賈連雙，李自云（山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南　250101）

系統(tǒng)調(diào)控優(yōu)化平衡降低煤氣放散率

賈連雙，李自云
（山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250101）

【摘要】濟(jì)鋼副產(chǎn)高、焦、轉(zhuǎn)爐三種煤氣，在保障熱風(fēng)爐、軋鋼等用戶的前提下，富裕的高、焦?fàn)t煤氣通過燃電CCPP機(jī)組、采暖鍋爐等用戶吸納，系統(tǒng)通過放散調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力。由于生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)整，煤氣供求關(guān)系發(fā)生較大變化情況下，系統(tǒng)調(diào)控的及時性、系統(tǒng)預(yù)測的精準(zhǔn)性就顯得尤為重要?；谖锪掀胶獾幕A(chǔ)，結(jié)合濟(jì)鋼煤氣系統(tǒng)的生產(chǎn)特性，對煤氣系統(tǒng)靜態(tài)平衡預(yù)測及動態(tài)平衡的調(diào)控摸索出了較獨(dú)特的管理手段，最大程度降低了高、焦?fàn)t煤氣放散率。

【關(guān)鍵詞】煤氣平衡；系統(tǒng)調(diào)控；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；降低；放散率

Systematic Regulationand Controland Optimal Balanceto Reduce Gas Discharge

JIA Lianshuang，LI Ziyun
(Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Jinan, Shandong 25010, China)

【Abstract】Jinan Steel produces large volumes of blast furnace gas, coking gas and converter gas as byproducts. After ensuring supply to hot stove and rolling mill users, surplus blast furnace and coking gas is absorbed by electricity CCPP unit and heating boilers and the system discharges gas to regulate the pressure in pipe network. Due to adjustment of production system, the relationship of gas supply and demand had greatly changed, so the timeliness of system regulation control and accuracy of system prediction are particularly important. Based on material balance and the production characteristics of the gas system in Jian Steel, a unique management mode for prediction of gas system static equilibrium and adjustment of dynamic equilibrium has been worked out to minimize blast furnace and coking gas discharge rate.

【Key words】gas equilibrium; system regulation; structural optimization; reduce; gas discharge

1　濟(jì)鋼生產(chǎn)結(jié)構(gòu)配置

濟(jì)鋼煤氣資源分為高、焦、轉(zhuǎn)爐煤氣三種，副產(chǎn)煤氣首要保障高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t等一線用戶，其次為軋鋼用戶，在保障上述用戶的前提下，富裕的高、焦?fàn)t煤氣供應(yīng)燃電CCPP機(jī)組、110 t補(bǔ)燃鍋爐等用戶，在剛性用戶、緩沖用戶均無法吸納的情況下，系統(tǒng)通過放散調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力?；诋?dāng)前濟(jì)鋼煤氣系統(tǒng)配套設(shè)施的現(xiàn)狀，受季節(jié)變化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、集中檢修等因素影響，高、焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)整體供大于求，階段性不平衡、緩沖能力不足、可控調(diào)節(jié)手段少的矛盾非常突出。而煤氣對空放散即意味著能源浪費(fèi)與環(huán)境污染，為此在系統(tǒng)緩沖能力不足的情況下，系統(tǒng)調(diào)控的及時性、系統(tǒng)預(yù)測的精準(zhǔn)性就顯得尤為重要，我廠煤氣專業(yè)人員基于物料平衡的基礎(chǔ)，對煤氣系統(tǒng)靜態(tài)平衡預(yù)測及動態(tài)平衡的調(diào)控已形成較為成熟的調(diào)控方法，本文將對煤氣平衡調(diào)控手段進(jìn)行具體闡述。

2　動、靜態(tài)煤氣平衡結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1概念闡述

靜態(tài)煤氣平衡為建立在物料平衡基數(shù)上的供求關(guān)系，緩沖能力有限的情況下，緩沖用戶無法消化由于用戶集中檢修等異常狀況導(dǎo)致的富裕煤氣，供求平衡僅限于理想狀態(tài)，煤氣的靜態(tài)平衡僅限于階段性預(yù)測分析，用于生產(chǎn)管理人員掌握階段性的煤氣資源匹配情況；動態(tài)平衡指生產(chǎn)調(diào)控過程中，針對即時現(xiàn)狀或信息對生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施調(diào)控的一種臨時手段。只有將兩者相結(jié)合，在把握方向的同時，即時應(yīng)對系統(tǒng)變化，合理調(diào)整煤氣資源配置，方可通過人為調(diào)控的方式，達(dá)到煤氣資源的合理利用。

