梅钢煤气平衡及对策初探_黄乐天.pdf

问题讨论 梅钢煤气平衡及对策初探 黄乐天 上海梅山钢铁公司 动能部 江苏 南京 210039 摘要 介绍了煤气平衡原则 措施和稳定性判别 通过分析煤气系统及平衡现状 指出了煤 气系统存在的问题及采取的对策 以提高煤气系统的稳定性 充分合理地利用煤气资源 关键词 煤气 平衡 对策 中图分类号 TF055 文献标识码 B 文章编号 1008 0716 2002 05 0055 05 Preliminary Research on Gas Balance and Its Countermeasures In Meishan Company HU ANG Le tian Shanghai Meishan Co Dynamic Energy Department Nanjing China 210039 Abstract The principles measures and stability judgment of gas balance are introduced in this pa per Through the analysisof the gas system and present balance situation the existing problems of gas sys tem and adoptable countermeasures are given out so that the improvement of stability of gas system and full and reasonable utiligation of gas resource can be achieved Key Words Gas Balance Countermeasure 1 前言 近年来 梅钢由原单一的炼铁企业迅速发展 为现在的具有年产铁 185 万 t 钢 125 万 t 板材 115 万 t 能力的大型钢铁联合企业 成为我国钢铁 支柱企业之一 在钢铁企业中 高炉煤气 焦炉煤气 转炉煤 气是生产过程副产的优质气体燃料 占企业总能 耗的比例大 是宝贵的能源资源 梅钢 2000 年上 半年 煤气占总能耗的比例为 41 1 因此 充 分回收和利用副产煤气 在钢铁企业能源平衡中 占有十分重要的地位 煤气的供应从气源 储配 输送到用户是一项 较为复杂的系统过程 是大生产一个不可缺少的 子系统 煤气平衡是煤气供应系统工程的导向和 总体设计 其特性主要表现在以下几个方面 1 煤气平衡不仅在可行性研究 规划和设计 各阶段需要编制 而且企业的建设进度和生产组 黄乐天 工程师 1965年生 1986 年毕业于南京能源工程学院 现从事冶金燃气专业 电话 025 6701886 4096 织计划也需要编制 以规划和指导建设和生产 2 煤气平衡不是单纯的数理统计 而是根据 企业的产品结构 生产组织 生产制度 外协关系 企业所处发展阶段和建设步骤等因素作综合评 估 以达到煤气的最佳使用 3 煤气平衡是企业总体能源平衡组成部分 也是一个动态平衡 因此 充分合理利用副产煤气 以达到稳定生 产 安全运行 减少或不放散煤气 减少环境污染 和节约能源是煤气平衡的目标 2 煤气平衡的基本原则 2 1 合理分配煤气 合理不仅是指满足主要生产用户的需要 而 且包含科学 经济 节约地使用煤气资源 1 应优先把煤气供应给对钢铁产量质量有 重要影响的用户 如 焦炉 热风炉 加热炉 烧结 机 石灰窑 机修和锅炉等 2 在满足生产的同时 对职工生活用气也要 满足 梅钢除需满足本公司职工生活用外 还需 552002 年第 5 期 宝 钢 技 术 向南京市供应城市煤气 1999 年 梅钢供应南京 市城市煤气总量约9298 18 万m3 为焦炉煤气总 发生量的 16 8 煤气平衡中占有较大比例 3 根据工艺要求 煤气供应系统的合理性及 企业煤气平衡的状况等因素来确定各用户使用煤 气的热值 是合理使用煤气的一个重要途径 若 优质煤气 如焦炉煤气 用于烘烤 如钢包烘烤 等 低效率的简单用途 无疑是一种浪费 在满足工艺 和产品质量的前提下 高热值煤气掺入部分低热 值煤气供用户使用 是一种科学 节约方法 2 2 充分利用煤气 