萬利平，朱雪蓮

（攀鋼釩能源動力分公司，四川攀枝花 617062）

引言

高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置(簡稱TRT)是國內(nèi)外公認(rèn)的冶金企業(yè)重大節(jié)能裝置。它是利用高爐爐頂煤氣的余壓和余熱，把煤氣導(dǎo)入一臺透平膨脹機(jī)，將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種能量回收裝置。相對一般設(shè)備的控制功能來說，高爐TRT 靜葉控制功能既要保證TRT 發(fā)電，又要保證高爐安全生產(chǎn)，它的安全性及穩(wěn)定性顯得尤為重要。攀鋼高爐頂壓控制在引進(jìn)TRT 前采用常規(guī)的四閥組進(jìn)行控制，四閥組對頂壓的控制實際就是通過四閥組的翻板開度控制高爐排氣流量，保持高爐頂壓實際值跟隨頂壓設(shè)定值，從而，保證高爐的正常生產(chǎn)。這樣，高爐高壓煤氣通過四閥組減壓損失了大量勢能，基于上述原因，從能源回收利用方面考慮，引進(jìn)了利用透平發(fā)電（TRT）來回收能源，控制高爐頂壓的高爐煤氣余壓發(fā)電工程。

該工程在高爐正常生產(chǎn)時，利用TRT 透平靜葉控制高爐頂壓，取代了使用四閥組控制頂壓的方式，在實際運行中對高爐頂壓的控制的安全性和穩(wěn)定性比用四閥組好。

1 TRT靜葉控制功能

過程分為TRT開機(jī)過程、正常運行過程、TRT停機(jī)過程，其中，開機(jī)過程最為復(fù)雜，開機(jī)過程首先是轉(zhuǎn)速控制、并上網(wǎng)后轉(zhuǎn)為功率控制、升功率完成后進(jìn)入頂壓控制，不論是轉(zhuǎn)速控制、功率控制、頂壓控制，都是通過透平靜葉調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，在開機(jī)過程中怎樣協(xié)調(diào)好它們?nèi)咧g的關(guān)系，是提高TRT 開機(jī)成功率的關(guān)鍵；TRT 正常運行過程中主要是頂壓控制，在高爐正常生產(chǎn)時，利用透平靜葉開度控制高爐頂壓，取代了使用四閥組控制頂壓的方式。

2 TRT靜葉自動控制原理

自動控制系統(tǒng)是指用一些自動控制裝置[比如輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)：伺服控制器（伺服控制模塊）、伺服閥、靜葉],對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)（轉(zhuǎn)速、功率、頂壓）進(jìn)行自動控制，使它們在受到外界干擾影響而偏離正常狀態(tài)時,能夠被自動地調(diào)節(jié)而回到工藝所要求的數(shù)值范圍內(nèi),TRT 靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動控制原理見圖1。

圖1 TRT靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動控制原理圖

高爐TRT 靜葉控制功能主要通過靜葉自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)來實現(xiàn)，靜葉自動控制系統(tǒng)包含：

（1）被調(diào)參量采集：轉(zhuǎn)速、功率、頂壓設(shè)定值、測量值的檢測（變送器）、計算機(jī)輸入模塊。

（2）DCS內(nèi)部自動控制邏輯。

（3）相關(guān)調(diào)節(jié)參量的引入。

（4）輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)：計算機(jī)輸出模件、伺服控制器（或伺服控制模塊）、伺服閥、靜葉。

3 TRT靜葉控制功能研究

TRT 靜葉控制系統(tǒng)主要控制功能有三個：（1）TRT開機(jī)時的轉(zhuǎn)速控制；（2）TRT剛并上網(wǎng)時的功率控制；（3）TRT正常運行過程中的頂壓控制。

3.1 TRT開機(jī)時的轉(zhuǎn)速控制功能優(yōu)化

轉(zhuǎn)速控制原理：按照TRT 靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動控制原理圖。轉(zhuǎn)速作為被調(diào)對象（目標(biāo)值），靜葉作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.1.1 存在問題

3.1.1.1 轉(zhuǎn)速信號不可靠會造成轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)定。

3.1.1.2 目前使用的國產(chǎn)TRT，靜葉的調(diào)速精度不高，僅靠靜葉調(diào)速是達(dá)不到工藝需要的，如果只是單純的靜葉控制，沒有啟動閥的輔助控制，會造成TRT 靜葉控制不住轉(zhuǎn)速，機(jī)組一次性啟動成功率較低。

3.1.2 優(yōu)化措施一

3.1.2.1 轉(zhuǎn)速測量信號（被調(diào)對象）的可靠性處理。

(1)采集3個轉(zhuǎn)速測量值信號；

(2)每一個轉(zhuǎn)速測量信號故障或者采集這個轉(zhuǎn)速的輸入模板通道故障，都判斷為這個轉(zhuǎn)速故障；

(3)3 個轉(zhuǎn)速其中任意2 個轉(zhuǎn)速故障才判斷為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障；

(4)3 個轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行3 取中處理后定義為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速。

