燃气混合工艺系统分析及在泰钢的应用.pdf

第32卷 第2期 2010年4月 山东冶金 Shandong Metallurgy Vol.32 No.2 Apirl 2010 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 生产技术生产技术 摘要 介绍了燃气稳压定比、 燃气加压定比及燃气热值检测和反馈混合系统的组成及工艺流程。泰钢30万t冷轧薄板项 目采用燃气稳压定比煤气混合系统， 由于气源压力波动范围大、 煤气用量小， 系统不能正常运行； 60万t冷轧项目采用热值 检测和反馈混合系统， 该系统运行良好。同时提出了燃气混合系统的改进建议， 即采用燃气双级稳压定比混合系统、 双混 合管路加压定比混合系统。 关键词 燃气混合； 稳压； 加压； 定比； 热值； 反馈系统 中中图分类号号 TF083.4文献标识码 B文章编号 1004-4620 （2010） 02-0045-03 收稿日期 2009-04-15； 修回日期 2010-02-20 作者简介 王飞， 男， 1968年生， 1992年毕业于山东工业大学热动专 业。现为泰钢动力科科长， 工程师， 从事动力工程设计工作。 1燃气混合系统特点分析 在冶金、 化工等行业， 燃烧设备对燃气的热值 一般都有要求， 当一种燃气不能满足要求时， 就需 要将两种燃气或多种燃气进行定比混合以满足要 求。有些较特殊的设备， 对燃气热值的稳定性还有 较高的要求， 这对燃气混合系统的性能提出了较高 的要求。在一些较早的技术资料中 ［1］， 燃气混合系 统分为流量配比调节系统和热值指数调节系统两 大类。受调节设备和自动控制水平的限制， 这些燃 气混合系统的性能不高， 现在基本上不用。随着调 节阀性能的完善及PLC等自动控制手段的不断成 熟， 燃气混合技术也不断改进。 目前企业运行的燃气混合系统， 可分为燃气稳 压混合系统和燃气加压混合系统。为了满足混合 燃气对热值稳定程度的较高要求， 在以上2个系统 上增加混合燃气热值检测仪， 分别组成热值反馈燃 气稳压混合系统和热值反馈燃气加压混合系统。 现将这些燃气混合系统的原理做以下介绍， 为方便 叙述， 燃气混合系统中低热值的燃气选择高炉煤 气， 高热值的燃气选择焦炉煤气， 系统以高炉煤气 为基准定比掺混焦炉煤气。 1.1燃气稳压混合系统 燃气稳压定比混合系统流程见图1， 由稳压阀、 流量计、 流量调节阀、 PLC自动控制系统、 煤气静态 混合器、 煤气逆止水封、 检修阀门组等组成。稳压 阀的作用是稳定燃气压力， 为流量调节阀调节燃气 流量创造稳定的压力条件。流量计为实现2种燃气 的定比混合提供准确的流量参数。流量调节阀的 作用是在控制信号的作用下控制好燃气的流量， 实 现定比混合的功能。PLC控制系统是整个定比混合 系统的控制指挥中心。煤气静态混合器将已按定 比混合的两种燃气进行充分均匀混合， 达到均质的 目的。 检修阀组 高炉煤气 气源管道 压力稳压阀 高炉煤气流量计 流量调节阀 检修阀门组 煤气予混器 煤气静态混合器 混合煤气管道 焦炉煤气 气源管道 检修阀组焦炉煤气流量计流量调节阀 逆止水封 （含检 修水封功能） PT22 图1燃气稳压定比混合流程 用户所用混合煤气量的多少， 首先体现在混合 煤气出口总管煤气压力的波动上， 当用户煤气用量 大时， 混合煤气出口总管煤气压力相应降低； 当用 户煤气用量小时， 混合煤气出口总管煤气压力相对 升高。通过混合煤气总管上压力变送器反馈的信 号调节高炉煤气流量调节阀的开度来实现稳定混 合煤气总管的压力。混合煤气出口总管煤气压力 的波动信号送入PLC自动控制系统， 在PLC自动控 制系统的作用下， 高炉煤气调节阀调节高炉煤气的 流量大小， 使整个系统在混合煤气用量不断变动的 情况下， 稳定混合煤气出口总管煤气压力。在PLC 控制系统的作用下， 当高炉煤气流量发生变动时， 焦炉煤气流量按已设定好的比例随高炉煤气量的 变动而变动， 保证混合煤气中两种煤气的体积比不 变， 混合煤气的热值也就稳定。 