高焦煤气配比自动调节控制的研究与应用探讨

黄龙强，孙红，王又耘

(重庆钢铁股份有限公司，重庆401258)

高焦煤气配比自动调节控制的研究与应用探讨

黄龙强，孙红，王又耘

(重庆钢铁股份有限公司，重庆401258)

重钢轧钢工序配套建设1座煤气混合站，将焦炉煤气和高炉煤气按比例混合为热值稳定的混合煤气，以满足生产需要。在入口煤气压力稳定的条件下实现煤气混合的自动控制和调节，以保证用户热值的要求。

混合煤气；自动调控；稳定热值；应用

1 引言

重钢能控中心混合加压站担负公司轧钢等用户混合煤气的供应，混合煤气热值和出站压力的稳定是满足轧钢片区用户正常生产的重要条件，由于轧钢用户煤气用量波动大，采用人工操作调节难度大，很难保证混合煤气热值和压力的稳定。因此，需实施高炉、焦炉煤气流量的自动混合控制，以稳定煤气热值和管网压力，满足用户生产需求。

按照最初的设计思路，采用两阀调节就能保证高炉煤气和焦炉煤气的自动混合。即在高炉煤气、焦炉煤气管路上各设置一调节阀，实现按比例对流量进行调节。经实际生产运行证明，使用效果不好，用户反映强烈。由于高煤管网压力（一般12 kPa以上）比焦炉煤气管网压力（一般7 kPa）高，造成混合煤气用量波动较大，煤气压力难以稳定，若不对混合入口压力进行调节，是很难实现混合煤气热值的稳定的。本文重点叙述混合站改进后三阀调节的流量配比混合系统的组成、控制原理及应用。

重钢公司混合煤气主要用户有4100 mm轧制线、1780 mm轧制线和2700 mm轧制线以及棒线材、型钢等用户，但这些用户加热炉炉型不同，坯料各异，轧制节奏不同，生产需求不稳定，在实际使用中对煤气热值需求不一，根据公司对混合煤气使用的有关规定，在煤气系统正常工况下和高、焦炉煤气平衡时，要求混合煤气热值不低于9196 kJ/m3。且能够做到保持热值的相对稳定，以确保混合煤气用户的正常生产。

2 混合煤气系统组成

2.1 介质参数（见表1）

2.2 煤气混合站管道系统

高、焦煤气管道各有两根，高炉煤气管道管径为：DN1800 mm，DN1200 mm，焦炉煤气管道管径为：DN1200 mm，DN900 mm。四根管道上分别装有一个蝶阀控制压力和一个调节阀控制流量，即PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013为电动碟阀控制压力；FCV2003，FCV2013，FCV2008，FCV2018为电动调节阀控制流量（如图1），其中高炉煤气PCV2008和FCV2003，焦炉煤气PCV2018和FCV2013为第一组（大组），用作煤气大流量混合；高炉煤气PCV2003和FCV2008，焦炉煤气PCV2013和FCV2018为第二组（小组），用作煤气小流量混合。

表1 煤气混合煤气技术参数表

图1 能控中心煤气混合调节工艺流程图

2.3 混合加压站设备

混合煤气加压机5台，型号：D1260-11离心鼓风机（每台进口流量1260 m3/min）；PLC控制系统一套，上位机系统一套。

3 煤气调节存在的问题

两组PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013四个为电动碟阀，手动开到一定开度让高炉、焦炉煤气通过。FCV2003，FCV2013，FCV2008，FCV2018为电动调节阀，调节流量。按设计要求：当混合煤气用量改变，如用户煤气量增加时，混合煤气出口总管压力会降低，需要开大流量调节阀，流量增大后，出口压力增加，达到煤气平衡点。实际生产运行中，由于前端煤气管网压力不稳定，波动较大，实现流量调节困难，造成混合煤气热值波动大，满足不了公司稳定生产要求。

4 改进过程及新的调节方式

混合煤气站的作用是根据用户流量进行稳定的自动调节。针对上述原因，公司组织相关技术人员对控制工艺、现场用户使用情况、自动控制控制情况、调节阀和电动阀的技术特性等进行了多次技术讨论和技术分析，对四阀调节和三阀调节技术方案进行了充分讨论，进行了以下的改进：

4.1 改善过程

针对存在问题，对控制方案进行了反复讨论，要实现混合煤气流量随用户流量变化进行调节，需要稳定混合前高、焦炉煤气的管网压力。其压力控制应实现自动控制，需要将同一管道的四个电动碟阀PCV2008，PCV2018，PCV2003，PCV2013改成自动调节阀，以实现随高、焦炉煤气阀后压力的变化而自动调节，达到混合前端压力的稳定。经相关技术咨询和研究，不需要更换蝶阀的执行机构（更换执行机构，费用较高），只要对执行机构的参数进行重新设定，即可将蝶阀改成具备调节功能的电动调节阀（接受4～20 mA模拟信号控制），完成三阀调节的自动控制，满足工艺生产要求。

4.2 新的调节方式

煤气混合工艺设置有大小两组煤气混合系统，新的调节方式采用三阀调节，进行焦煤和高煤的配比混合，以保证供应的混合煤气热值稳定（如图1）。

煤气管道的电动阀处于开启状态，当混合煤气用户流量增大或者减小时，高、焦煤流量调节阀的开度也需要相应地增大和减小，以适应用户对混合煤气流量和压力的要求。保证混合煤气出口流量和压力的稳定调节。但由于高、焦煤管网前端压力是变化的。流量调节阀无法根据混合煤气用户需求进行调节，流量会反复调节，引起系统震荡。用户反映煤气热值波动大，调节效果不好，其主要是因为高、焦炉煤气管道前端压力不稳定，出口流量调节达不到效果。现采用如下方法进行改进：

两组焦炉煤气流量调节阀FCV2013，FCV2018处于全开，焦煤流量的变化会随混合煤气用户用量变化而变化，高炉煤气流量调节阀FCV2003和FCV2008按照热值要求，随焦煤流量进行配比调节。由于高炉煤气阀前压力一般为12 kPa，不能和7 kPa左右的焦炉煤气进行混合，因此需将高炉煤气PCV2008阀阀后压力设置为6.7 kPa，此阀按阀后设定压力自动调节，便于与焦炉煤气进行混合；当焦炉煤气阀PCV2018阀前压力为7 kPa时，则阀后压力需设定为6.6 kPa，并让此阀随阀后设定压力进行自动调节，便于混合；另一组PCV2003，PCV2013调节控制方式与上述方式相同。

4.3 三阀调节系统的特点

在满足热值和投入焦煤/高煤自动配比情况下，采用三阀调节可根据焦煤、高煤配比实现自动调节，系统性能较稳定、操作可靠，既有稳压作用，又能根据用户使用需要，在保证一定热值情况下，对混合煤气进行可靠调节。

5 实施效果

采用三阀调节，实现了混合煤气的自动配比调节，可以根据用户需求进行高炉煤气、焦炉煤气的混合比例自动调节控制，并能够实现热值稳定效果。自改造以来，煤气混合站运行稳定，保证了轧钢用户生产要求，为公司煤气平衡创造了很好条件，大大减少了煤气放散，创造了很好的经济效益。

6 结束语

在讨论技术方案时，多了解同类钢厂控制过程。在设备技术参数选择上，为了保证混合调节管网压力的稳定性，两个电动蝶阀都应采用调节阀。因一个调节阀既要实现压力调节，又要实现流量调节是不可行的。

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

黄龙强（1963-），男，1986年毕业于重庆大学热能动力专业，高级工程师，现从事能源管理工作。