充分利用煤气 一是设置有效的煤气缓冲用 户 二是建立煤气储气柜 1 煤气系统缓冲量的确定通常根据煤气的 产量和储气柜容量大小而定 一般不应低于总产 量的 5 10 能够同时燃烧不同燃料 如高 炉煤气 焦炉煤气 转炉煤气或重油等 的锅炉 如 自备电厂锅炉 是煤气系统缓冲用户的首选 因 为 电厂锅炉具有较宽的煤气混烧范围 一般为 15 65 平均为 30 因而对煤气系统供应 的不足或富余有较强的吐纳能力 充分有效地利 用了煤气 此外 能够用替代燃料置换煤气的用户也可 作为煤气缓冲用户 2 建立煤气储气柜 特别是干式煤气储气 柜 在近 20 年 国内钢铁企业已普遍推广 它是 充分利用煤气的另一种有效方法 钢铁企业在正常生产过程中 煤气供需因气 源增减或用户用气量的变化 如 热风炉换炉 焦 炉换向 锅炉置换燃料 用户生产检修班制等变 化 而产生波动 据生产统计资料显示 波动一般 为5 10 由于干式煤气储气柜储气压力与 总管网压力相等 因而能自动 有效地吞盈补亏 削峰填谷 减少因此而产生的放散 并可稳定管网 压力 梅钢现有三座干式煤气柜 15 万 m3高炉煤 气柜 5万 m3焦炉煤气柜和 8 万 m3转炉煤气柜 和一座5 万 m3焦炉湿式煤气柜 3 煤气平衡的基本措施 充分利用煤气就是煤气平衡的措施 设置自 动煤气放散装置也是保证煤气平衡的一项措施 但既浪费能源又污染环境 因此 自动煤气放散装 置一般在煤气过剩及特殊情况下使用 以稳定管 网压力 保证系统安全 及时 准确掌握各用户有关信息和有效调度 是保证在生产过程中充分利用煤气的重要前提 4 煤气平衡的方法 我国的煤气平衡方法主要是从前苏联学习而 来 其特点如下 1 根据企业组成和产品生产计划编制年煤 气平衡 各生产单位的年产量和耗能定额是编制 年煤气平衡的基础 2 确定工作班制和年工作小时 根据年平 衡计算小时平衡 3 煤气分配首先供应冶炼 轧钢和必须用 煤气的用户 焦炉煤气尽量先用 4 平衡中 为稳定系统 规定煤气须有一定 的放散率 因无缓冲用户 一般为 5 8 但 是 由于系统缓冲能力小 实际生产中的放散率一 般都高于此值 5 煤气管网中 设置自动煤气放散装置作 为缓冲手段 以稳定总管压力 6 有些企业采用发生炉煤气补充副产煤气 的不足 近二十年 各钢铁企业相继建设煤气储气柜 主要是干式煤气储气柜 有的企业还建设自备 电厂等 逐步取代上述 4 5 在煤气平衡中的作 用 有的钢铁企业因有足够的缓冲能力 已做到 在生产中无放散 宝钢在煤气平衡的方法方面代 表了国内的先进水平和发展方向 从表 1 所示的 宝钢 2000年上半年主要缓冲户的缓冲能力可以 看出 宝钢做到了煤气基本没有放散 表 1 宝钢2000 年上半年 主要缓冲户的缓冲能力 Table 1 Buffer capacity of major consumers at Baosteel in the first half of 2000万 m3 高炉煤气焦炉煤气转炉煤气 电厂23 9011 3022 40 燃气轮机10 10 5 煤气平衡稳定性的判别 衡量煤气平衡的稳定性一般采用以下指标 56 宝 钢 技 术 2002 年第 5 期 1 缓冲能力 即年缓冲量与总发生量之比 8 2 A 作业平均高炉煤气消耗量 日历平均 高炉煤气消耗量 B 作业平均焦炉煤气消耗量 日历平均焦 炉煤气消耗量 当 A 1 1 B 1 15 时 煤气供应稳定 又有 调节的余地 当 A 和 B 均接近 1 0 时 煤气供应 处于紧张局面 调节的余地很小 而当 A 1 1 B 1 15 时 煤气供应虽能稳定 但无充分的缓冲 能力 将会出现一定程度的煤气放散 6 梅钢煤气平衡的现状及分析 表2 为梅钢 2000 年 1 6 月份平均煤气产出 平衡情况表 作业小时平衡中 焦炉煤气平衡结 果出现负数 原因为 1 作业小时负荷为日历小时用户与用户作 业率相乘而得 因此 作业小时负荷大于或等于日 历小时负荷 2 平衡表中各用户是同时叠加 没有反映各 用户的停役 检修等的波动及日常调度的动态情 况 因此 作业小时负荷叠加往往要大于实际生 产负荷 表 2 梅钢 2000年上半年煤气产出平衡情况 Table 2 Gas balance of Meishan Co