一种钢铁联合企业煤气的平衡及调度方法与流程

本发明涉及冶金行业节能减排技术领域，尤其涉及一种钢铁联合企业煤气的平衡及调度方法。

背景技术：

现代钢铁联合企业的高炉－转炉流程是典型的铁－煤化工过程，包括烧结/球团、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序。煤气是这一流程中副产的清洁能源，也是钢铁企业中重要的二次能源，占企业能源消耗的30％左右。这些能源作为气体燃料，燃烧最容易控制，燃烧的效率也最高，是企业生产的优质和宝贵资源。由高炉煤气(BFG)、焦炉煤气(COG)和转炉煤气(LDG)等组成的煤气系统不仅涉及煤气生产、配比、输送、贮存、分配、使用、调整运行等诸多环节，而且还关系到多种工序产品产量和质量的提高、原材料成本的降低、环境污染的改善等一系列问题。我国钢铁工业的发展越来越多地受到能源、资源和环境因素的制约，钢铁厂以往不被重视的煤气资源，逐渐成为企业节能降耗、降低成本、提高效益的突破口。

目前，我国主要钢企的主体生产工艺和主要技术装备虽达到先进水平，但煤气系统在供需平衡、缓冲能力、系统优化等方面还存在许多问题。尤其是地处北方的钢铁企业在冬、夏季节性煤气平衡问题矛盾突出，煤气放散率一直居高不下，与国外先进企业相比，煤气资源利用潜力很大。煤气产、供、用之间的平衡，对新一代高炉—转炉流程的能源消耗影响极大。煤气有效利用程度是反映钢铁联合企业能源管理水平的“晴雨表”，我国多数大型钢企已经建立了生产管控中心，进一步开发煤气资源平衡调度系统显得尤为重要。

申请号为200710016562.5(申请日为2007年8月23日)的中国专利公开了一种“基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制方法”，该方法利用煤气柜位预测模块采用回归模型预测煤气系统趋势，并综合现场调度人员的各种平衡经验，动态给出可调整用户使用煤气量或混合站调整热值的操作建议。但对于很多钢铁联合企业而言，煤气柜所能存储的煤气量相对于总的煤气量而言是很小的，因此基于煤气柜位很难准确进行煤气数据预测及平衡。申请号为201120562315.7(申请日为2011年12月29日)的中国专利公开了一种“基于动态平衡调度的煤气系统”，该系统的煤气动态平衡调度单元与煤气发生单元、煤气消耗单元和煤气缓冲单元相连接，能够有效辅助调度人员针对各种煤气供需不平衡进行及时、准确调度。但该系统对于如何进行动态平衡调度没有给出详细叙述。申请号为201310320627.0(申请日为2013年7月26日)的中国专利公开了“一种钢铁企业煤气优化调度装置”，该装置通过优化器采用改进的分布估算法对煤气分配进行优化，优化的原则是使煤气的放散量最低和采购量最少。该方法以满足工序最低热量需求为原则，首先分配焦炉煤气，然后分配转炉煤气，最后分配高炉煤气；但对于钢铁联合企业煤气系统而言，这种简单的对焦、转、高煤气进行按序分配，难以满足煤气系统平衡调度要求。

由此可见，目前对于钢铁联合企业煤气系统的平衡调度问题仍然存在很多不足，许多企业在保证煤气平衡方面仍采用根据相关文件或标准进行手工平衡的方式，采用自动平衡方式的企业很少，煤气平衡的自动化程度普遍较低。因此，研究探索更加及时、有效的煤气平衡调度方法是非常必要的。

技术实现要素：

本发明提供了一种钢铁联合企业煤气的平衡及调度方法，将钢铁联合企业中高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气系统组成整体煤气管网统一进行平衡调度，按比例定向输送煤气；并进一步划分为5个调度区，每个调度区自平衡，各调度区之间互平衡，同时将煤气用户分类实行按等级优先供应煤气；可大大降低煤气系统多种原因造成的管网不平衡对钢铁企业生产的影响，最大限度地利用煤气资源，减少煤气系统的煤气放散量，降低能源消耗，减少温室气体排放。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种钢铁联合企业煤气的平衡及调度方法，包括如下步骤：