2.2煤氣平衡必要性闡述

在鋼鐵企業(yè)中，由于煤氣的氣源、用戶的產(chǎn)供關(guān)系不斷發(fā)生動態(tài)變化，迫切需要我們做出科學(xué)合理的煤氣平衡，拿出切實(shí)可行的方案和措施。對于煤氣的生產(chǎn)組織來講，做好煤氣平衡工作顯得尤為重要，我們通過對煤氣氣源產(chǎn)出情況、煤氣用戶的消耗情況進(jìn)行預(yù)測和分析，以靜態(tài)手段來判斷動態(tài)發(fā)展變化的趨勢，得出煤氣平衡盈虧結(jié)果，以此做出正確的生產(chǎn)組織決策。在這里需要指出的是，我們在進(jìn)行煤氣平衡測算的過程中，得出的煤氣富裕過剩還是煤氣虧缺不足的結(jié)論，在定義上其量化概念是比較模糊的，嚴(yán)格地講，不能用精確的數(shù)據(jù)來限定煤氣富裕或不足的外延，其外延并不清晰，有其不確定性，雖然煤氣富?；虿蛔愕膬?nèi)涵我們都清楚，但煤氣富?；虿蛔阒g并沒有非常確定的邊界劃分，即其外延是模糊的，因此，針對煤氣平衡這一課題來講，動態(tài)調(diào)控的及時性顯得尤為重要。

對于煤氣平衡來講，我們所需要的是對未來煤氣產(chǎn)供變化趨勢發(fā)展的預(yù)測結(jié)果，要用當(dāng)前的常態(tài)性、中間相位、平均值的分析，可以運(yùn)用精準(zhǔn)計(jì)算模型，通過研究得出未來生產(chǎn)發(fā)展的趨勢，即：用“現(xiàn)在式”預(yù)測“將來時”，處理當(dāng)前的疑難問題，安排將來的工作計(jì)劃，糾正煤氣平衡偏離正常軌跡，而保持良好的趨勢發(fā)展。

2.3動、靜態(tài)煤氣平衡的建立

2.3.1以物料平衡為基礎(chǔ)，氣源單位產(chǎn)氣率及用戶單耗為支撐，分階段模擬不同生產(chǎn)狀態(tài)下的供求變化，制定靜態(tài)煤氣平衡

煤氣系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)控及時與否，首先要做到對各生產(chǎn)用戶產(chǎn)量/消耗量準(zhǔn)確預(yù)測，驗(yàn)證產(chǎn)供關(guān)系，制定階段性煤氣平衡計(jì)劃。在準(zhǔn)確預(yù)測的前提下，以煤氣平衡為基礎(chǔ)，制定階段性降低煤氣放散率措施。首先針對高、焦?fàn)t煤氣發(fā)生量及各軋鋼用戶用量及緩沖用戶的緩沖能力進(jìn)行摸索，與計(jì)量人員摸索不同階段下的用戶單耗，如夏季/冬季軋鋼用戶的單耗不同，冬季/夏季燃電機(jī)組CCPP發(fā)電能力也有所不同。綜合考慮后，得出靜態(tài)煤氣平衡的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

每個月軋鋼/緩沖用戶將階段性檢修，雖然物料基本平衡，但用戶單耗有所不同。如1700熱軋產(chǎn)線混合煤氣單耗110 m3/t，而4300厚板產(chǎn)線混合煤氣單耗210 m3/t，各軋鋼用戶產(chǎn)量變化將直接導(dǎo)致高、焦?fàn)t煤氣供應(yīng)平衡變化。目前總公司生產(chǎn)部在制定生產(chǎn)計(jì)劃的同時，將兼顧考慮煤氣平衡的影響，煤氣平衡模型的建立可以作為指導(dǎo)生產(chǎn)經(jīng)營計(jì)劃的工具?，F(xiàn)以2011年8月份煤氣平衡建立為案例予以說明：

