高焦煤气混合加压站掺烧天然气的实践.pdf

1 4 冶 金 动 力 ME TA LL UR GI CAL P OWER 2 0 1 4年 第 8 期 总 第1 7 4 期 劫 秣 燃气 ‰ 高焦煤气混合加压站掺烧天然气的实践 刘健 ，蓝仁 雷 马鞍 山钢铁股份有限公司能源总厂 ， 安徽马鞍 山2 4 3 0 0 0 【 摘要】随着马钢新区轧钢产线的延伸、 产能的释放， 生产高峰期能源保供出现缺13， 需引入外部天然 气。天然气的使用需对现有现场无人值守的煤气房所的工艺、 控制进行适当的改造优化， 提升系统的适应性和 稳定性。介绍了马钢新区掺烧天然气的技术实践。 【 关键词】天然气； 掺烧； 运行模式 【 中图分类号】 X 7 5 7 【 文献标识码】B 【 文章编号】1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 4 0 8 0 0 1 4 0 3 P r a c t i c e o f M i x e d Co mb u s t i o n o f Na t u r a l Ga s a t t h e M i x i n g a n d P r e s s u r i n g S t a t i o n o f BFG a n d C0G UU J i a n ．L AN Re n l e i 1 o w e r P l a n t o fMa a n s h a n I r o n S t e e l C o ． ，L t d ． ， 肘n d m 帆， An h u i 2 4 3 0 0 0 ,C h i n a 【 A b s t r a c t 】Wi t h t h e e x t e n d i n g o f s t e e l r o l l i n g p r o d u c t i o n l i n e a n d t h e r e l e a s i n g o f p r o d uc t i o n c a pa c i t y i n Ma s t e e l Ne w Ar e a ， e x t e r na l n a t ur a l g a s ne e d s t o b e i n t r o d uc e d t o me e t t he e n e r g y s u p p l y g a p a t t he p e a k o f pr o d u c t i o n．Ad o pt i n g na t u r a l g a s r e q u i r e s p r o p e r t r a n s f o r ma t i o n a n d o p t i mi z a t i o n o f t h e p r o c e s s e s a n d c o n t r o l o f t h e e x i s t i n g u n a t t e n d e d g a s h o u s e s ， t o u p g r a d e t h e a d a p t a b i l i t y a n d s t ab i l i t y o f t h e s y s t e m． 【 K e y w o r d s 】n a t u r a l g a s ， m i x e d c o m b u s t io n ， o p e r a t in g m o d e 1 引言 马钢新区煤气系统的结构相对简单 ，且大用户 所 占比重大 ，用户的生产负荷波动对系统 的平衡影 响较大。由于钢轧系统生产均衡性、计划准确性不 强 ， 易造成焦炉煤气供应紧张 ， 制限 C C P P 、 2 2 5 0 m m 热轧煤气用量时有发生。 2 0 1 3年 1 2 月 ， 1 5 8 0 i n m热 轧投产后， 新区焦炉煤气平衡更加趋紧。 