1)高炉产生的80％～90％高炉煤气供给高炉煤气直接用户，其余10％～20％的高炉煤气进入高焦煤气混合加压站，当高炉煤气富余时，存储到高炉煤气柜中，如高炉煤气柜无法容纳全部富余煤气，则将高炉煤气通过高炉煤气放散塔进行放散；

2)焦炉产生的40％～60％焦炉煤气供给焦炉煤气直接用户，其余40％～60％的焦炉煤气进入高焦煤气混合加压站，当焦炉煤气富余时，存储到焦炉煤气柜中，如焦炉煤气柜无法容纳全部富余焦炉煤气，则将富余焦炉煤气通过焦炉煤气放散塔进行放散；

3)转炉产生的转炉煤气先进入转炉煤气柜中，通过转炉煤气柜10％～30％的转炉煤气供给转炉煤气直接用户，70％～90％的转炉煤气进入高焦转煤气混合加压站，同时要保证转炉煤气柜中的转炉煤气量保持在20％～80％的柜位范围内；如转炉煤气过剩，则将转炉煤气通过转炉煤气放散塔进行放散；

4)高炉煤气和焦炉煤气进入高焦煤气混合加压站进行混合加压形成高焦煤气，30％～70％的高焦煤气供给高焦煤气用户，其余30％～70％的高焦煤气进入高焦转煤气混合加压站；在高焦转煤气混合加压站内高焦煤气和转炉煤气进行混合加压形成高焦转煤气，供给高焦转煤气用户。

所述高炉煤气用户为炼铁、化工、发电企业；焦炉煤气直接用户为化工、炼钢、耐火、煤气公司、发电企业；转炉煤气直接用户为耐火、发电企业；高焦煤气用户为烧结工段、冷轧和钢铁外围企业；高焦转煤气用户为热轧；以上用户又划分为四个类别，每个类别各用户按优先等级顺序排列，其中一类用户为炼铁、化工、炼钢、烧结企业；二类用户为热轧、冷轧；三类用户为耐火、煤气公司、钢铁外围企业；发电企业和煤气柜为缓冲用户。

将整个煤气管网划分为5个具有独立调节能力的调度区，其中：高炉、高炉煤气柜、高炉煤气直接用户和高炉煤气放散塔为高炉煤气调度区即BFG区，其平衡状态判断系数为PBK；焦炉、焦炉煤气柜、焦炉煤气直接用户和焦炉煤气放散塔为焦炉煤气调度区即COG区，其平衡状态判断系数为PCK；转炉、转炉煤气柜、转炉煤气放散塔、转炉煤气直接用户为转炉煤气调度区即LDG区，其平衡状态判断系数为PLK；高焦煤气混合加压站和高焦煤气用户为高焦煤气调度区即BC区，其平衡状态判断系数为PBCK；高焦转煤气混合加压站和高焦转煤气用户为高焦转煤气调度区即BCL区，其平衡状态判断系数为PBCLK；各区内部及各区之间具体平衡及调度过程为：

Step1：首先判断BCL区是否平衡，平衡执行step4，否则执行step2；

Step2：能否BCL区内部自行调节，能自行调节则执行step4，否则执行step3；

Step3：将BCL区纳入BC区和LDG区,进行三区域平衡，能平衡则执行step7，否则执行step4；

Step4：BC区和LDG区是否平衡，如平衡则执行step7，否则执行step5；

Step5：对于BC区或LDG区的不平衡，能否分别内部调节或两个区域共同调节，能则执行step7，否则执行step6；

Step6：对于LDG区的不平衡，如PLK＞0，则停止转炉煤气回收，将转炉煤气进行放散；如PLK＜0，则按用户使用级别，调减转炉煤气使用量；对于BC区的不平衡，将BC区纳入BFG区和COG区,进行二次平衡，能平衡则则执行step10，否则执行step7；

