王馨薇

（山鋼股份萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東 濟(jì)南 271104）

TRT 靜葉作為高爐頂壓控制的關(guān)鍵設(shè)備，是保障高爐安全運(yùn)行的核心控制系統(tǒng)，由于TRT 靜葉控制系統(tǒng)既扮演著輸出電力能源的角色，同時(shí)，也關(guān)系到高爐的安全運(yùn)營，因此，對TRT靜葉控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能提出了更高的要求。該冶金企業(yè)的2#—4#高爐在采用TRT 靜葉控制系統(tǒng)之前，主要利用四閥組來控制高爐頂壓，以至于大量勢能損耗現(xiàn)象，增加了生產(chǎn)成本，自引進(jìn)TRT 靜葉控制系統(tǒng)后，大量勢能實(shí)現(xiàn)回收再利用，高爐頂壓得到有效控制，進(jìn)而大幅降低了高爐煉鐵成本。

1 高爐TRT的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 有效控制高爐頂壓，提高鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)量

高爐煉鐵生產(chǎn)工序需要一個(gè)恒定的爐定壓力的持續(xù)供給，才能保障鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量，而TRT 機(jī)組自帶的靜葉裝置能夠有效調(diào)節(jié)和控制爐頂壓力，相比于減壓閥組，其控制精度更高，這樣一來，高爐爐頂壓力就會(huì)始終保持在均勻穩(wěn)定供給狀態(tài)，這對提高鋼鐵產(chǎn)品的產(chǎn)量將起到積極的促進(jìn)作用。

1.2 節(jié)約能源，回收利用率高

近年來，國家大力倡導(dǎo)節(jié)能降耗與綠色環(huán)保，旨在保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境免遭破壞，而過去的減壓閥組在運(yùn)行過程中，將產(chǎn)生大量的余壓，以至于損失了大量的電力能源。自引進(jìn)TRT 控制機(jī)組后，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余壓將被重新轉(zhuǎn)化為電能，輸送至用戶端，這樣，鋼鐵企業(yè)既可以保障正常的生產(chǎn)工藝流程不受任何影響，同時(shí)，也能夠獲取額外的經(jīng)濟(jì)收入[1]。

1.3 降噪減振

采用TRT 控制機(jī)組后，高爐原有的減壓閥全部處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)煤氣燃料通過透平膨脹機(jī)時(shí)，設(shè)備噪聲與振動(dòng)將轉(zhuǎn)變成做功的形式，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瓬p壓閥裝置已經(jīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，減壓閥組也不會(huì)產(chǎn)生噪音與振動(dòng)現(xiàn)象。

2 高爐TRT靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制原理

高爐TRT 運(yùn)行過程包括開機(jī)、運(yùn)行與停機(jī)，在這三個(gè)運(yùn)行階段，TRT 的開機(jī)過程較為繁瑣，涉及轉(zhuǎn)速控制、功率控制以及頂壓控制，其控制過程都需要借助于透平靜葉來完成，只有協(xié)調(diào)好轉(zhuǎn)速、功率與頂壓三者之間的關(guān)系，才能大幅提升TRT 的開機(jī)成功率。而TRT 在正常運(yùn)行狀態(tài)下，主要對高爐頂壓進(jìn)行控制，替代了傳統(tǒng)四閥組的控制頂壓功能。

在TRT 自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中，起到主控功能的自動(dòng)控制裝置包括伺服控制模塊、伺服閥、靜葉，該系統(tǒng)的自動(dòng)控制原理如圖1 所示。

