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对某钢厂动力系统运行的评价及建议

邓万里

（宝山钢铁股份有限公司能源环保部，上海200941）

【摘 要】从某钢厂煤气净化质量、煤气管网布局和动态平衡能力、自动控制水平、热电转换能力等环节存在问题入手，就该厂能源系统（动力）运行情况做出分析和评价，并提出了改进建议。

【关键词】煤气；蒸汽；质量；经济性

1引言

2010年11月，笔者赴某钢厂（以下简称B钢）进行了半个月的能源专项技术交流。本文就 B钢能源系统（动力）运行情况进行了调研分析和评价，并提出了改进建议。

2 B钢动力系统生产运行总体水平

B钢外购能源90％以上是煤炭，在钢铁生产过程中经热能转换产生的副产煤气，提供了B钢约50％的自耗能源，成为B钢最重要的二次能源。另外，蒸汽也提供了B钢约15％的自耗能源。

B钢初步形成了以能源中心（动力调度室）为核心对全厂能源集中调配、统一管理的能源生产运行模式和体系，通过煤气储运设施、余热余能回收、热电联产工程等项目的实施，改善了能源装备，并为系统经济运行创造了条件。

B钢的焦炉煤气放损率为0.5%左右，已达到国内冶金行业上游水平；高炉煤气放散率2010年1～6月达到7.8%，大体处于国内中等偏下水平；120 t转炉实现了煤气回收和利用，回收率为60 m3/t·s左右，处于国内中游水平。煤气平衡存在显著的季节性差异：高炉煤气放散率2010年冬季约为3％左右，夏季可达10％左右；焦炉煤气冬季存在1.1万m3/h以上的缺口，供应困难。

能源利用在B钢得到了日益重视，但是煤气净化质量、煤气管网布局和动态平衡能力、自动控制水平、热电转换能力等环节存在的问题，制约了 B钢能源系统运行水平。

3煤气供应质量评价及存在问题

B钢煤气净化标准以工业普通煤气净化要求作为设计依据，通过《煤气质量管理办法》等明确煤气质量指标及管理办法，以《煤气作业区煤气化验作业指导书》等为规范，定期化验煤气成分、杂质。虽然B钢制定了相关管理制度，但是从运行过程和结果看，煤气供应质量却未得到充分重视和控制，主要表现在：

3.1未与生产规模配套建设煤气净化设施

如：老区3套电除尘器对应4座高炉，难以控制煤气含尘量，仅能通过加大喷水量来缓解；老区焦炉煤气净化系统中新系统蒸氨、粗苯设施长期未建设，致使脱萘、除氨效果无法确保。如 2009 年 2～9 月，焦炉煤气含萘平均值达到333 mg/m3（指标值：<280mg/m3），含氨平均值达到2103 mg/m3（指标值：<50mg/m3）。

3.2未有效实施煤气系统过程控制技术

B钢采用四蝶阀煤气混合工艺来配比高炉煤气和焦炉煤气，在上位机通过人工设定阀门开度等参数进行手动控制，无法适应气源压力和用户负荷的频繁波动，而且还存在相当程度的主观因素，造成：混合煤气热值波动范围大，如2010年6月2#煤气混合站的热值波动范围达到8700～13000 kJ/m3（指标值：8360～8780 kJ/m3）；压力波动剧烈，混合后的煤气压力甚至有时接近0。

B钢煤气供应质量问题给管网输配和燃烧使用造成了长期和严重的影响：从表面看，是引起用户煤气管道堵塞（如老区1#焦炉被迫停用高炉煤气）、流量计积灰不准、阀门卡涩拒动、轧钢加热过程自动控制困难，遭到用户的诟病和抱怨；从深层次看，则造成工序能耗高，影响统计数据的准确性、能源系统的经济运行和能源管理工作的开展，甚至影响钢铁产品的加工质量。

