤氣單獨加壓，然后再混合送至用戶，其最大配出量為高爐煤氣100km3/h，焦爐煤氣50km3/h，總出口壓力≥12kPa。

2.出現問題及原因分析

2.1熱值不穩(wěn)

本鋼第五煤氣加壓站投產之初便出現煤氣熱值供應不穩(wěn)問題，2300mm熱連軋機組產線加熱爐對煤氣熱值要求為1800±100kcal/m3。第五煤氣加壓站供出煤氣熱值非但沒有達標，并經常出現1100kcal/m3～2300kcal/m3內波動，嚴重影響了2300mm熱連軋機組產線板坯加熱質量。

2.2熱值控制原理

混合煤氣加壓站是一項多輸入且又復雜耦合的系統(tǒng)。第五加壓站建設初期其熱值控制采用熱值儀信號閉環(huán)控制，利用數學模型將熱值、壓力、流量等數字信號進行綜合運算進而輸出控制信號，調整高爐煤氣和焦爐煤氣配比。并在此過程中主要依托于熱值儀采集信號。

根據熱平衡原理，熱值儀信號的采集計算主要是對華白指數以及煤氣比重測量計算得出的。被測煤氣進入熱值儀后經過4級減壓進入氣體分配混合器內，經過一系列的配比燃燒進而推測出被測煤氣燃燒后的熱負荷（即華白指數）。加之比重單元測出煤氣比重，經綜合運算傳輸至控制面板進而輸出4mA～20mA直流信號。

2.3原因分析

經研究分析，正是基于熱值儀信號采集方式及原理導致了熱值不穩(wěn)問題的出現。受熱值儀結構設置等因素影響，由于在熱值儀工作中無法保證過程氣和助燃空氣嚴格地控制，直接導致了熱值采集信號與實際值的嚴重偏差和滯后性。嚴重偏差和滯后性直接導致了加壓站熱值控制系統(tǒng)始終處于糾偏調整狀態(tài)，進而導致了供出煤氣熱值始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)。此外，一旦進入取樣導管內的煤氣實際熱值偏低還會進一步導致熱值儀出現熄火現象，更加嚴重影響供出煤氣的質量。

3.改進措施及運行實踐

3.1比例調節(jié)

依照能源守恒定律可得出如下公式：

式（1）中QC為焦爐煤氣熱值，FC為焦爐煤氣流量，QB為高爐煤氣熱值，FB為高爐煤氣流量，QM為混合煤氣熱值，FM為混合煤氣流量。由于煤氣混合后可得出公式：

由式（1）、（2）可得：

從式（3）中不難得出，追求穩(wěn)定的熱值QM只要將配比k固定即可。由于冶金企業(yè)生產過程持續(xù)，單一煤氣熱值相對穩(wěn)定，可根據混合煤氣流量比例得出計算熱值，用計算熱值代替熱值儀，這樣便可以消除熱值儀帶來的滯后性并大大降低偏差。為此，第五加壓站將熱值控制方式改為比例調節(jié)作為改進措施，并利用經典的PID控制模型進行控制。即在壓力調節(jié)過程中，高爐煤氣調節(jié)閥隨出口混合煤氣壓力進行調節(jié)，焦爐煤氣流量在比例調節(jié)的作用下隨高爐煤氣流量變化進行調節(jié)，確保配比在k值附近，進而穩(wěn)定混合煤氣的熱值，達到滿足用戶需求。

3.2工藝改進

熱值控制方式的改進雖然滿足了熱值穩(wěn)定性需求，但該方式在現有工藝條件下，對于用戶發(fā)生大規(guī)模增減量時，比例調節(jié)將存在一定的滯后性。為此，增加一套循環(huán)系統(tǒng)，變更夠既滿足比例調節(jié)過程的混合煤氣配比，也能滿足用戶增減量的需求，并且反應迅速滿足了壓力和熱值的雙重穩(wěn)定性。基于上述考慮，第五加壓站對原有工藝進行了改造，在出口總管增加了一套循環(huán)系統(tǒng)與高爐煤氣來源相接。

3.3運行實踐

經控制方式和工藝改進后，本鋼第五煤氣加壓站供給2300mm熱連軋機組產線混合煤氣熱值不僅滿足了用戶需求所規(guī)定的1800±100kcal/m3，并在多年運行實踐中始終保持了1800±50kcal/m3，熱值供應更加精細化。

結論

受熱值儀結構設置和工作原理影響，其在生產實踐過程中極易出現偏差性和滯后性。混合煤氣加壓站的熱值調節(jié)方式如果過分依賴于熱值儀反饋信號，一旦熱值儀的偏差和滯后嚴重，便會直接影響加壓站供出的混合煤氣熱值。本鋼第五煤氣加壓站的實踐證明，采用計算熱值比例調節(jié)并適當增加循環(huán)系統(tǒng)，不僅熱值穩(wěn)定性高并且調節(jié)簡單靈活，滿足了熱值精細化控制的需要。

［1］萬磊.基于混合煤氣加壓站熱值及壓力控制的研究［J］.計算機與數字工程，2011，39（3）：171-174.

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