在圖1 當(dāng)中，被調(diào)參量需要采集的參量包括TRT 開機(jī)運(yùn)行后的轉(zhuǎn)速、功率與高爐頂壓設(shè)定值。而輸出模件、伺服控制模塊、伺服閥及靜葉則屬于輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中伺服控制模塊的主要功能是接收主控室位置介于4mA～20mA 之間的電流信號，同時(shí)接收來自于位移傳感器測量的靜葉實(shí)際位置的反饋信號。這兩個(gè)被控信號在伺服控制模塊當(dāng)中相互比較和轉(zhuǎn)換，然后通過運(yùn)算控制程序給伺服閥提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號，即伺服閥SV 的電流信號。受到伺服閥的控制，動(dòng)力油能夠驅(qū)動(dòng)靜葉運(yùn)轉(zhuǎn)，使靜葉與閥門能夠到達(dá)指定位置。另外，伺服控制模塊同時(shí)輸出一組4mA～20mA 的電流信號，并對靜葉角度進(jìn)行有效控制。伺服控制器工作原理如圖2 所示。

3 高爐TRT靜葉控制功能缺陷與優(yōu)化措施

高爐TRT 靜葉控制功能主要包括開機(jī)轉(zhuǎn)速控制功能、聯(lián)網(wǎng)功率控制功能以及正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的頂壓控制功能。雖然近年來，國內(nèi)的TRT 靜葉控制技術(shù)日漸純熟，但是，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，仍然暴露出許多亟待解決的問題與缺陷。

3.1 開機(jī)轉(zhuǎn)速控制功能缺陷與優(yōu)化措施

靜葉是TRT 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)和控制開機(jī)轉(zhuǎn)速。通過對某鋼鐵公司的2#—4#高爐TRT 靜葉控制系統(tǒng)的研究分析發(fā)現(xiàn)，TRT 靜葉在控制轉(zhuǎn)速時(shí)，常常出現(xiàn)信號不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致TRT 的開機(jī)轉(zhuǎn)控制失衡，進(jìn)而影響了開機(jī)成功率。另外，與發(fā)達(dá)國家的TRT 靜葉控制系統(tǒng)相比，國產(chǎn)TRT 的靜葉調(diào)速精準(zhǔn)度相對較低，而且開機(jī)轉(zhuǎn)速僅僅依靠于靜葉來完成，一旦靜葉出現(xiàn)運(yùn)行故障，開機(jī)成功率也將大打折扣。尤其在缺少啟動(dòng)閥輔助控制裝置的情況下，TRT 靜葉難以控制開機(jī)轉(zhuǎn)速，這也使得TRT 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常功能無法實(shí)現(xiàn)[2]。

通過對開機(jī)轉(zhuǎn)速控制功能缺陷原因的具體分析，針對TRT靜葉控制功能采取以下三種優(yōu)化措施。

3.1.1 被調(diào)對象的可靠性處理

優(yōu)化處理步驟是：首先采集3 個(gè)轉(zhuǎn)速測量值信號，即被調(diào)對象，如果在采集的信號當(dāng)中，每一個(gè)信號均出現(xiàn)故障，或者采集的這個(gè)轉(zhuǎn)速的輸入模板通道出現(xiàn)故障，都可判定為這個(gè)開機(jī)轉(zhuǎn)速存在故障。如果在采集的3 個(gè)轉(zhuǎn)速信號中，有2 個(gè)轉(zhuǎn)速故障，則可以判定開機(jī)控制功能受限。而系統(tǒng)轉(zhuǎn)速則由3 個(gè)轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行3 取中處理后予以確定，這時(shí)，可以將被確定的系統(tǒng)轉(zhuǎn)速作為壞質(zhì)量判斷的主要依據(jù)，即系統(tǒng)轉(zhuǎn)速值如果在2s 之內(nèi)，從+500 r/min 變化到-500 r/min，可以視為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)故障，應(yīng)當(dāng)及時(shí)予以處理。

3.1.2 通過PID 調(diào)節(jié)器予以調(diào)節(jié)

在處理開機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值時(shí)，采取分段控制的原則，可以把升速率分為三個(gè)階段，即第一階段是2000 r/min 以前，其升速率為180 r/min；第二階段是2000～2900 r/min 之間，其升速率為120 r/min；第三階段是2900 r/min 以上，升速率為60 r/min。

