鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣柜集群最優(yōu)化控制

姚海峰，吳禮云，李　鵬，陳德磊

前言

轉(zhuǎn)爐煤氣回收占整個(gè)轉(zhuǎn)爐工序能源回收總量的80%～90%，是負(fù)能煉鋼和降低工序能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。轉(zhuǎn)爐煤氣柜的作用是解決煉鋼間接冶煉和煤氣用戶連續(xù)用氣之間的矛盾，目前國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣的回收基本都是多對多的回收模式，即多座轉(zhuǎn)爐對應(yīng)多座煤氣柜，轉(zhuǎn)爐煤氣柜對轉(zhuǎn)爐煤氣的回收、緩存，提高轉(zhuǎn)氣回收率起到了重要作用。

筆者以某鋼鐵企業(yè)煤氣柜區(qū)3座8萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜采用兩段式橡膠密封，并聯(lián)布置，設(shè)計(jì)小皮膜上升壓力2.5 kPa、大皮膜3.0 kPa，3座氣柜在線運(yùn)行時(shí)，存在柜位高度差異，尤其是煉鋼2爐或3爐以上同時(shí)回收時(shí)1#、2#煤氣柜易造成柜位高，導(dǎo)致煤氣的拒收或限收，造成極大的能源浪費(fèi)，為減少限收或拒收，提高能源利用率，對3座威金斯型煤氣柜的運(yùn)行方式進(jìn)行探討。

1　工藝概況

3座8萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜并聯(lián)布置，對應(yīng)煉鋼5座轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐煤氣通過回收總管進(jìn)入煤氣柜內(nèi)緩存，經(jīng)加壓機(jī)提壓后輸送給用戶使用，如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

2　問題的提出

由于3座轉(zhuǎn)氣柜入口總管位于1#、2#柜中間，3#柜距離遠(yuǎn)，管道壓損大，同時(shí)3座煤氣柜制安、配重略有差異，造成3座氣柜上升壓力不等，實(shí)際運(yùn)行中柜內(nèi)壓力1#柜P1＜2#柜P2＜3#柜P3，回收時(shí)1#/2#柜上升快，易柜位高，需要操作人員頻繁的調(diào)整氣柜出入口調(diào)節(jié)閥做出調(diào)整。

對于煤氣柜而言，氣柜保持不動(dòng)或少動(dòng)狀態(tài)，對氣柜的安全運(yùn)行、皮膜、防回轉(zhuǎn)等設(shè)施也是最有利的；但是局限于轉(zhuǎn)爐的間接冶煉和用戶連續(xù)保供之間的矛盾，完全依賴于轉(zhuǎn)爐煤氣柜的緩存作用來解決，不可避免地造成氣柜的反復(fù)升降，對于皮膜氣柜而言一般皮膜使用壽命是按照屈撓性能來進(jìn)行評價(jià)的，規(guī)范要求一般屈撓性能次數(shù)大于120萬次，使用年限一般10～12年，因此如何解決氣柜緩存和皮膜屈撓性能之間的矛盾顯得日益突出。

3　解決思路

3座轉(zhuǎn)爐煤氣柜的同升同降，增加煤氣柜集群的緩存能力，最大限度地發(fā)揮煤氣柜集群的緩存能力，同時(shí)3座轉(zhuǎn)爐煤氣柜穩(wěn)定均勻輸出，降低氣柜集群中單座氣柜的大幅升降，減少皮膜的折皺頻次。

（1）控制模型

3座轉(zhuǎn)爐煤氣柜進(jìn)出口調(diào)節(jié)閥開度的極限位置進(jìn)行設(shè)定,在此極限范圍內(nèi),以設(shè)定的時(shí)間作為一個(gè)掃描周期，出口調(diào)節(jié)閥在此掃描周期內(nèi)，柜位差滿足閥位調(diào)節(jié)的要求，3座煤氣柜出口調(diào)節(jié)閥按照既定程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦柜位差發(fā)生變化，出口調(diào)節(jié)閥開度保持不變，且重新計(jì)算掃描周期，直至滿足條件時(shí)對閥位進(jìn)行調(diào)節(jié)。入口調(diào)節(jié)閥在此掃描周期內(nèi)，柜位差、同時(shí)回收爐數(shù)滿足閥位調(diào)節(jié)要求，3座煤氣柜入口調(diào)節(jié)閥按照既定程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦參數(shù)發(fā)生變化，入口調(diào)節(jié)閥開度保持不變，且重新計(jì)算掃描周期，直至滿足條件時(shí)對閥位進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）參數(shù)定義：