Step7：BFG区和COG区是否平衡，如平衡则执行step10，否则执行step8；

Step8：对于BFG区或COG区的不平衡，能否分别内部调节，能则执行step10，否则执行step9；

Step9：对于BFG区的不平衡，如PBK＞0，则将高炉煤气进行放散；如PLK＜0，则按用户使用级别，调减高炉煤气使用量；对于COG区的不平衡，如PCK＞0，则将焦炉煤气进行放散；如PCK＜0，则按用户使用级别，调减焦炉煤气使用量；

Step10：终止煤气平衡。

在调减三类用户煤气供应时，除了要考虑煤气用户的优先级别外，还要考虑煤气缺口量的大小；如煤气缺口较大，则优先考虑停供使用煤气量较大的用户。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将钢铁联合企业中高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气系统组成整体煤气管网统一进行平衡调度，按比例定向输送煤气；并进一步划分为5个调度区，每个调度区自平衡，各调度区之间互平衡，同时将煤气用户分类实行按等级优先供应煤气；可大大降低煤气系统多种原因造成的管网不平衡对钢铁企业生产的影响，最大限度地利用煤气资源，减少煤气系统的煤气放散量，降低能源消耗，减少温室气体排放。

附图说明

图1是本发明所述煤气调度区域划分结构示意图。

图2是本发明所述煤气平衡及调度方法的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明所述方法的煤气调度区域划分结构示意图，本发明所述一种钢铁联合企业煤气的平衡及调度方法，包括如下步骤：

1)高炉产生的80％～90％高炉煤气供给高炉煤气直接用户，其余10％～20％的高炉煤气进入高焦煤气混合加压站，当高炉煤气富余时，存储到高炉煤气柜中，如高炉煤气柜无法容纳全部富余煤气，则将高炉煤气通过高炉煤气放散塔进行放散；

2)焦炉产生的40％～60％焦炉煤气供给焦炉煤气直接用户，其余40％～60％的焦炉煤气进入高焦煤气混合加压站，当焦炉煤气富余时，存储到焦炉煤气柜中，如焦炉煤气柜无法容纳全部富余焦炉煤气，则将富余焦炉煤气通过焦炉煤气放散塔进行放散；

3)转炉产生的转炉煤气先进入转炉煤气柜中，通过转炉煤气柜10％～30％的转炉煤气供给转炉煤气直接用户，70％～90％的转炉煤气进入高焦转煤气混合加压站，同时要保证转炉煤气柜中的转炉煤气量保持在20％～80％的柜位范围内；如转炉煤气过剩，则将转炉煤气通过转炉煤气放散塔进行放散；

4)高炉煤气和焦炉煤气进入高焦煤气混合加压站进行混合加压形成高焦煤气，30％～70％的高焦煤气供给高焦煤气用户，其余30％～70％的高焦煤气进入高焦转煤气混合加压站；在高焦转煤气混合加压站内高焦煤气和转炉煤气进行混合加压形成高焦转煤气，供给高焦转煤气用户。

所述高炉煤气用户为炼铁、化工、发电企业；焦炉煤气直接用户为化工、炼钢、耐火、煤气公司、发电企业；转炉煤气直接用户为耐火、发电企业；高焦煤气用户为烧结工段、冷轧和钢铁外围企业；高焦转煤气用户为热轧；以上用户又划分为四个类别，每个类别各用户按优先等级顺序排列，其中一类用户为炼铁、化工、炼钢、烧结企业；二类用户为热轧、冷轧；三类用户为耐火、煤气公司、钢铁外围企业；发电企业和煤气柜为缓冲用户。