混合煤气用量小于额定流量的值较大时， 比如 小到额定流量的30左右时， 高炉煤气流量计、 焦炉 煤气流量计偏离流量计的灵敏区间。流量计在非 灵敏区给出错误的流量信号， 自动化系统盲目地进 行流量调节， 高炉煤气和焦炉煤气的混合比例就会 不断变化， 此时混合煤气的热值也是一个频繁变动 的数值。此时， 系统已不能正常运行。 燃气混合工艺系统分析及在泰钢的应用 王飞， 孙式超， 栾贻民 （山东泰山钢铁集团有限公司， 山东 莱芜 271100） 45 山东冶金2010年4月第32卷 1.2燃气加压定比混合系统 燃气加压定比混合系统也是目前应用较普遍 的一个系统。燃气加压定比混合系统流程见图2。 流量调节阀 检修阀门组 煤气予混器 煤气静态混合器 混合煤气管道 检修阀门组焦炉煤气流量计 流量调节阀 逆止水封 高炉煤气加压机 高炉煤 气管道 稳压快 切阀 高炉煤气流量计 焦炉煤 气管道 焦炉煤气 加压机 稳压快切阀 图2燃气加压定比混合流程 与燃气稳压定比混合系统相比， 燃气加压定比 混合系统是以燃气加压机及其变频稳压取代燃气 稳压定比混合系统中的稳压阀。为了保证系统的 可靠运转， 对应于每种气源设2台燃气加压风机， 1 台运行， 1台备用。系统运行时， 将每种燃气加压机 出口总管的压力信号反馈到相应加压机的变频器， 通过调节加压机电机的频率来稳定出口管道内燃 气的压力， 保障混合系统对两种燃气压力的要求。 燃气加压定比混合系统克服了燃气稳压定比 混合系统只降压而不能升压的缺陷。燃气加压机 及其变频稳压设施的应用， 提高了燃气混合系统对 气源压力波动的适应性， 满足了混合气压力高于气 源压力的要求。此系统和燃气稳压定比混合系统 一样， 也存在一个流量的适应范围， 当混合燃气流 量小到混合系统额定流量的30左右时， 流量计同 样读数不准确， 此时系统将无法正常运行。 1.3燃气热值检测和反馈系统 混合燃气的热值不仅取决于两种燃气的定比， 而且与每种燃气的热值有关， 当一种燃气的热值有 变动时， 混合燃气的热值也随着变化。当气源燃气 的热值变化较大时， 由以上2个混合系统混合的燃 气的热值波动范围也就较大， 满足不了一些工程项 目对混合燃气热值的稳定性的较高要求， 如有些项 目要求燃气热值的波动范围为5。在燃气稳压 定比混合系统和燃气加压定比混合系统的基础上 增加热值检测和反馈系统， 就形成了热值反馈燃气 稳压定比混合系统和热值反馈燃气加压定比混合 系统。由于热值反馈在2个系统上的工作原理和安 装位置相同， 只以热值反馈燃气稳压定比混合系统 为例来说明热值检测和反馈系统的原理， 热值反馈 燃气稳压定比混合系统流程见图3。 在热值反馈燃气稳压定比混合系统中， 混合煤 气热值仪的信号取样点安装在煤气静态混合器后、 长度不小于3倍管道直径的管道上， 热值信号反馈 于负责控制煤气定比的智能数学运算器。根据两 种煤气的热值和混合煤气的热值要求， 首先通过人 工计算， 求出两种煤气的基本混合比， 也就是所说 的定比， 并将此数据设置为智能数学运算器的给定 值。热值仪将热值信号反馈给智能数学运算器， 混 合燃气的热值偏高时， 智能数学运算器相应调小定 比， 减少焦炉煤气的掺混量； 混合煤气的热值偏低 时， 智能数学运算器相应调大定比， 增大焦炉煤气 的掺混量， 以稳定混合煤气的热值。 热值检测反馈燃气稳压定比混合系统和热值 反馈燃气加压定比混合系统， 解决了由于气源热值 波动引起的混合燃气热值波动问题。此系统和以 上2个系统一样， 也存在一个流量的适应范围， 当混 合煤气流量小到混合系统额定流量的30左右时， 流量计读数不准确， 此时系统的自动配比不能正常 运行。但是热值仪的检测数据， 有助于运行人员对 系统的手动调节。 2燃气混合系统在泰钢的应用 2005年泰钢新上30万t冷轧薄板项目， 为了满 足该项目对燃气的要求， 决定采用转炉煤气和焦炉 煤气混合方案， 即将转炉煤气和焦炉煤气混合后， 再用离心煤气加压机输送到泰钢冷轧薄板厂。 