柜位 V，萬 m3；

柜位差 ΔV，萬 m3；

基準(zhǔn)壓力 P0，kPa；

柜內(nèi)壓力 P，kPa；

閥位開度D；

入口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)比例：ΔD；

出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)比例：ΔD′；

掃描周期 T，s；

加壓機(jī)出口總流量Q，萬m3/h；

1#轉(zhuǎn)爐煤氣柜入口調(diào)節(jié)閥：11（角標(biāo)）；

1#轉(zhuǎn)爐煤氣柜出口調(diào)節(jié)閥：12（角標(biāo)）；

2#轉(zhuǎn)爐煤氣柜入口調(diào)節(jié)閥：21（角標(biāo)）；

2#轉(zhuǎn)爐煤氣柜出口調(diào)節(jié)閥：22（角標(biāo)）；

3#轉(zhuǎn)爐煤氣柜入口調(diào)節(jié)閥：31（角標(biāo)）；

3#轉(zhuǎn)爐煤氣柜出口調(diào)節(jié)閥：32（角標(biāo)）。

柜位限定：

3座轉(zhuǎn)爐煤氣柜中的兩座煤氣柜的柜位差不大于1萬m3，即 ΔV=V1-V2=V1-V3=V2-V3≤1。

閥位限定：

3座氣柜入口調(diào)節(jié)閥：一爐回收時(shí)D11+D21+D31≥90%，兩爐同時(shí)回收時(shí)D11+D21+D31≥160%，三爐同時(shí)回收時(shí)D11+D21+D31≥260%。

3座氣柜出口調(diào)節(jié)閥：根據(jù)加壓機(jī)出口流量Q設(shè)定,Q≤4時(shí) D12+D22+D32=90%；4≤Q≤8時(shí)D12+D22+D32≥90%；8≤Q≤12時(shí) D12+D22+D32≥180%；Q≥12時(shí)D12+D22+D32≥260%。

調(diào)節(jié)比例：

其中一座轉(zhuǎn)爐煤氣柜進(jìn)出口調(diào)節(jié)閥單次調(diào)節(jié)時(shí)的調(diào)節(jié)量，其值暫定為ΔD=20%。

掃描周期：

煤氣柜進(jìn)出口閥門開度兩次調(diào)節(jié)之間的最短時(shí)間間隔，其值根據(jù)柜位差設(shè)定，具體如下：

若ΔV ≤1，T=60 s；

若1＜ ΔV ≤2，T=40 s；

若ΔV ＞2，T=20 s。

（3）調(diào)節(jié)方法

若ΔV ≤1，進(jìn)出口閥位開度保持不變；

若ΔV＞1，對應(yīng)柜位低的入口調(diào)節(jié)閥增加ΔD、出口調(diào)節(jié)閥減少ΔD′；對應(yīng)柜位高的入口調(diào)節(jié)閥減少ΔD、出口調(diào)節(jié)閥增加ΔD′。

上述相關(guān)數(shù)值均為暫定值，具體實(shí)施根據(jù)試驗(yàn)情況可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4　結(jié)論

目前關(guān)于轉(zhuǎn)爐煤氣柜集群的同升同降仍處于探討階段，但隨著鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)的精細(xì)化操作進(jìn)一步深化，轉(zhuǎn)氣回收的自動(dòng)化實(shí)施勢在必行，除了符合未來無人化、智能化站所的建設(shè)要求，還能夠降低轉(zhuǎn)爐煤氣柜皮膜、防回轉(zhuǎn)等設(shè)施運(yùn)行的頻次，延長其使用壽命，給企業(yè)帶來實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃衛(wèi)超，馬林.轉(zhuǎn)爐煤氣的回收和利用[J].寶鋼技術(shù)，2009（3）.