4动力系统运行的经济性评价及存在问题

B钢近年来10万m3高炉煤气柜和焦炉煤气柜、转炉煤气和余热回收系统、高炉煤气余压发电、干熄焦等项目改善了能源系统的装备，并为能源系统经济运行创造了条件。

特别是热电联产工程项目，锅炉以煤粉和高炉煤气混烧，实现了供汽发电并网和制氧空压机的汽动，充分利用了富余高炉煤气并可辅助煤气平衡，替代了多座小型燃煤锅炉，节约了外购电成本，节能、环保、高效。

但从主要指标来看，B钢动力系统运行经济性还不理想，主要受到以下因素的制约：

4.1煤气平衡结构不够合理

老区1#焦炉和新区焦炉目前只能使用焦炉煤气加热，而且焦炉热耗过高，达3800 kJ/t干煤左右（宝钢约2800 kJ/t干煤），焦炉用煤气占全厂25％左右（宝钢约14％），是造成高炉煤气过剩、焦炉煤气缺口的主要原因之一。

4.2热电转换能力不足

B钢冬季蒸汽总负荷约1200 t/h，工业汽轮机和发电用汽占30％；生产和采暖用低压蒸汽占70％，其中采暖负荷（约300 t/h）占低压蒸汽45％。受采暖负荷影响，热电和锅炉用煤气占全厂比例冬季可达32％，使高炉煤气可以做到基本平衡；而夏季仅为25％，高炉煤气大量过剩。如果夏季能将闲置的产汽（热）能力进行热电转换，将有效减少煤气放散。

4.3高炉煤气动态平衡能力较弱

煤气管网随主体生产设施陆续敷设，但规划不合理（特别是高炉煤气系统，见图2），新区2500 m3高炉至煤气柜管道按1350 m3高炉设计，管径仅为1.8 m，使10万m3煤气柜难以起到平衡缓冲作用，必须依靠放散来稳定管网压力，热电锅炉对高炉煤气的调节能力也难以发挥。新区 C高炉投产后，煤气动态平衡能力不足的问题将更加突出。

4.4转炉煤气回收利用水平不高

转炉煤气回收率按照体积流量已超过100 m3/t·s，但由于转炉降罩操作时空气吸入量大，过多地燃烧了煤气的可燃成分（如CO浓度，B钢为42％左右，宝钢为60％以上，见表2），使转炉煤气热值只有5500kJ/m3左右，按照行业统计口径即8360 kJ/m3折算，回收率只有60 m3/·ts左右。而且转炉煤气目前仅在热电锅炉使用，尚未真正参与到煤气平衡中，利用水平不高。

4.5蒸汽的梯级利用有待加强

热电锅炉产生的次高压蒸汽通过减温减压器为炼钢RH炉提供汽源，鼓风站锅炉产生的次高压蒸汽通过减温减压装置向外网输送低压蒸汽，这两种减压方式均损失了高达2.8 MPa的压差，蒸汽能量损失较大。

5对提高动力系统运行技术水平的建议

通过对动力系统的问题和成因作了流程分析和梳理（如图3），可以看出，煤气净化质量、煤气管网布局和动态平衡能力、自动控制水平、热电转换能力是 制约系统经济运行的主要因素。

提高能源系统运行管理和节能水平应从源头展开。建议：

5.1注重煤气净化设施配套建设和运行管理

B钢决策层应将煤气的净化问题列入议事日程，作为重要的课题加以解决，以取得副产煤气利用的更大效益。

（1） 要求煤气系统的设计单位应根据B钢实际情况和输配运行现状，在规划、技改项目的设计时考虑其各种因素，采取必要的、有益的措施，改进一贯的传统净化工艺，以提高煤气质量。

（2）将焦炉煤气含氨量、含硫化氢量等指标纳入《煤气质量管理办法》，加大管控力度，以促使净化管理单位搞好工作。

（3） 借鉴轧钢厂冷轧分厂采用自行设计过滤罐滤除煤气杂质的经验，在具备条件的煤气用户加装过滤装置；也可以考虑安装自洁式过滤器滤网，实现连续化、自动化过滤。

5.2提高动力系统平衡能力

煤气静态平衡是前提，动态平衡是重点。而具有足够缓冲能力的煤气供应系统，是减少煤气放散的重要条件。

（1） 将A、B高炉至10万m3煤气柜的管道扩径或增加管道；将C高炉煤气送出管直接连通至煤气柜，并与A、B高炉至煤气柜的管道接通。这样使高炉送出煤气量的波动控制在管网和柜的吞吐能力范围内,稳定系统压力，减少工艺性放散。