2006年6月份， 泰钢30万t冷轧薄板厂投产， 燃气稳 压定比煤气混合系统不能正常运行， 最后改为离心 煤气加压机只加压转炉煤气来维持冷轧薄板厂的 生产。 经分析， 造成此煤气混合系统不成功的主要因 素有2个 一是焦炉煤气和转炉煤气2个气源压力 波动范围大， 焦炉煤气压力波动范围达6 kPa， 而且 波动频繁。焦炉煤气压力频繁波动引起焦炉煤气 稳压阀后压力的波动， 进一步导致焦炉煤气瞬时流 量的变化脱离控制系统， 致使转炉煤气和焦炉煤气 的混合比例偏离设定的混合比例， 导致混合煤气热 值大范围的波动。其实， 当转炉煤气压力波动时， 转炉煤气流量也随着波动， 在混合系统中， 转炉煤 气流量是配比焦炉煤气流量的基数， 转炉煤气压力 的波动使混合系统的问题更加复杂。二是冷轧薄 图3热值反馈燃气稳压定比混合流程 检修阀组 高炉煤气 气源管道 压力稳压阀 高炉煤气流量计 流量调节阀 检修阀门组 煤气予混器 煤气静态混合器 混合煤气管道 焦炉煤气 气源管道 检修阀组焦炉煤气流量计流量调节阀 逆止水封 46 Analysis of Gas-mixing System and Its Application in Taishan Steel WANG Fei, SUN Shi-chao, LUAN Yi-min （Taishan Iron and Steel Group Corporation, Laiwu 271100, China） AbstractAbstract This article introduced the compositions and the process flows of proportional gas-mixing system by pressure-stabilizing, of proportional gas-mixing system by pressurization and of proportional gas-mixing system with heat value inspection and feedback. The 300 thousand tons cold rolling sheet project in Taishan Steel adopted proportional gas-mixing system by pressure-stabilizing. Because of large fluctuation of the gas pressure and small gas flow, the system did not run normally. Therefore, the 600 thousand tons cold rolling project adopted the proportional gas-mixing system with heat value inspection and feedback and the system run well. At the same time, the article put forward improvement suggestions, that is, adopting proportional gas-mixing system with doble-level pressure-stabilizing or proportional gas-mixing system with doble-mixed pipelines pressurization. Key wordsKey words gas mixing; steady voltage; pressurization; definite proportion; heat value; feedback system 板厂煤气用量有时远远小于系统的额定流量， 特别 是在投产初期， 这种情况较突出。