文旭林 彭瀾欣 梁超松 程連元 何 漢

(廣西柳州鋼鐵集團有限公司)

高爐煤氣、焦爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵生產(chǎn)過程中的主要副產(chǎn)品，也是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源。煤氣平衡不僅關(guān)系到鋼鐵企業(yè)的正常生產(chǎn)，而且直接影響企業(yè)的經(jīng)濟利益[1-5]。鋼鐵企業(yè)煤氣平衡分為靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡。靜態(tài)平衡是結(jié)合生產(chǎn)計劃、檢修計劃等影響因素，對一段時期內(nèi)的煤氣產(chǎn)出量、消耗量和需求量進行預(yù)測性的平衡。動態(tài)平衡則是指對生產(chǎn)過程煤氣壓力、流量等參數(shù)采取的即時平衡[6]。2022年，受鋼材市場需求疲軟、鋼材價格低位運行等影響，柳鋼積極應(yīng)對挑戰(zhàn)，下半年開始控產(chǎn)，延長焦爐結(jié)焦時間，陸續(xù)安排高爐檢修和轉(zhuǎn)爐節(jié)能封爐，控產(chǎn)期間煤氣發(fā)生量的減少導致煤氣平衡矛盾愈發(fā)凸顯。文章總結(jié)了控產(chǎn)期間煤氣平衡的應(yīng)對措施。

1 煤氣平衡的總體原則

1.1 工況分析

柳鋼現(xiàn)有5萬和1萬m3焦爐煤氣柜各1座、15萬m3高爐煤氣柜1座、8萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜3座，焦爐煤氣放散塔2座、高爐煤氣放散塔3座、轉(zhuǎn)爐煤氣放散塔8座。煤氣用戶主要有焦爐、高爐熱風爐及噴煤、燒結(jié)機及脫硫脫硝、球團回轉(zhuǎn)窯、鋼包及中間包烘烤、軋鋼加熱爐、冷軋退火爐、麥爾茲窯、鍋爐發(fā)電、新和剛?cè)細狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機組(以下簡稱新和剛CCPP)、高爐渣超細粉等。正常生產(chǎn)時高爐煤氣發(fā)生量波動不大，但在爐況不穩(wěn)時煤氣發(fā)生量會發(fā)生較大波動。焦爐煤氣產(chǎn)量相對穩(wěn)定，當延長或縮短結(jié)焦時間時焦爐煤氣發(fā)生量會相應(yīng)減少或增加。轉(zhuǎn)爐煤氣的回收操作僅在下氧槍吹煉過程中進行，具有周期性，柳鋼每35～40 min回收1爐轉(zhuǎn)爐煤氣，采用專用轉(zhuǎn)爐煤氣柜來保證轉(zhuǎn)爐煤氣均勻外供。柳鋼煤氣資源現(xiàn)狀見表1。

表1 柳鋼煤氣資源現(xiàn)狀

1.2 控產(chǎn)期間煤氣平衡情況

目前柳鋼煤氣平衡分為靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡。靜態(tài)平衡由能環(huán)部煤氣專業(yè)人員負責，為某一個時期的生產(chǎn)模式提供指導意見。動態(tài)平衡由動力調(diào)度完成，依據(jù)煤氣管網(wǎng)壓力狀況，及時調(diào)整煤氣緩沖用戶的用量，控制煤氣壓力在規(guī)程允許范圍內(nèi)。控產(chǎn)期間煤氣平衡情況見表2。

表2 控產(chǎn)期間煤氣平衡表 萬m3/h

1.3 用戶優(yōu)先等級及供應(yīng)順序

柳鋼煤氣平衡以滿足主體生產(chǎn)為根本，盡可能將自產(chǎn)煤氣充分回收利用，降低外購能源成本，減少能源消耗。對煤氣緩沖用戶進行分級排序，充分利用自產(chǎn)煤氣。

焦爐煤氣用戶按使用優(yōu)先級分為五級，煤氣供應(yīng)順序為：①焦爐(使用焦爐煤氣加熱)、化產(chǎn)回收；②柳州市居民生活用煤氣；③高爐熱風爐及噴煤、燒結(jié)機及脫硫脫硝、球團回轉(zhuǎn)窯、鋼包和中間包烘烤，根據(jù)公司生產(chǎn)實際情況決定；④各軋材廠的加熱爐、退火爐；⑤煤氣發(fā)電鍋爐、新和剛CCPP、麥爾茲窯和與公司生產(chǎn)無直接關(guān)聯(lián)的用氣單位。

