在钢铁厂中，副产煤气及天然气被用于生产厂、热风炉以及电厂的燃烧过程。副产煤气的产生并不稳定，而且部分煤气需长距离输送。燃烧设备的启停会导致副产煤气管网压力波动。另外，不同副产煤气之间或副产煤气与天然气的混合，还会使燃气热值产生变化。为保证生产厂的质量标准和生产能力，副产煤气的高效利用是一种挑战。

　　高能效利用副产煤气的主要工作

　　联邦德国钢铁工程师协会(VDEh)工艺研究所(BFI)、安赛乐米塔尔不莱梅公司(AMB)、安赛乐米塔尔埃森胡滕公司(AMEH)的研究人员对钢铁企业高效利用副产煤气做了以下几个方面的工作：

　　第一，副产煤气管网的压力波动为用气单元的连续操作带来困难。借助于仿真计算结果，就高炉充风时煤气管网中控制阀的关闭过程进行了优化，可将其引起的管网及供至电厂的煤气压力峰值降至10kPa以下。

　　第二，转炉煤气被用于热轧步进式加热炉的燃烧过程。通过计算得出了不同操作下转炉煤气与高炉煤气管网压力波动分布情况。据此，当压力由高炉煤气传向转炉煤气管网时，可快速关闭两路煤气之间的调节阀，以减弱冲击。

　　第三，要使副产煤气在热风炉得到高效使用和优化燃烧，燃气成分的快速检测是关键条件。为此，热风炉安装并投用了一套新系统，包括燃气成分快速检测系统和燃气比例控制系统。基于新系统的燃气成分分析结果，不同燃气的混合过程得到优化，从而确保了混合后的热值能够始终稳定。

　　第四，因为生产工艺的差异，副产煤气如转炉煤气和高炉煤气的热值不同且不稳定，但却只有部分生产单元具备煤气供需调配系统。为改进对煤气的实时和计划调度，开发并投运了煤气管理系统，该系统可根据煤气计量和生产计划数据，决定当前和预测期的煤气需求量，使煤气的生产、消耗与外购之间得以更好协调。

　　煤气管网中的压力冲击

　　副产煤气在用于生产单元后，富余量则通过煤气管网直接供往电厂发电。以AMB公司为例，其高炉煤气管网就连接了放散塔、高炉以及电厂。

　　在AMB公司，管网上其他单元煤气压力的波动，会造成整个煤气管网压力波动，从而直接影响到电厂的稳定运行。例如，高炉送风时，可对煤气管网产生20kPa的压力冲击，并在几秒钟内传递到整个管网。而电厂为保护煤气管道压力不超过10kPa的允许上限，采用了一种具备速关性能的煤气失效装置(Gamasi)。然而，煤气失效装置不能关闭得太快，否则会对煤气管网产生新的压力冲击。为使煤气失效装置能够在电厂许可运行，对煤气失效装置关闭特性进行了优化。

　　煤气失效装置的关闭性能在仿真结果的基础上得到优化后，高炉送风产生的管网压力冲击不会影响电厂。而煤气失效装置快关时对管网压力的冲击也不会太高。计算结果和测定结果吻合，制定的煤气失效装置关闭特性，使压力冲击逐渐增加并始终在10kPa的限值以下。

　　已完成的优化工作总结如下：煤气管网的系统特性可以计算并接近实测;电厂的安全性得到提高，电厂紧急停机对管网的压力冲击减少;电厂可安全应对高炉送风;副产煤气可以更加高效地用于发电;电厂所受的限制减少。

　　转炉煤气的有效使用，已成为ABM公司大力推进优化工作中的一项计划。迄今为止，转炉煤气都没有得到使用，而是被放散掉。因此，计划将转炉煤气用于热轧厂步进式加热炉的燃烧过程。为了使转炉煤气在步进加热炉的停炉过程和部分负荷下也能使用，进而设想将转炉煤气混入到高炉煤气管网中。

　　就此计算了不同操作工况下及操作不稳定状况时转炉煤气和高炉煤气管网压力波动的分布情况。研究人员对压力冲击由2号高炉(比如在高炉送风时) 传递到煤气管网的仿真计算结果显示，通过快速关闭位于高炉煤气和转炉煤气管网间的控制阀，可减弱高炉煤气管网对转炉煤气管网的压力冲击。随着控制阀的快速关闭，转炉煤气管网出现了小幅压力波动，并呈震荡性衰减。