随着新区钢 轧生产线产能的释放 、 精加工产线的延伸 ， 考虑引进 战略性资源天然气势在必行 。 2 天然气市场现状 目前 港华 燃气 公 司供 新 区 的天 然气 主管 为 D N 3 0 0 ，压 力等 级 0 ． 3 5 MP a ，输送 能力 约 1 2 0 0 0 m3 ／ h ， 规划供新 区新建 D N 3 5 0天然气 主管 ， 压力 等 级 0 ． 8 MP a ， 输送能力超过 3 0 0 0 0 mS ／ h 。现新区连铸 切 割使用天然气 ，平 均耗 量 1 0 0 m 3 ／ h ，最大耗 量 1 0 0 0 m 3 n 1 ，预计 2 0 1 4年 8月投产的连铸火焰清理 机也将使用天然气 ， 最大耗量 5 5 8 0 mS ／ h 。港华与马 钢的供气合同中规定， 马钢需按周、 月、 年度分别申 报计划用量 ， 实际年度耗量超过年报量 的 1 0 ％， 需 额外收费 ， 但暂未执行 ， 目前天然气购人价为 3 ． 2元 ／ m o 3 天然气的基本 需求量 、 最大需求量 分别就新区 2 0 1 4年生产计划、 中期生产规划编 制煤气平衡表 ， 以充分消耗 自有资源为原则 ， 根据平 衡表中焦煤空缺量确定天然气的基本需求量 ，根据 常见的生产不均衡造成的焦煤最大缺 口量评估天然 气最大需求量 。 3 ． 1 2 0 1 4年生产计划 2 0 1 4年预计新 区钢 、 材产量均达到 6 0 0万 t ， 根 据 煤气平衡表新 区正常生产时焦炉煤气的缺 口约 9 0 0 0 m V h ， 可通过 老区调配解决 ， 天然气 的基本需 求为 0 。常见的短时生产波动为 三座转炉中只有一 座转炉生产 ， 人工合成转煤站需补气 4 5 0 0 0 m3 ／ h 高 炉煤气 3 0 0 0 0 ma ／ h ，焦 炉煤气 1 5 0 0 0 ms ；同时 2 2 5 0 mm热轧满负荷生产 ，混合煤气耗量由 8 0 0 0 0 m S ／ h增 加 到 1 3 0 0 0 0 m a ／ h 高 炉煤 气 增 加 3 0 0 0 0 mS ／ h ， 焦 炉煤气增加 2 0 0 0 0 m S ／ h ， 新 区焦炉煤气缺 口约 3 5 0 0 0 mS ／ h ， 其 中气柜可补充 1 0 0 0 0 m3 ／ h ， 老区 2 0 1 4年 第 8期 总 第1 7 4 期 冶 金 动 力 ME T A L L U R G I C A L P O WE R 1 5 可增加送量 5 0 0 0 m 3 ／ h ，剩余 2 0 0 0 0 m3 ／ h的缺 口需 引入天然气来平衡 。天然气 的热值按 3 7 0 5 3 k J ／ m s 、 焦炉煤气热值按 1 5 2 8 2 k J ／ m 考虑 ，新 区最大天然 气需求量为 8 2 0 0 m 3 ／ h 。 3 ． 2中期规划 新区中期规划钢、 材产量达到 6 8 0万 t ／ 年时 ， 根 据煤气平衡表新 区正常生产时焦炉煤气 的缺 口约 1 8 0 0 0 m3 ／ h ， 通过老区调配后 ， 新 区焦炉煤气仍然缺 口 8 0 0 0 m ， 需补充天然气维持平衡 。天然气 的基 本需求为 3 3 0 0 m 3 ／ h 。常见的短时生产不均衡为 只 有一座转炉生产， 人工合成站需补气 5 1 0 0 0 m 3 ／ h 高 炉煤 气 3 4 0 0 0 m3 ／ h ，焦炉煤气 1 7 0 0 0 m 3 ／ h ；同时 2 2 5 0 m m热轧满负荷生产 ，混合煤气耗量由 9 5 0 0 0 m3 ／ h增 加 到 1 4 0 0 0 0 m3 ／ h 高 炉 煤 气 增 加 2 7 0 0 0 m3 ／ h ， 焦炉煤气增加 1 8 0 0 0 m3 ／ h 。