提前對煤氣資源情況預(yù)測分析，生產(chǎn)部綜合考慮，下達(dá)總公司各生產(chǎn)單位檢修計(jì)劃，我們再根據(jù)公司計(jì)劃對煤氣平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

根據(jù)總公司檢修計(jì)劃，將8月份煤氣系統(tǒng)生產(chǎn)組織大體分成三個階段：8月1~5日，僅2500產(chǎn)線3#加熱爐檢修，對系統(tǒng)影響較??；8月6~20日，4300產(chǎn)線2#加熱爐、球團(tuán)廠3#豎爐等用戶相繼長時間檢修；8月21~31日，燃電系統(tǒng)6#機(jī)組檢修，高、焦?fàn)t煤氣將出現(xiàn)階段性供大于求的情況。

針對每一階段不同的生產(chǎn)狀況，制定每一階段的煤氣平衡趨勢預(yù)測，煤氣平衡預(yù)測整體分為四部分：（1）收入，指高、焦、轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)出量；（2）剛性用戶，指高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t、球團(tuán)、燒結(jié)、軋鋼等公司的一線用戶；（3）變量支出，指CCPP燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)、110 t補(bǔ)燃鍋爐等緩沖用戶，即可以調(diào)節(jié)的用戶；（4）煤氣剩余量，指系統(tǒng)富余量，即放散量。該模型以各用戶在該季節(jié)的單耗、各軋鋼用戶產(chǎn)量、CCPP機(jī)組發(fā)電量為基礎(chǔ)，整體按照混合煤氣熱值公式（Q高×J高+Q焦×J焦+Q轉(zhuǎn)×J轉(zhuǎn)=Q混×J混）測算。

經(jīng)過整體平衡后，可知8月1~5日煤氣系統(tǒng)平衡情況如表1所示。

日產(chǎn)量：鐵2.36萬t；鋼2.43萬t；材2.28萬t；焦炭0.97萬t；燒結(jié)3.64萬t；球團(tuán)0.65萬t。

表1　煤氣平衡表（8月1~5日）　萬m3/h

通過該驗(yàn)算可知，調(diào)整后，高爐煤氣放散量=1.4+0.34×5=3.1萬m3/h，放散率1.81%，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過調(diào)整混合煤氣用戶熱值等手段調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)零放散。

上述為一個階段的煤氣平衡情況，按照每一階段的煤氣平衡情況，分別制定相應(yīng)的措施，每一階段預(yù)測后，再進(jìn)行當(dāng)月煤氣平衡情況的匯總，可知當(dāng)月高、焦?fàn)t煤氣放散率：高爐4.75%，焦?fàn)t0，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2　8月份高、焦?fàn)t煤氣放散預(yù)測表

2.3.2以靜態(tài)平衡為基礎(chǔ)，做好動態(tài)的調(diào)整，達(dá)到煤氣資源效益最大化。

2.3.2.1以混合煤氣熱值換算為基礎(chǔ)，作為動態(tài)調(diào)整的依據(jù)（見表3截圖）。

2.3.2.2以靜態(tài)平衡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，即以目前系統(tǒng)的富裕/缺口為定量，進(jìn)行預(yù)測核算，作為動態(tài)調(diào)整的依據(jù)。

表3　煤氣熱值計(jì)算模型

如在每月進(jìn)行階段性靜態(tài)平衡后，用戶集中檢修，生產(chǎn)系統(tǒng)供求關(guān)系發(fā)生較大變化，為此在靜態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，對某天的煤氣生產(chǎn)變化趨勢進(jìn)行分析，并得出結(jié)論作為生產(chǎn)組織調(diào)控的依據(jù)，見表4。

表4　煤氣平衡核算表　萬m3/h

2.3.2.3利用動態(tài)預(yù)測模型，預(yù)測較短時間內(nèi)煤氣平衡情況。

以能源管控中心為技術(shù)平臺，通過優(yōu)化煤氣平衡措施，改進(jìn)能源平衡技術(shù)手段等生產(chǎn)因素，使煤氣資源的綜合利用提高到一個新的水平；精心做好生產(chǎn)數(shù)據(jù)與信息的收集、整理、統(tǒng)計(jì)和原因分析，并及時和相關(guān)煤氣用戶溝通，掌握其計(jì)劃檢修、生產(chǎn)節(jié)奏、生產(chǎn)趨勢及相應(yīng)的動態(tài)分析，做到系統(tǒng)思考、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)平衡，做好煤氣供求量能的動態(tài)調(diào)整。