见图2，是本发明所述煤气平衡及调度方法的控制流程图。本发明中进一步地，将整个煤气管网划分为5个具有独立调节能力的调度区，其中：高炉、高炉煤气柜、高炉煤气直接用户和高炉煤气放散塔为高炉煤气调度区即BFG区，其平衡状态判断系数为PBK；焦炉、焦炉煤气柜、焦炉煤气直接用户和焦炉煤气放散塔为焦炉煤气调度区即COG区，其平衡状态判断系数为PCK；转炉、转炉煤气柜、转炉煤气放散塔、转炉煤气直接用户为转炉煤气调度区即LDG区，其平衡状态判断系数为PLK；高焦煤气混合加压站和高焦煤气用户为高焦煤气调度区即BC区，其平衡状态判断系数为PBCK；高焦转煤气混合加压站和高焦转煤气用户为高焦转煤气调度区即BCL区，其平衡状态判断系数为PBCLK；各区内部及各区之间具体平衡及调度过程为：

Step1：首先判断BCL区是否平衡，平衡执行step4，否则执行step2；

Step2：能否BCL区内部自行调节，能自行调节则执行step4，否则执行step3；

Step3：将BCL区纳入BC区和LDG区,进行三区域平衡，能平衡则执行step7，否则执行step4；

Step4：BC区和LDG区是否平衡，如平衡则执行step7，否则执行step5；

Step5：对于BC区或LDG区的不平衡，能否分别内部调节或两个区域共同调节，能则执行step7，否则执行step6；

Step6：对于LDG区的不平衡，如PLK＞0，则停止转炉煤气回收，将转炉煤气进行放散；如PLK＜0，则按用户使用级别，调减转炉煤气使用量；对于BC区的不平衡，将BC区纳入BFG区和COG区,进行二次平衡，能平衡则则执行step10，否则执行step7；

Step7：BFG区和COG区是否平衡，如平衡则执行step10，否则执行step8；

Step8：对于BFG区或COG区的不平衡，能否分别内部调节，能则执行step10，否则执行step9；

Step9：对于BFG区的不平衡，如PBK＞0，则将高炉煤气进行放散；如PLK＜0，则按用户使用级别，调减高炉煤气使用量；对于COG区的不平衡，如PCK＞0，则将焦炉煤气进行放散；如PCK＜0，则按用户使用级别，调减焦炉煤气使用量；

Step10：终止煤气平衡。

以上过程中，PK为平衡状态判断系数，PK＞0是所对应煤气过剩，PK＜0是所对应煤气短缺；对于PBCK与PBCLK而言无论其大于零还是小于零，其本质上是高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气的过剩或短缺；因此，最终判断煤气系统是否平衡的判断系数是PBK、PCK和PLK，如PK＞0则将多对应的煤气进行放散，如PK＜0则按照对应煤气优先级别调减煤气供应量。

在调减三类用户煤气供应时，除了要考虑煤气用户的优先级别外，还要考虑煤气缺口量的大小；如煤气缺口较大，则优先考虑停供使用煤气量较大的用户。

本发明一种钢铁联合企业煤气的平衡及调度方法可以通过如下系统实现，系统包括通过煤气输送管道相连接并形成整体煤气管网的高炉煤气调度区、焦炉煤气调度区、转炉煤气调度区、高焦煤气调度区和高焦转煤气调度区，所述高炉煤气调度区由高炉及分别通过煤气输送管道与高炉连接的高炉煤气柜、高炉煤气直接用户和高炉煤气放散塔组成；焦炉煤气调度区由焦炉及分别通过煤气输送管道与焦炉连接的焦炉煤气柜、焦炉煤气直接用户和焦炉煤气放散塔组成；转炉煤气调度区由转炉及分别通过煤气输送管道与转炉连接的转炉煤气柜、转炉煤气放散塔和转炉煤气直接用户组成；高焦煤气调度区由通过煤气输送管道连接的高焦煤气混合加压站和高焦煤气用户组成；高焦转煤气调度区由通过煤气输送管道连接的高焦转煤气混合加压站和高焦转煤气用户组成；高炉、焦炉另外通过煤气输送管道与高焦煤气混合加压站连接，高焦煤气混合加压站、转炉煤气柜另外通过煤气输送管道与高焦转煤气混合加压站连接。