in the first half of 2000 作业小时 h 日历小时平衡 m3 h作业小时平衡 m3 h BFGCOGLDGBFGCOGLDG 高炉4 317 80391 734 40396 291 70 焦炉4 368 0059 325 2059 325 20 转炉3 166 803 851 405 312 30 热轧加热炉3 500 0018 555 408 910 0023 157 1411 119 68 炼钢连铸130 30179 70 炼钢烘烤4 368 003 552 703 553 00 石灰窑4 000 002 238 001 049 703 851 402 443 901 146 275 312 30 炼铁热风炉4 317 80169 847 70171 823 70 炼铁喷煤4 317 801 918 40229 401 940 70232 10 炼铁炉前458 30458 30 焦炉4 368 0044 795 7022 747 5044 795 7022 747 50 化产609 40609 40 烧结3 807 401 647 601 890 20 机修及其它300 10300 10 放散焙烧288 50288 50 城市煤气4 368 001 385 109 555 501 385 109 555 50 损失9 792 20206 909 792 20206 90 热力锅炉97 061 607 771 8097 061 607 771 80 焦化锅炉32 174 801 867 4032 174 801 867 40 放散量13 965 500 0011 073 900 00 平衡结果0 000 000 000 00 2 394 25 注 1 该表略产量 单耗和热值等项 2 表中锅炉燃用重油 10 654 t 筑路油 1 523 t 6 1 梅钢煤气平衡稳定性的分析 梅钢煤气平衡中的缓冲用户主要指热力 焦 化锅炉 为准确判定梅钢煤气平衡的稳定性 有 必要首先分析梅钢煤气平衡中的缓冲能力 1 热力锅炉指三座 75 t h 和一座 20 t h 锅 炉 所产蒸气主要供高炉汽轮鼓风机组二台 向 外供汽及发电 今年上半年 热力锅炉平均消耗高炉煤气 97 061 6 m3 h 焦 炉煤 气 7 771 8 m3 h 重 油 1 0654万 t 平均 2 44 t h 不足供油能力的一 半 根据生产经验 为保证锅炉燃烧稳定 必须 燃烧一定焦炉煤气 而焦炉煤气 7 771 8 m3 h 已 近底线 所以 焦炉已无余量吐出 高炉存在放 散 相对有余 因此 置换出高炉煤气已无意义 可见 热力锅炉作为缓冲用户已无多大作用 2 三座 20 t h 焦炉锅炉所产蒸气主要供内 部使 用 今 年 上 半 年 平 均 消 耗 高 炉 煤 气 32 174 8 m3 h 焦炉煤气 1 867 4 m3 h 筑路油 0 1523万 t 由于筑路油是劣质燃料 其持续燃烧 对锅炉稳定 安全运行十分不利 易结灰 结焦 因此 其置换出煤气的能力也很有限 由此可见 热力 焦化锅炉已无置换出煤气的 57黄乐天 梅钢煤气平衡及对策初探 缓冲能力 成为消耗煤气的用户 由此计算衡量 煤气平衡的稳定性指标 缓冲能力 高炉煤气约为 3 56 焦炉煤气 约为 0 A 1 04 B 1 6 2 梅钢煤气平衡现状 1 梅钢煤气平衡 高炉煤气平衡有余 存放 放散 焦炉煤气基本平衡 主要采用焦炉增产 减 少送宁煤气等办法 调节余地很小 2 煤气系统缓冲能力小 供需紧张 任一较 大用户发生波动 都会造成煤气供应或不足或放 散 出现既紧缺 又浪费的现象 3 煤气使用存在不合理现象 如 炼钢厂用 优质焦炉煤气于烘烤 4 用户用气结构单一 煤气系统运行波动 大 稳定性差 缺少调节手段 5 增加焦炭产量 减少送宁城市煤气为煤 气平衡的主要措施 因而受到外销焦炭量 送宁城 市煤气量的制约 1999年 送宁煤气占焦炉煤气总量的16 8 2000年上半年为 15 9 外销焦炭占焦炭总量的 20 3 7 梅钢煤气平衡对策 现有的煤气平衡难以满足生产的需要 要寻 求对策 改善煤气系统及平衡 以满足生产需要 1 积极组织生产 提高操作技术水平 增加 产气量 a 高炉煤气 