利用好仿真系統(tǒng)動態(tài)預(yù)測模型，對系統(tǒng)平衡走向進(jìn)行預(yù)測（圖1為焦?fàn)t煤氣柜柜位預(yù)測模型截圖）。

圖1　焦?fàn)t煤氣柜柜位預(yù)測模型截圖

3　效果分析

隨著濟(jì)鋼煤氣平衡調(diào)控管理手段的逐步完善，平衡預(yù)測的準(zhǔn)確性、動態(tài)調(diào)控的及時性相應(yīng)提高。2011年8月份較1月份高爐煤氣放散率降低1.7%，焦?fàn)t煤氣放散降低0.69%，提高了能源利用效率，并且發(fā)電量也有所提高。2011年，針對濟(jì)鋼副產(chǎn)煤氣相對富裕的局面，我廠首次投運(yùn)8套燃機(jī)，按“8套燃機(jī)+5套汽機(jī)”組織生產(chǎn)，及時針對煤氣的供求變化，通過調(diào)整混合煤氣配比、燃電機(jī)組負(fù)荷等動態(tài)調(diào)整手段，最大程度降低煤氣放散率，創(chuàng)造價值，避免能源浪費(fèi)。其中2011年8月份燃電系統(tǒng)發(fā)電量24800萬kW·h，2011年1月份燃電系統(tǒng)發(fā)電量22940萬kW·h，8月份較1月份提高發(fā)電量1860 萬kW·h，按電費(fèi)0.46元/kW·h計(jì)算，8月份較1月份燃電系統(tǒng)多創(chuàng)造價值〔1860-（24800/31）〕×0.46×60%=292.56萬元（扣除自耗電及其他成本，其中不包含煤氣成本，按照利潤比例60%計(jì)算）。

4　煤氣平衡系統(tǒng)優(yōu)化管理的展望

上述對靜/動態(tài)煤氣平衡進(jìn)行了具體闡述，經(jīng)過較為細(xì)致的分析，做好動/靜態(tài)調(diào)整，達(dá)到煤氣的合理利用。在緩沖用戶最大發(fā)揮緩沖作用的前提下，最大限度降低高、焦?fàn)t煤氣放散率，使系統(tǒng)長期處于合理的煤氣平衡狀態(tài)。為進(jìn)一步達(dá)到煤氣資源合理利用，真正意義上實(shí)現(xiàn)高、焦?fàn)t煤氣零放散，需要做好以下幾方面工作：

（1）從硬件上解決系統(tǒng)緩沖能力受限的根本條件，增加緩沖用戶（目前濟(jì)鋼新增汽鼓風(fēng)、220 t鍋爐等項(xiàng)目），開發(fā)焦?fàn)t煤氣非燃化用戶。

（2）通過完善熱值儀等監(jiān)測、控制系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)混合煤氣熱值指數(shù)調(diào)節(jié)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。

（3）通過對軋鋼等用戶對應(yīng)鋼種、產(chǎn)品規(guī)格的熱量平衡測試，收集并建立完整的熱量平衡測算數(shù)據(jù)庫，可以促進(jìn)煤氣資源梯級利用，更加有利于實(shí)現(xiàn)煤氣資源能源實(shí)時合理配置。

（4）以仿真系統(tǒng)為平臺，實(shí)現(xiàn)在線即時性的分析與控制、仿真模擬、預(yù)測性、預(yù)警性的趨勢分析與控制，建立煤氣平衡控制專家系統(tǒng)。

作者簡介：賈連雙（1987－），男，2010年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)，2011年進(jìn)修機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)，雙學(xué)士學(xué)位，助理工程師，現(xiàn)從事能源動力系統(tǒng)技術(shù)管理工作。

收稿日期：2014－12－11

【中圖分類號】X757

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)04-0001-03