新 区焦炉煤气 系 统缺 口约 4 3 0 0 0 m 3 ／ h ， 气柜可补充 1 0 0 0 0 m3 ／ h ， 老区 可增加送量 5 0 0 0 m 3 ／ h ，其中剩余 2 8 0 0 0 m 3／ h的缺 口需引入天然气来平衡。新区最大天然气需求量为 随着新区钢轧产能的提升 、 产品加工线的延伸 ， 焦炉煤气缺口 将更大， 新区天然气需求量、 最大需求 量都将增加。 4 天然气掺烧用户的选择 新 区最大 的三个焦炉煤气用户为 2 2 5 0 m m热 轧 、 1 5 8 0 m m热轧 、 C C P P机组 ，首先考虑的天然气 掺烧对象应该是这三个用户 。 ． 『， 自力式减压阎1主管切断阀自力式减压阀 球阀 球闽 第一掺烧用户应考虑 2 2 5 0 m m热轧 ， 原因一是 对焦炉煤气 的需求量最大 ， 二是生产的波动性较大， 三是混合加压工艺成熟。现场无人值守的混合站采 用高、 焦、 天然气三种介质混合在宝钢有过成功的先 例 ， 新 区 2 2 5 0 m m热轧混合系统控制程序在设计时 预留了天然气 的端 口， 通过与四钢轧交流 ， 只要煤气 热值、 压力保持现有参数 ， 加热炉可以使用掺天然气 的混合煤气。1 5 8 0 m m热轧由于已经考虑高焦转三 种煤气混合 ， 若再混入天然气 ， 四种介质混合控制工 艺复杂 。C C P P机组掺烧天然气 ， 能源总厂只能根据 平衡下达相关指令 ， 调整操作权在电厂 ， 使得动态煤 气平衡调整处于被动滞后状态。 5 天然气实施方案 5 ． 1 天然气减压 实施方案工艺布置见图 1 。目前港华供新 区天 然气压力等级为 0 ． 3 5 MP a ，减压 阀 1 暂不投运， 打 开旁通即可 将来新区天然气总管压力等级提升至 0 ．8 M P a 时，减压阀 1 具有将 0 ． 8 b i P a 天然气减压 至 0 ． 3 5 MP a的功能 。 减压阀 2 将 0 ． 3 5 MP a 天然气 减压至 2 0 k P a 。主管调节阀将阀后压力稳定在 目标 压力设定值。 减压阀 1 、 2 都具备直接将 0 ． 3 5 或 0 ．8 M P a 天然气减压至 2 0 k P a 的能力， 但最高或最低流 量有所影响 ， 可作为设备故障下的应急措施 。 由于减 压阀不能有效切断气源 ， 在停止掺烧时 ， 需关闭主管 切断阀。天然气的压力等级远高于煤气管道的耐压 能力 ， 为防止混合站管系超压 ， 设定安全阀。 图 1 工艺布置图 5 ． 2混合方式 考虑到混合系统阀门调节的灵敏性及计量准确 性 ， 先采用大小管控制 ， 再与高 、 焦炉煤气混合后加 压送 2 2 5 0 m m热轧。混合站在现有高煤 ／ 焦煤配比 混合 的基础上增加高煤 ／ 焦煤 ／ 天然气配 比混合 以 及高煤 ／ 天然气配比混合功能 ，即具有三种运行模 式 C a s e l 高炉煤气 焦炉煤气 C a s e 2 高炉煤气 焦炉煤气 天然气 C a s e 3 高炉煤气 天然气 新区焦炉煤气基本平衡 时，混合站选择 C a s e l 模式 ， 即高煤、 焦煤混合 ， 以高煤稳定混合后压力 ， 根 据高煤 ／ 焦煤之间的比例设定， 控制焦煤流量， 维持 混合煤气热值。 当新区焦炉煤气平衡出现较大缺口， 混合站考虑选择 C a s e 2模式， 即高煤、 焦煤、 天然气 混合。高炉煤气流量保证混合后压力稳定， 焦煤、 天 然气按一定 比例计算出的流量掺入 ，保证混合后热 值稳定。 极端情况下焦炉煤气非常紧张时 ， 混合站可 1 6 冶 金 动 力 ME T ALL UR Gl CAL P OWER 2 0 1 4年第 8期 总 第1 7 4 期 选择 C a s e 3 模式， 即高煤、 天然气混合 ， 仍以高煤稳 定混合后压力 ， 根据高煤 ／ 天然气之间的比例设定 ， 控制天然气流量 ， 维持混合煤气热值 。 5 ． 3 控制说 明 5 ． 3 ． 