焦炉煤气 提高生铁 焦炭产 量 可增加产气量 梅钢有两座 1 250 m3高炉 三座 65孔焦炉 1999 年产生铁185 1 万 t 高炉利 用系数 2 029 t m3 d 焦炭 118 79 万 t 其中外 销焦炭 24 1 万 t 占焦炭总量的 20 3 焦炭增 产多产气 为缓和梅钢煤气平衡作出了贡献 但 外销焦炭受到市场变化的制约 b 转炉煤气 目前 回收转炉煤气平均为 50 m3 t 与 设 计 水 平 70 m3 t 及 宝 钢 水 平 102 5 m3 t有较大差距 因此 控制好转炉煤气的 回收点 延长转炉煤气的回收时间等 提高转炉煤 气回收操作技术水平 可增加转炉煤气回收量 2 进行技术改造 a 改造热电厂 220 t h 锅炉燃烧系统 使锅炉 除燃煤粉外还能同时燃烧高炉煤气 焦炉煤气 转 炉煤气和供热轧的混合煤气 热电厂已建成一机一炉 按规划将建成二机 二炉 220 t h 锅炉原设计为燃煤粉为主 同时燃 烧高炉煤气 掺烧 30 和焦炉煤气 220 t h 锅 炉燃烧系统改造后 将完全取代热力和焦化锅炉 成为梅钢煤气系统最大的 最主要的缓冲用户 为 充分利用煤气创造条件 b 改造炼钢厂煤气烘烤系统 使之能燃烧高 炉煤气 转炉煤气 混合煤气 置换出焦炉煤气 炼钢厂用于混铁炉 铁水包 钢包等烘烤的焦 炉煤气为其总用量的 96 2000 年上半年平均 负荷达3 552 7 m3 h 用量可观 c 改造 3 号焦炉燃烧系统 以燃烧高炉煤气 为主 并掺烧部分焦炉煤气 2000年上半年 3 号焦炉平均燃烧焦炉煤气 10 087 5 m3 h 改烧高炉煤气后 为稳定焦炉燃 烧 须掺烧焦炉煤气 按 3 000 m3 h 计 则可置换 出 7 087 5 m3 h 相 当 于 燃 烧 高 炉 煤 气 36 734 0 m3 h 热值 高炉煤气 3 433 kJ m3 焦炉 煤气 17 794 kJ m3 改造完成后 置换出的焦炉煤气将改善焦炉 煤气的供应紧张状态 通过上述煤气用户的用气结构调整和随之进 行的煤气输配管网的改造 加上热电厂 220 t h 锅 炉缓冲用户作用的发挥 将根本改善梅钢煤气系 统运行 平衡条件 不仅提高了热轧储配站 二加 压 转炉煤气储配站 三加压 系统运行的稳定 性 经济性 而且充分 合理利用各种煤气资源 可 做到基本不放散 3 热电厂建成投产 为公司集中供热创造了 条件 用管网蒸气取代上怡新村 上怡二村共二 台 1 t h 燃气锅炉 利于生产 也利于生活和环境 的改善 4 发挥干式煤气储气柜的作用 5 万m3的焦炉煤气干式储气柜 原设计是作 为热轧加热炉配套设备 因而至今没能发挥总管 网柜的作用 通过相关改造 将工业煤气全部进 行脱硫后送入总管网 发挥干式煤气柜的作用 应 是一个可行的思路 热电厂锅炉缓冲作用的发挥 为有效地发挥 干式煤气柜的作用创造了条件 在煤气供需基本 平衡 无放散的条件下 干式煤气柜自动削峰填谷 58 宝 钢 技 术 2002 年第 5 期 的作用才能发挥 并与之一道充分利用梅钢的煤 气资源 5 建立能源调度中心 能源调度中心 或中心调度室 已在各钢铁企 业普遍推行 钢铁企业煤气输配系统中 各站点 各用户大多分布广 数量多且复杂多变 为了能进 行及时 准确调度 充分 合理使用煤气 保证生产 稳定运行 采用传统的机械指示仪表和电话传达 是难以做到的 因此 建立以计算机为中心的遥 测 遥讯及遥控技术为主的能源调度中心是必然 的选择 如 宝钢能源管理系统 EMS 是利用现 代计算机技术 网络通讯技术和分布控制技术 实 现能源系统 包括变电所设备 给排水设备 煤气 加压 混合 放散设备和重油输送设备 的实时监 视 控制 调整 故障分析诊断 能源平衡预测 系 统运行优化 专家系统以及高速数据采集处理和 归档 它代表了未来的发展方向 8 结论 采取上述措施后 按下列平衡条件作煤气平 衡 以评估年产 200 万 t 板材规模时煤气平衡状 况 如表 3所示 平衡条件为 表 3 措施实施后梅钢 200万 t 板材煤气平衡情况 Table 3 Gas balance under production capacity of 2Mt strips per year after taking