3.1.2.2 將系統(tǒng)轉(zhuǎn)速作壞質(zhì)量判斷后再用來調(diào)節(jié)。

壞質(zhì)量判斷方法采?。寒?dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速值2 s內(nèi)從+500 r/min變化到-500 r/min，判斷為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速故障。

3.1.3 優(yōu)化措施二

3.1.3.1 采用DCS 內(nèi)部（和利時系統(tǒng)）PID 調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)；

3.1.3.2 轉(zhuǎn)速設(shè)定值的處理：分段控制，設(shè)定升速率，實際升速率分三個階段：2000 r/min 以前升速率為180 r/min；2000～2900 r/min 之間為120 r/min；2900 r/min以上為60 r/min。

3.1.4 優(yōu)化措施三

啟動閥+靜葉控制程序優(yōu)化,即通過啟動閥在TRT 剛開機(jī)時沖轉(zhuǎn)透平機(jī)到一定轉(zhuǎn)速后，與透平機(jī)的靜葉配合調(diào)速，在此期間控制透平機(jī)的振動不能超標(biāo)，起到輔助控制轉(zhuǎn)速的作用。增加啟動閥的輔助控制功能，優(yōu)化開機(jī)過程中轉(zhuǎn)速控制程序。

在TRT 啟動畫面上設(shè)置“啟動閥轉(zhuǎn)速自動按鈕”“靜葉轉(zhuǎn)速自動”“轉(zhuǎn)速控制/轉(zhuǎn)速保持”三個按鈕；啟動條件滿足后，操作“啟動TRT”按鈕,啟動閥位手動給定一定開度、靜葉手動給定3%，轉(zhuǎn)速低于200 r/min，盤車脫開，操作畫面操作“靜葉轉(zhuǎn)速自動”，操作畫面確認(rèn)透平進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制；目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定3000 r/min，自動開啟動閥至18%，實際轉(zhuǎn)速升至800～1000 r/min；轉(zhuǎn)速自動保持，透平入口與BDC出口及透平出口溫差小于25 ℃暖機(jī)結(jié)束，操作“轉(zhuǎn)速保持按鈕”；實際轉(zhuǎn)速上升至2386 r/min轉(zhuǎn)速自動保持，檢查軸溫、軸振運行正常,確認(rèn)后操作“轉(zhuǎn)速保持按鈕”；實際轉(zhuǎn)速上升至2850 r/min 轉(zhuǎn)速自動保持，且同期允許燈亮，并自動停輔助潤滑油泵倒至主油泵運行，潤滑油系統(tǒng)排氣結(jié)束進(jìn)行倒泵，操作“轉(zhuǎn)速保持按鈕，實際轉(zhuǎn)速上升至3000 r/min,通知高爐、調(diào)度、電調(diào)準(zhǔn)備并網(wǎng)，同意后通知電氣人員操作勵磁建勵并進(jìn)行同期并網(wǎng)。

3.1.5 轉(zhuǎn)速PID參數(shù)優(yōu)化。

3.2 TRT剛并上網(wǎng)時的功率控制功能優(yōu)化

功率控制原理：按照TRT 靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動控制原理圖。功率作為被調(diào)對象（目標(biāo)值），靜葉作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2.1 存在問題

(1)功率信號不可靠會造成功率控制不穩(wěn)定。

(2)TRT 啟動過程中，當(dāng)TRT 剛并網(wǎng)時功率控制與頂壓控制未協(xié)調(diào)好，容易影起高爐頂壓波動大，影響高爐生產(chǎn)。

3.2.2 優(yōu)化措施一功率測量信號（被調(diào)對象）的可靠性處理。A：采集2個功率測量值信號；

B：每一個功率測量信號故障或者采集這個功率的輸入模板通道故障，都判斷為是這個功率故障；

C：2 個功率信號進(jìn)行2 取平均處理后定義為系統(tǒng)功率。

3.2.3 優(yōu)化措施二

功率自動控制邏輯優(yōu)化。

(1)功率控制的被控對象只是靜葉的開度。

(2)按一定的升/降速斜率升/降功率，并且升/降功率的條件兼顧頂壓，頂壓偏差在3.5 kPa 以內(nèi)升功率，大于3.5 kPa 保持當(dāng)前的靜葉開度，保證穩(wěn)定地升功率，不影響高爐的頂壓，實現(xiàn)對功率的精準(zhǔn)控制。

（3）增加一個“強(qiáng)制進(jìn)入頂壓控制”按鈕，可在緊急情況下強(qiáng)制進(jìn)入頂壓控制，保證高爐正常生產(chǎn)。

3.2.4 功率PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3.3 TRT正常運行過程中的頂壓控制功能優(yōu)化

頂壓控制原理：按照TRT 靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動控制原理圖，見圖1。頂壓作為被調(diào)對象（目標(biāo)值），靜葉作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3.1 存在問題