3.1.3 優(yōu)化靜葉控制與啟動(dòng)閥程序

當(dāng)高爐TRT 開機(jī)以后，啟動(dòng)閥與靜葉協(xié)調(diào)配合，對開機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，在調(diào)節(jié)控制階段，需要確保透平機(jī)的振動(dòng)指標(biāo)始終保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，不能出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，同時(shí)借助于啟動(dòng)閥的輔助控制功能，對開機(jī)轉(zhuǎn)速控制程序進(jìn)行優(yōu)化處理。具體處理步驟如下。

每一個(gè)TRT 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)都包括一個(gè)啟動(dòng)畫面，在畫面當(dāng)中，有三個(gè)自動(dòng)控制按鈕，分別是：啟動(dòng)閥轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制按鈕、靜葉轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制按鈕以及轉(zhuǎn)速控制/轉(zhuǎn)速保持按鈕。當(dāng)系統(tǒng)具備開機(jī)啟動(dòng)條件后，操作人員首先啟動(dòng)TRT 按鈕，然后手動(dòng)給定靜葉3%的開度，轉(zhuǎn)速控制在200 r/min 以下，當(dāng)盤車脫開以后，按動(dòng)啟動(dòng)畫面中的靜葉轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制按鈕，并通過觀察啟動(dòng)畫面確定透平進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)。目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定3000 r/min，啟動(dòng)閥自動(dòng)開啟至18%的開度，使實(shí)際轉(zhuǎn)速由800 r/min 提升至1000 r/min。在保持這一轉(zhuǎn)速的同時(shí)，透平入口與BDC 出口以及透平出口處的溫差低于25℃，這說明暖機(jī)過程結(jié)束。這時(shí)，操作人員按動(dòng)畫面中的轉(zhuǎn)速保持按鈕，開機(jī)轉(zhuǎn)速在暖機(jī)結(jié)束后實(shí)際上已經(jīng)升高至2386 r/min，在保持這一轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)對系統(tǒng)的軸溫以及軸振等參量進(jìn)行檢查，如果未發(fā)現(xiàn)異常情況則按動(dòng)轉(zhuǎn)速保持按鈕。此時(shí)的轉(zhuǎn)速達(dá)到2850 r/min，并自動(dòng)保持。完成升速控制后，進(jìn)入倒泵環(huán)節(jié)，操作人員按動(dòng)轉(zhuǎn)速保持按鈕，使轉(zhuǎn)速升高至3000 r/min，最后在征求高爐調(diào)度與電調(diào)同意后，進(jìn)入到并網(wǎng)操作環(huán)節(jié)。

3.2 TRT 聯(lián)網(wǎng)功率控制功能缺陷與優(yōu)化措施

同樣的，靜葉作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要對系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功率進(jìn)行有效調(diào)節(jié)和控制。在此期間，常常出現(xiàn)以下兩種缺陷。第一，功率信號時(shí)有時(shí)無，導(dǎo)致功率控制流程受到影響。第二，當(dāng)TRT 系統(tǒng)啟動(dòng)后，聯(lián)網(wǎng)功率控制與高爐頂壓控制協(xié)調(diào)性差，導(dǎo)致高爐頂壓波動(dòng)值較大，這對鋼鐵產(chǎn)品的產(chǎn)量勢必會(huì)造成嚴(yán)重影響。針對這兩種功能缺陷，可以采取以下優(yōu)化措施。

3.2.1 被調(diào)對象的可靠性處理

這一階段的被調(diào)對象主要是指功率測量信號。首先采集2 個(gè)功率測量值信號作為處理樣本，來判斷功率控制功能是否存在缺陷。如果采集的任意一個(gè)功率測量信號出現(xiàn)故障或者采集這個(gè)功率的輸入模板通道存在故障，則可以判定為功率控制對象故障。而系統(tǒng)功率則由2 個(gè)功率測量信號進(jìn)行2 取平均處理后予以確定。

