钢铁企业转炉煤气柜集群最优化控制

姚海峰，吴礼云，李　鹏，陈德磊

前言

转炉煤气回收占整个转炉工序能源回收总量的80%～90%，是负能炼钢和降低工序能耗的关键环节[1]。转炉煤气柜的作用是解决炼钢间接冶炼和煤气用户连续用气之间的矛盾，目前国内外钢铁企业转炉煤气的回收基本都是多对多的回收模式，即多座转炉对应多座煤气柜，转炉煤气柜对转炉煤气的回收、缓存，提高转气回收率起到了重要作用。

笔者以某钢铁企业煤气柜区3座8万m3转炉煤气柜采用两段式橡胶密封，并联布置，设计小皮膜上升压力2.5 kPa、大皮膜3.0 kPa，3座气柜在线运行时，存在柜位高度差异，尤其是炼钢2炉或3炉以上同时回收时1#、2#煤气柜易造成柜位高，导致煤气的拒收或限收，造成极大的能源浪费，为减少限收或拒收，提高能源利用率，对3座威金斯型煤气柜的运行方式进行探讨。

1　工艺概况

3座8万m3转炉煤气柜并联布置，对应炼钢5座转炉，转炉煤气通过回收总管进入煤气柜内缓存，经加压机提压后输送给用户使用，如图1所示。

图1　工艺流程图

2　问题的提出

由于3座转气柜入口总管位于1#、2#柜中间，3#柜距离远，管道压损大，同时3座煤气柜制安、配重略有差异，造成3座气柜上升压力不等，实际运行中柜内压力1#柜P1＜2#柜P2＜3#柜P3，回收时1#/2#柜上升快，易柜位高，需要操作人员频繁的调整气柜出入口调节阀做出调整。

对于煤气柜而言，气柜保持不动或少动状态，对气柜的安全运行、皮膜、防回转等设施也是最有利的；但是局限于转炉的间接冶炼和用户连续保供之间的矛盾，完全依赖于转炉煤气柜的缓存作用来解决，不可避免地造成气柜的反复升降，对于皮膜气柜而言一般皮膜使用寿命是按照屈挠性能来进行评价的，规范要求一般屈挠性能次数大于120万次，使用年限一般10～12年，因此如何解决气柜缓存和皮膜屈挠性能之间的矛盾显得日益突出。

3　解决思路

3座转炉煤气柜的同升同降，增加煤气柜集群的缓存能力，最大限度地发挥煤气柜集群的缓存能力，同时3座转炉煤气柜稳定均匀输出，降低气柜集群中单座气柜的大幅升降，减少皮膜的折皱频次。

（1）控制模型

3座转炉煤气柜进出口调节阀开度的极限位置进行设定,在此极限范围内,以设定的时间作为一个扫描周期，出口调节阀在此扫描周期内，柜位差满足阀位调节的要求，3座煤气柜出口调节阀按照既定程序进行调节，一旦柜位差发生变化，出口调节阀开度保持不变，且重新计算扫描周期，直至满足条件时对阀位进行调节。入口调节阀在此扫描周期内，柜位差、同时回收炉数满足阀位调节要求，3座煤气柜入口调节阀按照既定程序进行调节，一旦参数发生变化，入口调节阀开度保持不变，且重新计算扫描周期，直至满足条件时对阀位进行调节。

（2）参数定义：

柜位 V，万 m3；

柜位差 ΔV，万 m3；

基准压力 P0，kPa；

柜内压力 P，kPa；

阀位开度D；

入口调节阀调节比例：ΔD；

出口调节阀调节比例：ΔD′；

扫描周期 T，s；

加压机出口总流量Q，万m3/h；

1#转炉煤气柜入口调节阀：11（角标）；

1#转炉煤气柜出口调节阀：12（角标）；

2#转炉煤气柜入口调节阀：21（角标）；

2#转炉煤气柜出口调节阀：22（角标）；

3#转炉煤气柜入口调节阀：31（角标）；

3#转炉煤气柜出口调节阀：32（角标）。

柜位限定：

3座转炉煤气柜中的两座煤气柜的柜位差不大于1万m3，即 ΔV=V1-V2=V1-V3=V2-V3≤1。

阀位限定：

3座气柜入口调节阀：一炉回收时D11+D21+D31≥90%，两炉同时回收时D11+D21+D31≥160%，三炉同时回收时D11+D21+D31≥260%。

3座气柜出口调节阀：根据加压机出口流量Q设定,Q≤4时 D12+D22+D32=90%；4≤Q≤8时D12+D22+D32≥90%；8≤Q≤12时 D12+D22+D32≥180%；Q≥12时D12+D22+D32≥260%。

调节比例：

其中一座转炉煤气柜进出口调节阀单次调节时的调节量，其值暂定为ΔD=20%。

扫描周期：

煤气柜进出口阀门开度两次调节之间的最短时间间隔，其值根据柜位差设定，具体如下：

若ΔV ≤1，T=60 s；

若1＜ ΔV ≤2，T=40 s；

若ΔV ＞2，T=20 s。

（3）调节方法

若ΔV ≤1，进出口阀位开度保持不变；

若ΔV＞1，对应柜位低的入口调节阀增加ΔD、出口调节阀减少ΔD′；对应柜位高的入口调节阀减少ΔD、出口调节阀增加ΔD′。

上述相关数值均为暂定值，具体实施根据试验情况可进行适当调整。

4　结论

目前关于转炉煤气柜集群的同升同降仍处于探讨阶段，但随着钢铁企业煤气系统的精细化操作进一步深化，转气回收的自动化实施势在必行，除了符合未来无人化、智能化站所的建设要求，还能够降低转炉煤气柜皮膜、防回转等设施运行的频次，延长其使用寿命，给企业带来实实在在的经济效益。

[参考文献]

[1]黄卫超，马林.转炉煤气的回收和利用[J].宝钢技术，2009（3）.