（1）頂壓實際值、測量值信號不可靠會造成調(diào)節(jié)功能失控。

（2）TRT 靜葉和減壓閥組均為高爐爐頂壓力控制設(shè)備，兩者并聯(lián)運行，相互協(xié)調(diào)不好會造成頂壓調(diào)節(jié)波動。

（3）高爐工藝（高爐上料系統(tǒng)的均壓、下密信號）對TRT靜葉頂壓調(diào)節(jié)干擾大。

3.3.2 優(yōu)化措施一（1）頂壓實際值、設(shè)定值信號的可靠性處理

TRT 靜葉調(diào)節(jié)的高爐頂壓實際值、設(shè)定值都是從高爐傳輸?shù)絋RT的，均需做信號的可靠性處理。

A：采集2個頂壓實際值信號；

B：高爐送往TRT 的頂壓實際值、設(shè)定值輸出都加隔離器進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。

C：TRT 采集到的頂壓實際值信號先作高選處理（二選高）。

(2)頂壓實際值、設(shè)定值進(jìn)行壞質(zhì)量判斷處理

頂壓實際值、設(shè)定值均進(jìn)行壞質(zhì)量判斷處理，只要判定為壞質(zhì)量故障，靜葉調(diào)節(jié)切手動，并且輸出一個固定開度，控制權(quán)交高爐調(diào)節(jié)頂壓。

A：采集的2 個頂壓實際值任意1 個的輸入模板通道故障，都判斷為是這個頂壓實際值為壞質(zhì)量；

B：在頂壓控制投入模式下，且TRT 為并網(wǎng)狀態(tài)，且無聯(lián)鎖停機(jī)信號，此時如果檢測到透平入口壓力高于155 kPa（可調(diào)）時，發(fā)出語音報警；判斷為信號壞質(zhì)量。

C：在TRT 頂壓調(diào)節(jié)時，當(dāng)高爐2 個測量值高選后在3 s 內(nèi)由90 kPa 以上突降至50 kPa 以下時，判斷為信號壞質(zhì)量。

D：在TRT 頂壓調(diào)節(jié)時，當(dāng)高爐設(shè)定值在3 s 內(nèi)由90 kPa 以上突降至50 kPa 以下時，判斷為信號壞質(zhì)量。

3.3.3 優(yōu)化措施二

針對TRT 靜葉和減壓閥組調(diào)節(jié)爐頂壓力重疊，造成高爐爐頂壓力波動大的問題，以TRT 運行模式為區(qū)別，將減壓閥組頂壓調(diào)節(jié)的PID 設(shè)置為雙PID調(diào)節(jié)參數(shù)。TRT 模式時，高爐減壓閥組調(diào)節(jié)采用弱PID，高爐模式時，高爐減壓閥組調(diào)節(jié)采用強(qiáng)PID。

3.3.4 優(yōu)化措施三

建立有料鐘高爐TRT頂壓自動控制模型。

(1)建立TRT爐頂壓力的常規(guī)控制模型

以高爐爐頂壓力設(shè)定值減去0.8～1.5 kPa 作為TRT 控制高爐爐頂壓力的設(shè)定值，優(yōu)化TRT 靜葉調(diào)節(jié)PID 參數(shù)，使其能夠滿足正常情況下對高爐爐頂壓力的控制要求。

(2)建立高爐均壓信號及料流信號干擾高爐爐頂壓力的TRT頂壓控制模型

將高爐爐頂均壓閥動作信號、高爐爐頂料流閥動作信號引入有料鐘高爐TRT 爐頂壓力的控制模型，根據(jù)工藝變化情況，針對高爐控制模式，將高爐的與上料有關(guān)的左右均壓、下密信號引入TRT 作為高爐頂壓調(diào)節(jié)補償條件，自定義頂壓調(diào)節(jié)補償功能塊，并調(diào)試、投運正常。

4 結(jié)束語

通過對攀鋼1#～5#高爐TRT 靜葉控制功能研究與優(yōu)化，解決了高爐爐頂壓力波動大，TRT一次性開機(jī)成功率不高，控制模式不合理及控制精度不高等問題。每座高爐工藝上料方式的不同(主要分為有料鐘高爐與無料鐘高爐),對高爐爐頂壓力的控制增加了難度，為確保高爐爐頂壓力波動范圍在設(shè)計值內(nèi)，經(jīng)過不斷摸索，現(xiàn)場不斷調(diào)整機(jī)械設(shè)備控制模式，系統(tǒng)參數(shù)控制模式優(yōu)化，優(yōu)化TRT 頂壓自動控制模型，增加控制參數(shù)邏輯及控制參數(shù)優(yōu)先選擇等措施，確保每座高爐爐頂壓力控制達(dá)到高爐爐頂壓力生產(chǎn)需求波動范圍。做好了TRT 的安全保產(chǎn)工作，保證TRT 多發(fā)電。在國內(nèi)眾多國產(chǎn)的TRT 裝置中，控制系統(tǒng)采用國產(chǎn)的DCS 系統(tǒng)，實現(xiàn)了全干式運行，達(dá)到了當(dāng)今國際先進(jìn)水平，具有良好的示范及推廣價值。