3.2.2 優(yōu)化功率自動(dòng)控制邏輯

由于功率控制主要的受控對象是TRT 靜葉開度，因此，在優(yōu)化功率自動(dòng)控制邏輯時(shí)，只需要以靜葉開度為參照對象即可。首先升/降功率的條件應(yīng)當(dāng)兼顧考慮高爐頂壓，頂壓偏差控制在3.5kpa 之內(nèi)，當(dāng)偏差超過3.5kpa 時(shí)，靜葉開度保持不變，這時(shí)，能夠保證穩(wěn)定可靠的升功率，并不會(huì)對高爐頂壓造成影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了功率的精準(zhǔn)控制。為了確保高爐能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要在系統(tǒng)界面當(dāng)中增設(shè)一個(gè)強(qiáng)制進(jìn)入頂壓控制按鈕，使頂壓控制功能在緊急狀態(tài)下能夠有效發(fā)揮。

3.3 正常運(yùn)轉(zhuǎn)頂壓控制功能缺陷與優(yōu)化措施

與開機(jī)轉(zhuǎn)速控制功能以及功率控制功能類似，靜葉作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)和控制高爐頂壓。較為常見的功能缺陷主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。第一，頂壓實(shí)際值與測量值信號不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)喪失調(diào)節(jié)功能。第二，TRT靜葉與減壓閥處于并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)，如果彼此之間協(xié)調(diào)配合失衡就會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)偏差，影響頂壓調(diào)節(jié)過程。第三，受到高爐上料系統(tǒng)均壓以及下密信號的影響，TRT 靜葉在調(diào)節(jié)控制頂壓時(shí)受到的干擾波動(dòng)較大。因此，需要采取以下優(yōu)化措施來消除頂壓控制功能缺陷。

3.3.1 對頂壓實(shí)際值與設(shè)定值信號進(jìn)行優(yōu)化處理

首先采集2 個(gè)頂壓實(shí)際值信號，然后在采取加裝隔離器的方式，使實(shí)際值與設(shè)定值信號實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，需要注意的是，對于采集到的2 個(gè)頂壓實(shí)際值信號應(yīng)當(dāng)作高選處理。

3.3.2 構(gòu)建有料鐘高爐TRT 頂壓自動(dòng)控制模型

模型構(gòu)建主要包括兩個(gè)步驟，第一步是建立TRT 爐頂壓力常規(guī)控制模型，第二步是建立主爐均壓信號與料流信號干擾高爐爐頂壓力的TRT 頂壓控制模型。在第一步中，在選定高爐爐頂壓設(shè)定值時(shí)，應(yīng)將原設(shè)定值減去0.8kPa～1.5kPa，差值作為設(shè)定參考值，然后對靜葉PID 參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以保證高爐爐頂壓力能夠得到有效控制。在第二步中，構(gòu)建控制模型的主要參量是爐頂均壓閥的動(dòng)作信號以及爐頂料流閥的動(dòng)作信號，結(jié)合高爐煉鐵工藝，將高爐運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與上料工序相關(guān)聯(lián)的均壓信號與下密信號一并引入到TRT 控制模型當(dāng)中，并作為調(diào)節(jié)爐頂壓力的補(bǔ)償信號，與此同時(shí)，建立自定義爐頂壓力調(diào)節(jié)補(bǔ)償功能塊，在經(jīng)過調(diào)試試驗(yàn)后，可以投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

通過對國內(nèi)某冶金企業(yè)2#—4#高爐TRT 靜葉控制系統(tǒng)功能的研究和分析發(fā)現(xiàn)，開機(jī)轉(zhuǎn)速控制功能缺陷、功率控制缺陷以及頂壓控制缺陷都是由靜葉故障引起，因此，在制訂靜葉控制功能優(yōu)化方案時(shí)，主要圍繞靜葉的各項(xiàng)控制參數(shù)展開。通過優(yōu)化措施的具體落實(shí)，轉(zhuǎn)速信號、功率信號以及頂壓控制信號不穩(wěn)的問題得到有效解決，靜葉控制系統(tǒng)的各項(xiàng)參量趨于穩(wěn)定，并且高爐能夠持續(xù)保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。