（2） 由于轧钢单元还需要进一步扩大混合煤气的使用，新、老区的联络管的连通能力需提高，有必要扩径或增加管道。

（3）将5万m3高炉煤气柜出入口管连接至1#和2#混合站前的高炉煤气总管上，并适当扩径，发挥煤气柜的稳压作用，以改善1#和2#煤气混和站的压力和热值波动。

（4）对新区焦炉的混合煤气系统进行改造，在高炉煤气管道上增设压力控制阀（B钢目前已经采购订货），减少煤气压力波动的影响，满足焦炉使用高炉煤气对压力的要求。

（5）结合公司的发展规划和产能规划，进一步提高热电联产的规模，增建抽凝式蒸汽汽轮机发电机组，替代热电锅炉供炼钢RH的减温减压装置，为炼钢RH提供汽源并同时发电；也可替代鼓风站锅炉减温减压装置，向外网供出低压蒸汽并同时发电。这样可以有效利用锅炉高等级蒸汽的压力能，并在非采暖季节时更多的利用富余高炉煤气进行发电，增强煤气系统的动态缓冲能力。

5.3提高自动化控制水平，改善操作条件

要实现节能降耗、资源优化，应采用先进的自动化控制系统，对工业生产过程实现检测、控制和优化调度，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的。

（1）保持煤气热值的配比稳定，为轧钢进行自动控制和降低燃耗创造条件。提高能源中心调度室的自动控制水平，以高、焦炉煤气配比为控制参数，实现煤气热值的在线闭环自动控制，稳定煤气热值。国内冶金企业很多采用了四蝶阀调节煤气混合比例，其中有不少成功示例，如涟钢与中南大学合作，建立了煤气混合加压过程解耦控制系统[1]，控制效果良好，可作借鉴。

（2）开展技术攻关，降低焦炉热耗。对烟道废气含氧量进行在线测量，优化焦炉加热的空燃比控制，使燃烧充分；建立合适的火道燃烧控制模型，实现在不同原料和炉况条件下的最佳操作。如果条件许可，对焦炉使用高炉煤气和焦炉煤气混合加热模式进行在线的混合比例控制，并辅以煤气热值检测，以减少热值波动对焦炉温度的影响。

（3）规范转炉炉前降罩操作。开展提高转炉煤气回收热值的技术攻关，严格降罩操作制度，改变炉前操作工看火操作的习惯，实现炉口微差压自动控制，减少炉口空气吸入和煤气的二次燃烧，从而提高转炉煤气回收量和煤气热值。如酒钢已于 2009 年开展了技术攻关 [2]，使回收转炉煤气热值由原来的5300kJ/m3提高到7500 kJ/m3，节能效果显著，可作借鉴。

另应建立对焦炉热耗、炼钢转炉煤气回收率的评价、对标和激励机制，促进操作管理水平的提高。

6动力系统节能潜力

如能针对存在问题采取相应改进措施，有望取得良好效果。按 2010 年上半年产能和能耗水平测算：

（1）高炉煤气放散率可降低至2％以下，节能5.6万t标煤/年。

（2） 转炉煤气回收率可提高到90 m3/t·s，节能2.7万t标煤/年。

（3）可新增蒸汽余压发电约4000万kW·h，节能1.2万t标煤/年。

（4） 可降低焦炉热耗5％，节能1.6万t标煤/年。

以上合计每年节能11万t标煤，降低吨钢综合能耗17 kgce/t·s，产生经济效益9000多万元，节能空间和潜力巨大。

[参 考 文 献]

[1]陈炜.煤气混合加压过程智能解藕控制方法的研究与应用[D].长沙：中南工业大学，2005.

[2]酒钢碳钢薄板厂转炉煤气回收利用攻关见成效[N].酒钢日报，2009- 10- 26.