高爐煤氣用戶按使用優(yōu)先級分為四級，煤氣供應(yīng)順序：①高爐熱風爐、噴煤加熱爐、煤氣鍋爐發(fā)電2號站鍋爐(保中溫中壓蒸汽供高爐汽輪機)、鍋爐發(fā)電保生產(chǎn)用蒸汽的供應(yīng)(若高爐煤氣不夠時，使用部分焦爐煤氣補充，保證必要的蒸汽供應(yīng))；②焦爐；③高爐渣超細粉；④除①外的其他煤氣發(fā)電鍋爐。

轉(zhuǎn)爐煤氣用戶按使用優(yōu)先級分為二級，煤氣供應(yīng)順序：①麥爾茲窯；②煤氣發(fā)電鍋爐。

2 存在的問題

控產(chǎn)期間煤氣發(fā)生量減少，加上焦爐煤氣柜和高爐煤氣柜離線運行無法發(fā)揮調(diào)節(jié)功能，煤氣平衡矛盾主要表現(xiàn)為：

(1)焦爐煤氣和高爐煤氣的壓力過低，存在煤氣管網(wǎng)失壓的安全風險，發(fā)生安全事故；

(2)無法滿足煤氣用戶的生產(chǎn)需求，對能耗指標及能源成本影響極大。如：焦爐煤氣壓力多次低于冷軋退火爐的警戒值(4 kPa)，造成多個退火爐的加熱罩熄火跳斷；高爐煤氣壓力低影響高爐熱風爐燒爐和鍋爐發(fā)電；

(3)設(shè)備出現(xiàn)故障、突然減產(chǎn)、停產(chǎn)(如：焦化煤氣風機跳機、高爐休風、大面積停電等)，會引起煤氣發(fā)生量或用量大幅度變化，導致煤氣管網(wǎng)失壓發(fā)生煤氣事故。

3 應(yīng)對措施

3.1 加強煤氣平衡管控

根據(jù)公司每周生產(chǎn)計劃和檢修計劃，由能環(huán)部編制煤氣平衡計劃，供總調(diào)和各生產(chǎn)單位參考。動力調(diào)度依據(jù)煤氣管網(wǎng)實時壓力狀況，及時調(diào)整緩沖煤氣用戶的用量。各焦爐煤氣用戶用量增加2 000 m3/h以上，必須提前5～10 min告知動力調(diào)度。為避免控產(chǎn)期間仍出現(xiàn)煤氣放散，修改下半年公司專業(yè)責任制和經(jīng)濟責任制，進一步收嚴煤氣放散率考核指標，保證控產(chǎn)期間煤氣近零放散。2022年7-10月，焦爐煤氣放散率由0.22%降低至0.13%；高爐煤氣放散率由0.05%上升至0.17%，具體見表3。為了確保高爐煤氣管網(wǎng)安全，高爐煤氣大放散調(diào)節(jié)閥保持最小限位開度2%，導致有少量煤氣放散。

表3 控產(chǎn)期間煤氣放散率 %

3.2 設(shè)置管網(wǎng)剩余煤氣自動放散

(1)對2座焦爐煤氣放散塔進行改造，其中A區(qū)實現(xiàn)了煤氣自動放散功能，異常情況下將煤氣管網(wǎng)壓力波動控制在正常范圍內(nèi)，老區(qū)還在改造中。2座焦爐煤氣放散塔均增加了煤氣流量計，實時監(jiān)控煤氣放散情況。

(2)當高爐煤氣總管壓力低于3 kPa時，關(guān)閉7號大放散煤氣水封，對煤氣管網(wǎng)進行保壓。當煤氣管網(wǎng)壓力低于3 kPa快速下降且不能保持1 kPa時，動力調(diào)度協(xié)調(diào)其他用戶停用高爐煤氣，煉鐵廠迅速對7號大放散打氮氣滅火并進行水封，直到管網(wǎng)壓力保持正壓，點燃長明火。

3.3 確保冷軋焦爐煤氣壓力

(1)焦爐煤氣實現(xiàn)全脫硫，緩解了冷軋廠和麥爾茲窯焦爐煤氣用氣緊張局面。焦化廠完成一化產(chǎn)和四化產(chǎn)煤氣風機擴容改造，更換了風機后堵塞嚴重的煤氣管道，減少了系統(tǒng)機后煤氣阻力，提升了焦爐煤氣輸送能力，保證了煤氣輸送順暢。

(2)嚴格執(zhí)行公司煤氣用戶優(yōu)先等級及供應(yīng)順序原則。根據(jù)煤氣壓力，嚴控煤氣發(fā)電鍋爐、麥爾茲窯和新和剛CCPP用氣。動力廠煤氣發(fā)電鍋爐1號站除開爐點火外，不得使用焦爐煤氣。焦爐煤氣總管壓力下降至5.0 kPa時，麥爾茲窯焦爐煤氣用量調(diào)整至2 000 m3/h以下。若焦爐煤氣總管壓力低于5.0 kPa，全停發(fā)電鍋爐和麥爾茲窯用焦爐煤氣。若發(fā)電鍋爐和麥爾茲窯已全停用焦爐煤氣，新和剛CCPP用氣流量已減至維持最低發(fā)電負荷，冷軋焦爐煤氣總管壓力仍無法保證在4.5 kPa以上時，減少其他軋材單位的用氣量。采取上述措施仍不能滿足冷軋焦爐煤氣總管壓力高于4.5 kPa，全停新和剛CCPP發(fā)電機組。

