危中良，陈富林

(广东韶钢松山股份有限公司，广东韶关 512122)

前言

工业煤气是钢铁企业在生产过程中产生的二次能源，占钢铁企业总能源消耗的30%左右。钢铁企业是能源消耗大户，面临着巨大的节能减排压力，而减少煤气放散，提高煤气综合利用效率，可降低企业能源成本，增强企业成本竞争力，因此提高煤气利用效率成为钢铁企业的内在需求和必然选择。同时煤气是一种有毒气体，煤气安全是冶金企业不可忽视的一项工作，为此如何确保其安全使用至关重要。

1 煤气系统压力稳定的重要性

一般长流程的钢铁企业有三大炉，即：高炉、焦炉、转炉。三大炉的副产品分别为高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气，统称煤气。因煤气中含有一定量的CO气体，是一种有毒的可燃气体。在煤气利用过程中，若使用不当，就会导致煤气三大事故的发生，给企业造成人员伤亡和巨大的经济损失。

煤气系统在运行过程中因煤气压力不稳定、波动过大，超过系统允许范围，会引起煤气三大事故的发生。如：系统压力过高，会使煤气系统排水器水封击穿，或者煤气设施的泄爆阀、安全阀启动，导致煤气外泄，从而易造成中毒、着火、爆炸事故。若压力过低，无法满足煤气用户的生产需求，甚至会造成煤气设施呈负压运行，导致更大的安全事故。

除此之外，煤气系统压力不稳定导致煤气用户工艺生产的热工制度得不到保证，既影响产品质量，又增加产品单位热耗。

综上所述煤气系统压力波动过大不利于企业安全生产与节能减排，因此钢铁企业在利用煤气的过程中，保持系统中煤气压力的稳定具有极其重要的意义。

2 煤气系统压力波动的原因

钢铁企业副产煤气的发生量与消耗量，是影响煤气动态平衡状况的主要因素。煤气系统压力波动的主要原因有以下两方面：

2.1 生产正常情况下形成的波动

钢铁企业副产煤气的发生量与消耗量经常随生产工艺状态的改变而产生波动。

（1）系统设备在正常运行情况下,煤气产生量或消耗量均存在一定的波动性，如：热风炉换炉、焦炉换向等情况都将造成系统内煤气耗量变化，导致煤气系统压力波动；当加热坯料品种、规格、物理性质、轧钢产量等发生变化时，加热工艺也随之发生变化，煤气用量也相应变化，这必然造成系统内煤气压力的大幅度波动。

(2）混合煤气是由高、焦、转炉3种煤气配置而成，如高、焦、转炉煤气配比不稳定，会造成混合煤气热值随时发生变化，也能引起煤气系统压力大幅度波动。

2.2 生产异常情况下形成的波动

（1）生产组织不力导致煤气系统产供不平衡，从而造成系统煤气量过小或过多，系统失效，压力在上限或下限运行，极易引发安全事故。

（2）设备出现故障、突然减产、停产（如：高炉减风、待料、出管道等），引起煤气产量或用量大幅度变化，从而导致管网压力异常波动，在此种条件下，极易发生煤气事故。

3 韶钢近年来煤气系统稳压的措施

3.1 技术措施

3.1.1 充分发挥煤气柜瞬时调压作用

2015年将以前离线运行的10万m3高炉煤气柜和7万m3焦炉煤气柜改为在线并网运行。针对焦炉煤气系统存在的问题，为确保7万m3焦炉煤气柜更好地发挥稳定焦炉煤气管网压力的作用，2017年将7万m3柜贮存压力从5.0 kPa调整为4.8 kPa。

3.1.2 发挥2座转炉煤气柜的有效柜容

将2套独立的转炉煤气回收系统中的2座（8万m3和12万m3）转炉煤气柜改为柜前联通，解决了8万m3柜（回收3座120 t转炉产生的煤气）能力不足的问题，有效地降低了因柜满导致的转炉煤气柜拒收频次。

3.1.3 混合煤气配置、供应系统的改造

（1）2017年取消三柜区二混气（转炉煤气中掺入少量的焦炉煤气）向混合煤气供应，将三柜区的转炉煤气改为向高炉煤气管网供应。因此公司混合煤气全部由四柜区进行供应，解决了三、四柜区2套混合煤气供应系统煤气热值、压力不匹配造成的煤气用户压力、热值波动过大的问题，同时也解决了多年来因转炉煤气用户单一（用于配混合煤气），受混合煤气用量的影响，转炉煤气存在零星放散的问题。

