柳钢控产期间煤气平衡措施

2023-08-15文旭林彭澜欣梁超松程连元

冶金能源 2023年4期

文旭林彭澜欣梁超松程连元何汉

(广西柳州钢铁集团有限公司)

高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气是钢铁生产过程中的主要副产品，也是钢铁企业重要的二次能源。煤气平衡不仅关系到钢铁企业的正常生产，而且直接影响企业的经济利益[1-5]。钢铁企业煤气平衡分为静态平衡和动态平衡。静态平衡是结合生产计划、检修计划等影响因素，对一段时期内的煤气产出量、消耗量和需求量进行预测性的平衡。动态平衡则是指对生产过程煤气压力、流量等参数采取的即时平衡[6]。2022年，受钢材市场需求疲软、钢材价格低位运行等影响，柳钢积极应对挑战，下半年开始控产，延长焦炉结焦时间，陆续安排高炉检修和转炉节能封炉，控产期间煤气发生量的减少导致煤气平衡矛盾愈发凸显。文章总结了控产期间煤气平衡的应对措施。

1 煤气平衡的总体原则

1.1 工况分析

柳钢现有5万和1万m3焦炉煤气柜各1座、15万m3高炉煤气柜1座、8万m3转炉煤气柜3座，焦炉煤气放散塔2座、高炉煤气放散塔3座、转炉煤气放散塔8座。煤气用户主要有焦炉、高炉热风炉及喷煤、烧结机及脱硫脱硝、球团回转窑、钢包及中间包烘烤、轧钢加热炉、冷轧退火炉、麦尔兹窑、锅炉发电、新和刚燃气—蒸汽联合循环发电机组(以下简称新和刚CCPP)、高炉渣超细粉等。正常生产时高炉煤气发生量波动不大，但在炉况不稳时煤气发生量会发生较大波动。焦炉煤气产量相对稳定，当延长或缩短结焦时间时焦炉煤气发生量会相应减少或增加。转炉煤气的回收操作仅在下氧枪吹炼过程中进行，具有周期性，柳钢每35～40 min回收1炉转炉煤气，采用专用转炉煤气柜来保证转炉煤气均匀外供。柳钢煤气资源现状见表1。

表1 柳钢煤气资源现状

1.2 控产期间煤气平衡情况

目前柳钢煤气平衡分为静态平衡和动态平衡。静态平衡由能环部煤气专业人员负责，为某一个时期的生产模式提供指导意见。动态平衡由动力调度完成，依据煤气管网压力状况，及时调整煤气缓冲用户的用量，控制煤气压力在规程允许范围内。控产期间煤气平衡情况见表2。

表2 控产期间煤气平衡表万m3/h

1.3 用户优先等级及供应顺序

柳钢煤气平衡以满足主体生产为根本，尽可能将自产煤气充分回收利用，降低外购能源成本，减少能源消耗。对煤气缓冲用户进行分级排序，充分利用自产煤气。

焦炉煤气用户按使用优先级分为五级，煤气供应顺序为：①焦炉(使用焦炉煤气加热)、化产回收；②柳州市居民生活用煤气；③高炉热风炉及喷煤、烧结机及脱硫脱硝、球团回转窑、钢包和中间包烘烤，根据公司生产实际情况决定；④各轧材厂的加热炉、退火炉；⑤煤气发电锅炉、新和刚CCPP、麦尔兹窑和与公司生产无直接关联的用气单位。

高炉煤气用户按使用优先级分为四级，煤气供应顺序：①高炉热风炉、喷煤加热炉、煤气锅炉发电2号站锅炉(保中温中压蒸汽供高炉汽轮机)、锅炉发电保生产用蒸汽的供应(若高炉煤气不够时，使用部分焦炉煤气补充，保证必要的蒸汽供应)；②焦炉；③高炉渣超细粉；④除①外的其他煤气发电锅炉。

转炉煤气用户按使用优先级分为二级，煤气供应顺序：①麦尔兹窑；②煤气发电锅炉。

2 存在的问题

控产期间煤气发生量减少，加上焦炉煤气柜和高炉煤气柜离线运行无法发挥调节功能，煤气平衡矛盾主要表现为：

(1)焦炉煤气和高炉煤气的压力过低，存在煤气管网失压的安全风险，发生安全事故；

(2)无法满足煤气用户的生产需求，对能耗指标及能源成本影响极大。如：焦炉煤气压力多次低于冷轧退火炉的警戒值(4 kPa)，造成多个退火炉的加热罩熄火跳断；高炉煤气压力低影响高炉热风炉烧炉和锅炉发电；