the measures 单位 作业小时 h 日历小时平衡 m3 h BFGCOGLDG 作业小时平衡 m3 h BFGCOGLDG 一座高炉休风时作业小时平衡 m3 h BFGCOGLDG 高炉8 400406 393423 810211 905 焦炉8 76058 90458 90458 904 转炉8 40016 78117 5008 750 加热炉6 50044 89218 59560 50025 06053 26021 860 炼钢连铸8 400345360250 炼钢烘烤8 40017 65810018 41510013 7122 148 石灰窑8 1609 40210 0942 5061 0386 514 热风炉8 400175 799183 33391 667 炼铁喷煤8 4002 0052322 0902321 400232 炼铁炉前8 400458458250 焦炉8 76076 81814 52976 81814 52942 18521 018 化产8 760800800800 烧结7 65001 7692 0262 026 机修等450450300 炭黑厂8 760929309293092930 放散焙烧289289289 城市煤气8 7601 50011 0001 50011 0001 2719 323 损失8 1285891688 4765891754 23858988 热电厂79 5029 5087 21172 5852 0817 2311 57400 放散量000000000 注 1 热值 高炉煤气3 433 kJ m3 焦炉煤气 17 794 kJ m3 转炉7 536 kJ m3 混合 7 536 kJ m3 2 城市按焦炉煤气88 高炉煤气12 计 3 单产 耗 铁1 780 m3 t 焦430 m3 t 钢水 70 m3 t 石灰 4 138 m3 t 矿 5 m3 t 1 按公司规划 年产板材 200万 t 钢水 210 万t 铁水 200 万 t 进行煤气平衡 2 焦炭按120 万t a 烧结矿按310万t a 平 衡 其中分别约有 20 15 的外销量 石灰按 15 万t a 计 3 转炉煤气回收按 70 m3 t 计算 4 当一座高炉休风时 3 号焦炉转烧焦炉煤 气 转炉单炉生产 5 城市煤气按 30 万 m3 d 计 其中 送宁煤 气约为 25 28 万 m3 d 当一座高炉休风时 城市 煤气按25 万 m3 d 计 6 炼钢烘烤用高炉煤气 当一座高炉休风 时 改用混合煤气 或转炉煤气 7 两座 280 t h 加热炉燃用混合煤气 当煤 气不足时 采取限产办法 本平衡按马钢院5热轧板厂系统初步设计修 改补 充 本6 第 四 卷 混 合 煤 气 平 均 用 量 42 780 m3 h 下转第 64 页 59黄乐天 梅钢煤气平衡及对策初探 量反映不同的失效原因 反映不同的部件故障 虽然数学上三个量是可以转换的 但在实际测试 中却不能任意选取 另外还注意到 这些日子电机的振动值也在 增大 尤其是电机自由端的轴向振动速度值 由正 常时的 0 9 mm s 升高到接近 3 0 mm s 其主要 频率成分也是高速轴的转频 说明电机也受到了 影响 事实上 电机是压缩机系统的原动机 系统 获得能量的唯一途径 就是电机通过轴系传递的 扭矩 当齿轮出现断齿后 扭矩是不平稳的 对电 机而言 负载就出现了波动 这种波动会反映在电 机的电流或功率信号中 经了解 电流分析法在 近期的齿轮箱诊断案例中已有成功应用 5 结束语 通过此案例 笔者对增速机的故障诊断有两 点建议 1 建议在增速机外部安装在线加速度传 感器 原在线涡流传感器对监测增速机的轴瓦 轴系的故障是有意义的 而对齿轮的故障是不够 敏感的 2 在怀疑发生齿轮故障时 可通过测试 和分析电机电流作为辅助方法 在齿轮发生故障 时 齿廓受到损伤 轮齿刚度的瞬时变化使运转的 平稳性受到影响 导致扭矩的不平稳 因此 在某 些情况下 在电流中寻找齿轮特征比在振动中寻 找更为有效 减少了传递途径的影响 我们将在 此方面做进一步的尝试 此外 通过这次对该空压机的跟踪与诊断 可 以从中感悟到以下几点 1 选择合适的监测参数 是正确诊断的前提 2 设备的个性