所述高炉煤气调度区、焦炉煤气调度区、转炉煤气调度区、高焦煤气调度区和高焦转煤气调度区组成的煤气管网各段煤气输送管道上均设有煤气切断阀、煤气调节阀、煤气流量测量装置及煤气压力测量装置，各煤气切断阀、煤气调节阀、煤气流量测量装置及煤气压力测量装置分别与PLC连接组成煤气平衡调度控制系统。

高炉产生高炉煤气，焦炉产生焦炉煤气，转炉产生转炉煤气；本发明中，高炉煤气大部分供给高炉煤气直接用户，少部分进入高焦煤气混合加压站，当高炉煤气富余时，富余高炉煤气存储到高炉煤气柜中，如高炉煤气柜无法容纳全部富余高炉煤气，则将高炉煤气通过高炉煤气放散塔进行放散。焦炉煤气部分供给焦炉煤气直接用户，部分进入高焦煤气混合加压站，当焦炉煤气富余时，存储到焦炉煤气柜中，如焦炉煤气柜无法容纳全部富余焦炉煤气，则将富余焦炉煤气通过焦炉煤气放散塔进行放散。转炉产生的转炉煤气先进入转炉煤气柜中，通过转炉煤气柜少部分供给转炉煤气直接用户，大部分进入高焦转煤气混合加压站，同时要保证转炉煤气柜中的转炉煤气量保持在一定柜位范围内。如转炉煤气过剩，则将富余转炉煤气通过转炉煤气放散塔进行放散。进入高焦煤气混合加压站的高炉煤气和焦炉煤气进行混合加压后形成高焦煤气，一部分供给高焦煤气用户，一部分进入高焦转煤气混合加压站。高焦煤气和转炉煤气进入高焦转煤气混合加压站进行混合加压后形成高焦转煤气，供给高焦转煤气用户。

对煤气用户进行分类，主要用于指导煤气的优化调度；在煤气平衡上要首先保证一类用户的煤气供应，其次是二类用户，再次保证三类用户的供应，以上三类用户都可以满足时，剩余煤气供应缓冲用户。当煤气管网中的煤气量不足时，首先使各煤气柜中的煤气进入系统进行补充，其次是限制发电的缓冲用量，然后是按优先等级逐级限制三类用户的煤气使用量。煤气柜能够削减由于煤气供需不平衡引起的部分瞬时波动，其和辅助工序中的自备电厂是煤气的主要缓冲用户。

在正常生产情况下煤气管网内的煤气量基本是稳定的，只有在个别用户停产、恢复生产或发生临时事故时煤气管网内才会发生局部波动，因此在正常生产情况下，只需按预先设定的程序将煤气按比例调控即可。管网出现多处同时波动的情况很少，但是一旦出现波动，需要迅速平衡管网内的煤气量，使其达到即时平衡及调度效果，为此，本发明进一步将煤气管网分为5个具有一定调节能力的调度区，分别是：BFG区(高炉煤气调度区)，COG区(焦炉煤气调度区)，LDG区(转炉煤气调度区)，BC区(高焦煤气调度区)和BCL区(高焦转煤气调度区)。在以上煤气调度区域划分和煤气用户分类的基础上，进行煤气管网的总体平衡及调度，可通过煤气输送管道上的各类仪表如煤气压力表、煤气流量计等读取的数据来判断各区平衡情况，然后在控制系统的操作界面上点选相应选项，由控制系统按照预先设定的程序自动进行切断或开启某段煤气输送管道、调节某段煤气输送管道中的煤气流量等操作。