1 混合方式的选择 、 切换和保压 为减少切换对混合煤气热值的扰动 ，三种混合 方 式 之 间 的切换 顺 序 为 C a s e l C a L s e 2 C a s e 3 C a s e 2 - - * C a s e l ， C a s e 2始终作为过渡方式 ，不能跨越 切换。 若处于 C a s e l 或 C a s e 2模式 时，加压机全停则 进入焦煤保压； 若处于 C a s e 3 模式时 ， 加压机全停则 进入高煤保压。 考虑减压阀不能有效切断气源 ， 无论 焦煤保压、 高煤保压 ， 天然气主管切断阀需关 闭， 天 然气大、 小管切断阀保持不动。 5 ． 3 ． 2 天然气主管切断阀 控制模式分为“ 手动” 和“ 自动” 两种。在“ 自动” 模式下 ， 开阀条件为处于 C a s e 2或 C a s e 3 ， 关阀条件 为处于高煤保压或焦煤保压或处于 C a s e l 。 5 ． 3 ． 3 天然气主管调节阀 控制模式分为“ 手动” 、 “ 半 自动” 和“ 自动” 三种。 在“ 自动” 模式下根据压力设定值对阀后压力进行自 动调节。 5 ． 3 ． 4 天然气大管切断阀 控制模式分为“ 手动” 和“ 自动” 两种。在“ 自动” 模式下根据混合方式、 流量设定值开关阀门。 5 ． 3 - 5 天然气小管切断阀 控制模式分为“ 手动” 和“ 自 动” 两种。在“ 自动” 模式下根据混合方式开关 阀门。 正常情况下 ， 控制模 式选择 “ 手动” ， 保持全开 ， 防止天然气主管切断阀关 闭不严， 造成天然气大小管压力超高。 5 ． 3 ． 6 天然气大小管调节阀 控制模式分为“ 手动” 、 “ 半 自动” 、 “ 自动 ” 和“ 比 例” 四种模式。 在“ 自动” 模式下根据流量设定值进行 自动调节 。在“ 比例” 模式下则根据控制逻辑进行比 例调节和大 、 小管切换 与 C O G大小管调节 阀切换 逻辑类似 。 5 ． 4 天然气混合站投运原则 天然气作为一种价高质优能源 ，只能作为能源 平衡的补充措施 。受供气合同及外部管网状况 的影 响， 天然气不可能随时都满足生产的需求。 每 日 需根 据生产计划进行煤气平衡预测， 在内部平衡调整措 施到位后系统仍有缺 口且持续时间较长，则适量投 人天然气，保证焦炉煤气柜位不下降或下降速度较 慢 ， 实现用户煤气的连续供应 ， 减少对其生产计划的 干扰。 设定天然气低流量报警 ， 提醒运行人员用户煤 气需求量 已降低 ， 通过核实、 判断后 ， 可将天然气退 出运行。 5 _ 5 混合煤气密度计算 天然气密度 0 ．7 1 7 k g ／ m ，高炉煤气密度 1 ．3 6 3 k g ／ m ， ， 焦炉煤气密度 0 ． 5 4 k g ／ m 。混合站选择 C a s e l 模式时 ， 混合煤气密度为 1 ． 0 3 4 k g ／ m 3 ； 选择 C a s e 3 模 式时， 混合煤气密度为 1 ． 2 6 0 k g ／ m， ； 选择 C a s e 2模式 时， 混合煤气密度为 1 ． 0 3 4 ～ 1 ． 2 6 0 k g ／ m 。现有 2 2 5 0 m m热轧煤气加压机输送介质的密度范围为 1 ．0 k g ／ m ，可以满 足不 同混合模式 的混合煤气升压需 要 。 6结 论 2 2 5 0 m m热轧天然气掺烧系统是在现有高煤 、 焦煤混合站的基础上， 结合近年的控制思想、 运行经 验 ， 建设的一个多种运行模式的混合站。 以充分消耗 自有资源、 运行安全、 经济节能为原则， 实现现场无 人值守、 远程集中监控 ， 有效地缓解 1 5 8 0 m m热轧 投运后新区焦炉煤气紧张的局面。 收稿 日期 2 0 1 40 50 9 作者简介 刘健 1 9 7 4一 ． 男 ， 1 9 9 6年 毕业于安徽 工业 大学 ， 高级 工 程师 ， 现从事冶金能源生产管理工作。