鋼鐵企業(yè)轉爐煤氣柜集群最優(yōu)化控制

姚海峰，吳禮云，李　鵬，陳德磊

前言

轉爐煤氣回收占整個轉爐工序能源回收總量的80%～90%，是負能煉鋼和降低工序能耗的關鍵環(huán)節(jié)[1]。轉爐煤氣柜的作用是解決煉鋼間接冶煉和煤氣用戶連續(xù)用氣之間的矛盾，目前國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)轉爐煤氣的回收基本都是多對多的回收模式，即多座轉爐對應多座煤氣柜，轉爐煤氣柜對轉爐煤氣的回收、緩存，提高轉氣回收率起到了重要作用。

筆者以某鋼鐵企業(yè)煤氣柜區(qū)3座8萬m3轉爐煤氣柜采用兩段式橡膠密封，并聯(lián)布置，設計小皮膜上升壓力2.5 kPa、大皮膜3.0 kPa，3座氣柜在線運行時，存在柜位高度差異，尤其是煉鋼2爐或3爐以上同時回收時1#、2#煤氣柜易造成柜位高，導致煤氣的拒收或限收，造成極大的能源浪費，為減少限收或拒收，提高能源利用率，對3座威金斯型煤氣柜的運行方式進行探討。

1　工藝概況

3座8萬m3轉爐煤氣柜并聯(lián)布置，對應煉鋼5座轉爐，轉爐煤氣通過回收總管進入煤氣柜內(nèi)緩存，經(jīng)加壓機提壓后輸送給用戶使用，如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

2　問題的提出

由于3座轉氣柜入口總管位于1#、2#柜中間，3#柜距離遠，管道壓損大，同時3座煤氣柜制安、配重略有差異，造成3座氣柜上升壓力不等，實際運行中柜內(nèi)壓力1#柜P1＜2#柜P2＜3#柜P3，回收時1#/2#柜上升快，易柜位高，需要操作人員頻繁的調整氣柜出入口調節(jié)閥做出調整。

對于煤氣柜而言，氣柜保持不動或少動狀態(tài)，對氣柜的安全運行、皮膜、防回轉等設施也是最有利的；但是局限于轉爐的間接冶煉和用戶連續(xù)保供之間的矛盾，完全依賴于轉爐煤氣柜的緩存作用來解決，不可避免地造成氣柜的反復升降，對于皮膜氣柜而言一般皮膜使用壽命是按照屈撓性能來進行評價的，規(guī)范要求一般屈撓性能次數(shù)大于120萬次，使用年限一般10～12年，因此如何解決氣柜緩存和皮膜屈撓性能之間的矛盾顯得日益突出。

3　解決思路

3座轉爐煤氣柜的同升同降，增加煤氣柜集群的緩存能力，最大限度地發(fā)揮煤氣柜集群的緩存能力，同時3座轉爐煤氣柜穩(wěn)定均勻輸出，降低氣柜集群中單座氣柜的大幅升降，減少皮膜的折皺頻次。

（1）控制模型

3座轉爐煤氣柜進出口調節(jié)閥開度的極限位置進行設定,在此極限范圍內(nèi),以設定的時間作為一個掃描周期，出口調節(jié)閥在此掃描周期內(nèi)，柜位差滿足閥位調節(jié)的要求，3座煤氣柜出口調節(jié)閥按照既定程序進行調節(jié)，一旦柜位差發(fā)生變化，出口調節(jié)閥開度保持不變，且重新計算掃描周期，直至滿足條件時對閥位進行調節(jié)。入口調節(jié)閥在此掃描周期內(nèi)，柜位差、同時回收爐數(shù)滿足閥位調節(jié)要求，3座煤氣柜入口調節(jié)閥按照既定程序進行調節(jié)，一旦參數(shù)發(fā)生變化，入口調節(jié)閥開度保持不變，且重新計算掃描周期，直至滿足條件時對閥位進行調節(jié)。

（2）參數(shù)定義：

柜位 V，萬 m3；

柜位差 ΔV，萬 m3；

基準壓力 P0，kPa；

柜內(nèi)壓力 P，kPa；

閥位開度D；

入口調節(jié)閥調節(jié)比例：ΔD；

出口調節(jié)閥調節(jié)比例：ΔD′；

掃描周期 T，s；

加壓機出口總流量Q，萬m3/h；

1#轉爐煤氣柜入口調節(jié)閥：11（角標）；

1#轉爐煤氣柜出口調節(jié)閥：12（角標）；

2#轉爐煤氣柜入口調節(jié)閥：21（角標）；

2#轉爐煤氣柜出口調節(jié)閥：22（角標）；

3#轉爐煤氣柜入口調節(jié)閥：31（角標）；

3#轉爐煤氣柜出口調節(jié)閥：32（角標）。

柜位限定：

3座轉爐煤氣柜中的兩座煤氣柜的柜位差不大于1萬m3，即 ΔV=V1-V2=V1-V3=V2-V3≤1。

閥位限定：

3座氣柜入口調節(jié)閥：一爐回收時D11+D21+D31≥90%，兩爐同時回收時D11+D21+D31≥160%，三爐同時回收時D11+D21+D31≥260%。

3座氣柜出口調節(jié)閥：根據(jù)加壓機出口流量Q設定,Q≤4時 D12+D22+D32=90%；4≤Q≤8時D12+D22+D32≥90%；8≤Q≤12時 D12+D22+D32≥180%；Q≥12時D12+D22+D32≥260%。

調節(jié)比例：

其中一座轉爐煤氣柜進出口調節(jié)閥單次調節(jié)時的調節(jié)量，其值暫定為ΔD=20%。

掃描周期：

煤氣柜進出口閥門開度兩次調節(jié)之間的最短時間間隔，其值根據(jù)柜位差設定，具體如下：

若ΔV ≤1，T=60 s；

若1＜ ΔV ≤2，T=40 s；

若ΔV ＞2，T=20 s。

（3）調節(jié)方法

若ΔV ≤1，進出口閥位開度保持不變；

若ΔV＞1，對應柜位低的入口調節(jié)閥增加ΔD、出口調節(jié)閥減少ΔD′；對應柜位高的入口調節(jié)閥減少ΔD、出口調節(jié)閥增加ΔD′。

上述相關數(shù)值均為暫定值，具體實施根據(jù)試驗情況可進行適當調整。

4　結論

目前關于轉爐煤氣柜集群的同升同降仍處于探討階段，但隨著鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)的精細化操作進一步深化，轉氣回收的自動化實施勢在必行，除了符合未來無人化、智能化站所的建設要求，還能夠降低轉爐煤氣柜皮膜、防回轉等設施運行的頻次，延長其使用壽命，給企業(yè)帶來實實在在的經(jīng)濟效益。

[參考文獻]

[1]黃衛(wèi)超，馬林.轉爐煤氣的回收和利用[J].寶鋼技術，2009（3）.