（2）将四柜区的混合煤气系统改造成自动配置系统。

3.2 管理措施

3.2.1 根据煤气用户的重要程度，设置用户等级用气制度

设立了三级用气制度：一级用户为高炉焦炉用气、混合站、供风用煤气锅炉，二级用户为轧材系统，三级用户为煤气锅炉、石灰窑、主体生产工序外的煤气用户。

三级用户是缓冲用户，缓冲用户为煤气锅炉、石灰窑等，其中煤气锅炉作为首选缓冲用户，石灰窑作为次要缓冲用户。

3.2.2 设置管网剩余煤气自动放散

综合考虑10万m3高炉煤气柜的贮存压力及其所在管网的位置，重新对6#、7#、8#三座放散塔的放散压力进行了设置，并在3个放散塔设置了管网剩余煤气自动放散功能，以满足异常情况下将煤气管网压力波动控制在正常范围内。

3.2.3 日常煤气平衡管控

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、热值等参数采取的即时平衡。

目前韶钢两种平衡方法都采用。静态平衡由管技人员负责，对某一个时期的生产组织模式提供指导意见。动态平衡由当班调度完成，依据管网压力以及煤气柜柜位状况，及时调整缓冲煤气用户的用量，控制煤气系统压力在允许范围内。

4 韶钢近年来煤气系统压力稳定存在的问题

钢铁企业副产煤气的发生量与消耗量经常随生产工艺状态的改变而产生波动，波动幅度与企业煤气系统的硬件设施（如调压设施）以及煤气管理水平息息相关。目前韶钢还存在煤气压力波动过大，引起煤气锅炉突停、煤气水封冲穿等问题。

4.1 高炉煤气柜调压能力不足

与煤气柜相比，用煤气锅炉调节煤气存在滞后性，特别是大流量调节尤其严重，需要的时间长（一般约为0.5 h）。因此在实际运行中煤气锅炉不能取代煤气柜，实现瞬时调压功能。

目前韶钢3座高炉生产，日产铁1.8万～1.9万t，产气量约110万～120万m3/h。其中8号高炉炉容为3 200 m3,正常情况下，每小时换炉一次（每次10 min），每次热风炉换炉减少10万m3/h的煤气用量，当其余用户用量稍有波动，或2座高炉同时换炉时，10万m3高炉煤气柜的缓冲能力明显不足，达不到稳压效果，从而导致管网压力波动较大，目前高炉煤气管网压力波动控制在5 kPa之内。

由于高炉煤气柜调节能力不足，压力波动过大，为减少煤气放散，高炉煤气剩余放散塔的自动放散压力设置相对较高，因此当一个大用户跳停或者高炉出现管道形成时，容易发生煤气水封击穿、煤气泄漏等问题。

4.2 煤气动态平衡管控力度不够

4.2.1 煤气调度人员不足

目前煤气系统管控分为煤气柜区操作层和调度管理层。煤气柜操作层主要保持煤气柜设施运行、产品供应质量满足要求；煤气动态平衡主要是调度管理层根据系统压力大小，以最大利用煤气、减少煤气放散为目的来调控各用户的用气情况。

在实际运行过程中煤气供应与需求之间时刻发生着动态变化，需要采取即时平衡，即时控制。目前煤气调度只有一人，该岗位还需完成其它业务，不能对其进行随时动态监控、平衡调整。

4.2.2 动态平衡管控方法仍处于事后调控

钢铁企业副产煤气由于生产组织、设备检修等原因，具有生产及消耗不稳定的特点。目前在煤气动态平衡管控方面，还依赖于调度员工的技能和责任心，且每次调控还处在事后调控。这种基于人工经验的煤气管控存在很大的局限性，很难做到全局最优，不利于系统压力稳定和煤气利用。

5 改进建议

（1）高效发电项目建成后，为确保机组稳定、安全、经济运行，建议新建一座高炉煤气柜，提升系统的稳压能力，从而保持煤气柜、锅炉等设备的稳定运行，降低系统设备运维成本。在新煤气柜建成之前，用1座220 t/h煤气锅炉作为第一调节用户。

（2）目前韶钢实现能介集控，建议在此基础上整合能介集控操作层与调度层的职能，合并成一个岗位。

（3）煤气供需平衡是一个复杂的系统工程，实际生产中煤气的产生与消耗时刻发生着变化。若用静态分析的方法很难得到准确的预测信息，需要建立动态预测模型[1]。建议利用韶钢大集控中信息互通、大数据平台的有利条件，根据不同生产状态条件下煤气产、耗的特点建立各工序煤气产耗预测模型，为调度人员煤气动态平衡管控提供有效依据，从而确保煤气柜长期在线运行，实现煤气系统压力稳定的目标。

（4）在预测模型的基础上，以稳定系统煤气压力、减少煤气放散为目的，建立煤气智能管控模型，从而实现煤气智能管控。