(3)设备出现故障、突然减产、停产(如：焦化煤气风机跳机、高炉休风、大面积停电等)，会引起煤气发生量或用量大幅度变化，导致煤气管网失压发生煤气事故。

3 应对措施

3.1 加强煤气平衡管控

根据公司每周生产计划和检修计划，由能环部编制煤气平衡计划，供总调和各生产单位参考。动力调度依据煤气管网实时压力状况，及时调整缓冲煤气用户的用量。各焦炉煤气用户用量增加2 000 m3/h以上，必须提前5～10 min告知动力调度。为避免控产期间仍出现煤气放散，修改下半年公司专业责任制和经济责任制，进一步收严煤气放散率考核指标，保证控产期间煤气近零放散。2022年7-10月，焦炉煤气放散率由0.22%降低至0.13%；高炉煤气放散率由0.05%上升至0.17%，具体见表3。为了确保高炉煤气管网安全，高炉煤气大放散调节阀保持最小限位开度2%，导致有少量煤气放散。

表3 控产期间煤气放散率 %

3.2 设置管网剩余煤气自动放散

(1)对2座焦炉煤气放散塔进行改造，其中A区实现了煤气自动放散功能，异常情况下将煤气管网压力波动控制在正常范围内，老区还在改造中。2座焦炉煤气放散塔均增加了煤气流量计，实时监控煤气放散情况。

(2)当高炉煤气总管压力低于3 kPa时，关闭7号大放散煤气水封，对煤气管网进行保压。当煤气管网压力低于3 kPa快速下降且不能保持1 kPa时，动力调度协调其他用户停用高炉煤气，炼铁厂迅速对7号大放散打氮气灭火并进行水封，直到管网压力保持正压，点燃长明火。

3.3 确保冷轧焦炉煤气压力

(1)焦炉煤气实现全脱硫，缓解了冷轧厂和麦尔兹窑焦炉煤气用气紧张局面。焦化厂完成一化产和四化产煤气风机扩容改造，更换了风机后堵塞严重的煤气管道，减少了系统机后煤气阻力，提升了焦炉煤气输送能力，保证了煤气输送顺畅。

(2)严格执行公司煤气用户优先等级及供应顺序原则。根据煤气压力，严控煤气发电锅炉、麦尔兹窑和新和刚CCPP用气。动力厂煤气发电锅炉1号站除开炉点火外，不得使用焦炉煤气。焦炉煤气总管压力下降至5.0 kPa时，麦尔兹窑焦炉煤气用量调整至2 000 m3/h以下。若焦炉煤气总管压力低于5.0 kPa，全停发电锅炉和麦尔兹窑用焦炉煤气。若发电锅炉和麦尔兹窑已全停用焦炉煤气，新和刚CCPP用气流量已减至维持最低发电负荷，冷轧焦炉煤气总管压力仍无法保证在4.5 kPa以上时，减少其他轧材单位的用气量。采取上述措施仍不能满足冷轧焦炉煤气总管压力高于4.5 kPa，全停新和刚CCPP发电机组。

2022年，7-8月冷轧焦炉煤气总管压力低于4.5 kPa的时间较多，9-10月绝大部分时间冷轧厂焦炉煤气总管压力都高于4.5 kPa，焦炉煤气总管压力明显改善。

3.4 严控高炉煤气总管压力

(1)为避免高炉休风造成高炉煤气管网压力出现大幅波动，炼铁厂需至少提前10～20 min将高炉休风计划报告总调及动力调度，动力调度及时调整用户用量，确保管网安全运行。要避免2座及以上高炉同时休风，做好高炉煤气大放散管理。

(2)当高炉煤气总管压力低于5.5 kPa时，减少发电锅炉高炉煤气用量，控制发电机负荷。在确保炼铁风机房蒸汽供应及公司低压蒸汽供应情况下，将发电锅炉高炉煤气用量降到最低，仍无法维持高炉煤气总管压力高于4.5 kPa，则安排强实公司和台泥公司停产。

(3)采取上述措施高炉煤气总管压力仍无法保证在4.5 kPa以上时，根据锅炉发电机组能效安排汽轮机解列或停机。如高炉煤气严重不足，必要时全停新和刚CCPP发电机组，焦炉置换使用焦炉煤气，减少高炉煤气用量，确保高炉煤气管网安全运行。

动力厂煤气发电锅炉3号站位于高炉煤气管网末端，煤气压力低。2022年7-8月，3号站1号锅炉高炉煤气总管压力基本在4.5 kPa左右波动，平均压力4.7 kPa，9-10月煤气总管压力大部分控制在5 kPa以上。

3.5 开展转炉煤气回收攻关

正常生产情况下，柳钢极少出现转炉煤气拒收情况，要进一步提高转炉煤气回收量，需放宽回收操作控制条件。回收操作控制条件主要是防止回收爆炸性混合气体。放宽回收条件意味着将煤气回收开始时刻提前、结束时刻延迟，从而增加煤气回收量。通过开展转炉煤气回收利用攻关，在确保煤气回收安全条件的前提下，保持回收转炉煤气氧含量不变，对标同行先进水平，逐级下调一氧化碳含量，优化后的转炉煤气回收工艺数值限值见表4。