2022年，7-8月冷軋焦爐煤氣總管壓力低于4.5 kPa的時間較多，9-10月絕大部分時間冷軋廠焦爐煤氣總管壓力都高于4.5 kPa，焦爐煤氣總管壓力明顯改善。

3.4 嚴控高爐煤氣總管壓力

(1)為避免高爐休風造成高爐煤氣管網(wǎng)壓力出現(xiàn)大幅波動，煉鐵廠需至少提前10～20 min將高爐休風計劃報告總調(diào)及動力調(diào)度，動力調(diào)度及時調(diào)整用戶用量，確保管網(wǎng)安全運行。要避免2座及以上高爐同時休風，做好高爐煤氣大放散管理。

(2)當高爐煤氣總管壓力低于5.5 kPa時，減少發(fā)電鍋爐高爐煤氣用量，控制發(fā)電機負荷。 在確保煉鐵風機房蒸汽供應(yīng)及公司低壓蒸汽供應(yīng)情況下，將發(fā)電鍋爐高爐煤氣用量降到最低，仍無法維持高爐煤氣總管壓力高于4.5 kPa，則安排強實公司和臺泥公司停產(chǎn)。

(3)采取上述措施高爐煤氣總管壓力仍無法保證在4.5 kPa以上時，根據(jù)鍋爐發(fā)電機組能效安排汽輪機解列或停機。如高爐煤氣嚴重不足，必要時全停新和剛CCPP發(fā)電機組，焦爐置換使用焦爐煤氣，減少高爐煤氣用量，確保高爐煤氣管網(wǎng)安全運行。

動力廠煤氣發(fā)電鍋爐3號站位于高爐煤氣管網(wǎng)末端，煤氣壓力低。2022年7-8月，3號站1號鍋爐高爐煤氣總管壓力基本在4.5 kPa左右波動，平均壓力4.7 kPa，9-10月煤氣總管壓力大部分控制在5 kPa以上。

3.5 開展轉(zhuǎn)爐煤氣回收攻關(guān)

正常生產(chǎn)情況下，柳鋼極少出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣拒收情況，要進一步提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量，需放寬回收操作控制條件。回收操作控制條件主要是防止回收爆炸性混合氣體。放寬回收條件意味著將煤氣回收開始時刻提前、結(jié)束時刻延遲，從而增加煤氣回收量。通過開展轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用攻關(guān)，在確保煤氣回收安全條件的前提下，保持回收轉(zhuǎn)爐煤氣氧含量不變，對標同行先進水平，逐級下調(diào)一氧化碳含量，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝數(shù)值限值見表4。

表4 轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝參數(shù)限值優(yōu)化

2022年1-10月，噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收量121.5 m3/t，比2021年上升了5.6 m3/t，優(yōu)于2021 年全國重點鋼鐵企業(yè)噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收量118.48 m3/t的水平。其中，一區(qū)114 m3/t，二區(qū)111 m3/t，三區(qū)達到了138 m3/t。

4 結(jié)語

控產(chǎn)期間，柳鋼通過加強煤氣平衡管控、嚴格考核煤氣放散、制定合理的煤氣壓力調(diào)節(jié)措施、充分利用煤氣緩沖用戶等手段，合理調(diào)配、利用煤氣，減少了煤氣放散，使煤氣系統(tǒng)實現(xiàn)供、用平衡。改進建議：

(1)對15萬m3高爐煤氣柜進行改造，當新建的1×135 MW高爐煤氣回收利用發(fā)電機項目發(fā)生故障鍋爐減負荷時，可通過氣柜存貯煤氣，減少對管網(wǎng)壓力的沖擊。另外，在條件允許的情況下，對5萬和10萬m3焦爐煤氣柜進行改造，早日實現(xiàn)煤氣柜在線運行。

(2)充分結(jié)合柳鋼能源管控中心升級改造項目，根據(jù)不同生產(chǎn)狀態(tài)條件下煤氣產(chǎn)、耗的特點，建立各工序煤氣產(chǎn)耗預(yù)測模型，為煤氣靜態(tài)和動態(tài)平衡管控提供有效依據(jù)。

(3)加強對煤氣用戶的管理，完善各單位煤氣計量，動態(tài)調(diào)整煤氣價格，提高各單位的節(jié)能意識，引導公司向有利于煤氣平衡方向發(fā)展。