　　已完成的工作总结和结论如下: 对由高炉原因引发对转炉煤气管网的压力冲击，可以通过快速关闭转炉煤气管网和高炉煤气管网之间的控制阀加以削弱。控制阀关闭所需时间取决于由煤气压力的波峰值和传递速度。快速关闭控制阀所引起的压力波动也可以计算得出，这样就可在转炉煤气管网的规划设计中将这些内容都考虑在内。

　　热风炉的煤气混合控制

　　副产煤气的压力和成分是不断变化的，将不同热值的副产煤气混合使用具有相当的挑战性。例如，如果通过T型连接头将高炉煤气和转炉煤气进行混合，CO的浓度就会发生变化，混合煤气的取样及燃烧的控制不得不考虑这一情况。

　　在热风炉中，高炉煤气与转炉煤气或天然气混合燃烧。热风炉烧嘴需要燃气具备稳定的热量和配风。而上述燃气热值差异较大，成分变化迅速，很难提供燃烧性能稳定的混合煤气。为此，开发和装设了一种具备快速连续测定热值功能的煤气混合控制装置。

　　AMEH公司的热风炉煤气混合控制系统工作过程如下: 高炉煤气为主煤气，转炉煤气混入高炉煤气中以增加热值。如果混合煤气热值太低，或没有转炉煤气可用，则将天然气混入高炉煤气中。由于优先使用转炉煤气，故可节约天然气。

　　混合煤气控制系统的核心是一种快速连续测定气体热值的装置，由BFI开发。混合煤气控制系统可指定煤气热值，并为主煤气的控制发出控制信号。这些控制信号进而被送达热风炉烧嘴，使混合煤气的燃烧过程得以优化。混合煤气的热值检测数据显示，混合煤气控制系统可将热值控制得近乎不变。

　　已完成的工作总结如下：对煤气成分可进行快速准确的检测;混合煤气热值可被控制得近乎不变;热风炉优先使用高炉煤气和转炉煤气，可降低天然气消耗;对煤气的配风可按煤气变化进行动态调节;混合煤气得到了高效低污染的燃烧利用。

　　煤气管理系统

　　钢铁厂中副产煤气的产生和消耗不是连续稳定的，压力和成分的变化也改变着煤气的可用性。例如，转炉煤气的产生以及热风炉的加热都不是连续性过程，生产计划的紧急变动和设备突然停运更妨碍了煤气调配。对此，AMEH公司成功开发并建成了煤气管理系统，使煤气的当前分布和变化趋势能够可视化。煤气柜位随转炉煤气的回收而周期性升高;根据生产计划数据可以预报转炉煤气回收停止时刻，煤气柜位将一直下降直到下一次转炉煤气开始回收时。通过对煤气的当前分布和变化趋势的可视化，煤气调度员就能够在厂内煤气使用和天然气外购之间优化调配。

　　煤气管理系统的成功开发和建成，加上诸如热风炉使用转炉煤气等优化措施，显著地降低了能耗，优化了煤气分配。AMEH公司的煤气放散损失降至最小工艺性放散(<1%)以下，高炉煤气和转炉煤气的利用率近100%，热风炉使用转炉煤气替代节约了70%的天然气。

　　结论

　　钢铁厂为了高效使用副产煤气和天然气，有多项技术被证实为有效可行。例如，基于仿真计算结果，可以降低煤气管网的压力波动，提高操作安全性和工厂作业率;不同热值的燃气可按目标热值进行连续而稳定的混合;副产煤气的生产如果不连续，煤气管理系统的预报功能可以帮助提高煤气的利用水平。

　　AMEH公司和BFI研究了煤气互联网格系统中多项提高煤气利用水平的技术。生产单元被证实与煤气管网系统一样存在改进空间。已投运的煤气管理系统，其预报功能基于计量、生产计划数据以及生产单元运行模式，成为调度员的工具以优化调配和利用日益增多的副产煤气。副产煤气的总体利用率显著提高，天然气消耗降低约70%。今后的技术及优化将取得更佳的改进效果。