混合煤气用量偏 小， 导致转炉煤气流量计、 焦炉煤气流量计的测量 范围严重偏离流量计的灵敏区间。流量计在非灵 敏区给出错误的流量信号， 自动化系统按错误信号 进行流量调节， 致使转炉煤气和焦炉煤气的混合比 例不断跳动， 所以混合煤气的热值也就不是一个稳 定值， 而是一个频繁变动的数值。 另外， 自动化控制系统采用模拟系统， 流量计 采用弯管流量计， 而且精度不高， 采集的瞬时流量 数据不够准确， 也影响了煤气混合系统的运行。 在2008年6月， 为满足泰钢60万t冷轧项目对 煤气压力和热值的要求， 采用热值检测和反馈系统 对泰钢冷轧厂燃气混合系统进行改造， 使系统成为 热值反馈燃气加压定比混合系统， 此系统自投产以 来取得了理想的效果。泰钢已决定在其他燃气混 合系统中推广热值检测和反馈系统。 3改进建议 根据以上分析和实践， 可得出如下结论 流量 调节阀前面的压力波动会影响燃气混合系统的性 能和质量； 流量计在小流量时读数不灵敏仍将制约 着煤气混合系统的自动运行。 为进一步解决流量调节阀前面的压力波动对 燃气混合系统的影响， 建议将气源压力实行双级稳 压， 即在稳压阀前再串联上1个调压阀， 能进一步缩 小流量调节阀前压力的波动范围。在热值反馈燃 气稳压定比混合系统和热值反馈燃气加压定比混 合系统再增加一级稳压设施后， 系统即变为燃气双 级稳压定比混合系统和燃气双级稳压加压定比混 合系统。 对于混合燃气流量变化大的燃气混合系统， 要 让一套混合系统在大燃气流量时灵敏， 同时又要适 应小流量的要求， 目前还没有好的技术方案。双混 合管路对解决此问题是一个相对较好的方案， 在此 系统中， 混合燃气流量大时使用主混合管路， 混合 燃气流量小时使用小混合管路。在此回路中， 当主 管路和小管路进行切换时， 还存在混合燃气压力和 热值波动问题。所以， 此混合系统对混合燃气热值 敏感的燃气系统不理想， 有待于进一步优化。 参考文献 ［1］ 钢铁企业燃气设计参考资料编写组.钢铁企业燃气设计参考 资料 燃气部分 ［M］ .北京 冶金工业出版社， 1978. 燃气混合工艺系统分析及在泰钢的应用王飞等2010年第2期 􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰 信息园地 近日， 济钢接到中石油物资公司正式通知， 济钢在兰 州石化国家石油储备库项目招标中， 成功中标高强度油 罐钢4 500 t。2009年以来,济钢向国家战略石油储备基 地供应油罐钢板累计超过2万t， 在国内的知名度、 市场 占有率稳步提高， 成为重要的油罐钢供应商。 长期以来， 我国大型石油储罐用钢板大部分依赖进 口， 不仅价格居高不下， 而且影响工程进度。随着我国经 济的快速发展， 国家对石油、 天然气等需求与日剧增。国 家发改委启动了战略石油储备项目， 决定实施油罐钢板 国产化项目， 并指定了济钢等国内5家钢铁企业进行大 型石油储罐用钢的研发。济钢以服务国家能源工程为己 任， 依托产销研一体化平台优势， 投入大量人力物力， 经 过不断探索创新， 成功研制出符合10万m3大型石油储罐 建设要求的大线能量焊接高强度钢板。自2007年开始， 济钢油罐钢板首批向舟山国家石油储备基地供货以来， 年产量从1 700 t上升到2万t， 2009年先后供应青岛益 佳、 舟山金润、 冀东油田、 林源油田和大连油田等工程原 油储罐建设。除满足国内市场需求外， 济钢油罐钢还先 后出口到菲律宾、 阿尔及利亚等国家， 成为具有自主知识 产权的标志性产品。 2010年沿海和内地石油储备基地用油罐钢需求逾 30万t， 为济钢扩大油罐钢市场创造了良好机遇。在兰州 国家石油储备库项目中， 共有8家国内钢企参加招标。 中石油物资公司综合考虑运费、 钢厂产能、 交货期、 质量、 信誉、 履约能力、 售后服务等条件， 最终确定济钢中标， 供 货数量达4 500 t。（周传勇） 济钢成为国内重要油罐钢供应商 47