萊鋼TRT高精度機(jī)組保護(hù)控制系統(tǒng)

王彩琴，陳鐵軍

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪 271104）

信息化建設(shè)

萊鋼TRT高精度機(jī)組保護(hù)控制系統(tǒng)

王彩琴，陳鐵軍

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪 271104）

萊鋼TRT機(jī)組采用高精度保護(hù)控制方式，通過(guò)以太網(wǎng)通訊，由計(jì)算機(jī)運(yùn)算分別控制減壓閥組和靜葉，交接過(guò)程中頂壓無(wú)波動(dòng)，保證了TRT測(cè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與高爐本體控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步。控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，提高了高爐頂壓設(shè)定值和冶煉強(qiáng)度，降低了焦煤比，提高發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)TRT全天候運(yùn)行。

TRT；聯(lián)動(dòng)保護(hù)；冗余技術(shù)；控制系統(tǒng)

1 前言

近年來(lái)，中小型高爐采用了軸流式壓縮機(jī)和無(wú)鐘爐頂以及干法布袋除塵等先進(jìn)工藝技術(shù)，以及精料工作的深化和高爐操作技能水平的提高，從而提高爐頂煤氣壓力，增加了煤氣流量，凈化了煤氣質(zhì)量，為安裝TRT裝置提供了必備條件，TRT已經(jīng)成為中小型高爐的必備附屬設(shè)備之一。為此，以穩(wěn)定頂壓和保護(hù)機(jī)組安全為前提，從全方位入手，采用新的控制思路，進(jìn)行TRT高精度機(jī)組保護(hù)控制。

2 TRT工藝介紹

TRT是利用高爐煤氣余壓驅(qū)動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)并拖動(dòng)發(fā)電機(jī)組，將高爐煤氣的剩余壓力和溫度合理利用，轉(zhuǎn)換成電能并向電網(wǎng)發(fā)電［1］。通過(guò)將高爐煤氣中蘊(yùn)含的壓力能和熱能予以回收，達(dá)到節(jié)能、降噪、環(huán)保的目的，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是現(xiàn)代國(guó)內(nèi)、國(guó)際鋼鐵企業(yè)公認(rèn)的節(jié)能環(huán)保裝置。工藝流程如圖1所示。

圖1 TRT工藝流程

高爐產(chǎn)生的高爐煤氣，經(jīng)重力除塵器、干法除塵器，進(jìn)入TRT裝置。經(jīng)入口電動(dòng)蝶閥、入口插板閥、調(diào)速閥、快切閥，進(jìn)入透平機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，自透平出來(lái)的煤氣，進(jìn)入低壓管網(wǎng)，與原煤氣系統(tǒng)中減壓閥組并聯(lián)。

3 TRT高精度機(jī)組保護(hù)控制

在傳統(tǒng)的控制方式中，在TRT并入煤氣管網(wǎng)和退出煤氣管網(wǎng)時(shí)，是采用電話聯(lián)系、手動(dòng)操作的方式，在交接過(guò)程中，兩側(cè)都是采用手動(dòng)控制的方式，不可能實(shí)現(xiàn)同步加減，頂壓必然會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，影響高爐生產(chǎn)，且效率低，交接時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)機(jī)組、高爐都是十分不利的。萊鋼TRT機(jī)組控制采用高精度機(jī)組保護(hù)控制方式，通過(guò)以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)了TRT測(cè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與高爐本體控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步，在交接過(guò)程中，完全由計(jì)算機(jī)運(yùn)算分別控制減壓閥組和靜葉，能迅速的將頂壓控制權(quán)從一側(cè)交到另外一側(cè)，交接過(guò)程中頂壓無(wú)波動(dòng)。一側(cè)出現(xiàn)異常情況，兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行安全保護(hù)。

3.1 參數(shù)優(yōu)化

1）TRT靜葉頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)PID的設(shè)定值和測(cè)量值均來(lái)自于高爐傳輸?shù)挠簿€4～20 mA信號(hào)，在傳輸過(guò)程中難免會(huì)有一定的波動(dòng)，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)頂壓設(shè)定值的誤差在-0.4 kPa～0.4 kPa，測(cè)量值與此近似，兩個(gè)數(shù)值出現(xiàn)反向誤差時(shí)，可產(chǎn)生1個(gè)-0.8～0.8的偏差，嚴(yán)重影響了控制質(zhì)量。為此，增加了濾波程序段，對(duì)數(shù)值進(jìn)行濾波，減小傳輸誤差。2）更換新型號(hào)的LVDT傳感器，輸入采用4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)傳感器零點(diǎn)和量程反復(fù)校準(zhǔn)。對(duì)伺服控制器進(jìn)行優(yōu)化調(diào)校，在保證超調(diào)量的前提下提高伺服比例系數(shù)，提高靜葉調(diào)節(jié)精度和反應(yīng)速度。3）PID參數(shù)整定，調(diào)試期間設(shè)定多組參數(shù)分別試驗(yàn)，挑選控制精度最優(yōu)參數(shù)作為最終值，確保頂壓穩(wěn)定。

3.2 結(jié)合多重冗余技術(shù)

靜葉頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)PID的設(shè)定值和測(cè)量值是頂壓調(diào)節(jié)中至關(guān)重要的2個(gè)信號(hào)，信號(hào)的質(zhì)量和穩(wěn)定性直接影響到高爐頂壓的穩(wěn)定和精度，若在正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生信號(hào)中斷，將造成靜葉瞬間快開或者快關(guān)，會(huì)瞬間大幅度拉高或拉低高爐頂壓，造成崩料、超出高爐頂壓承受極限等后果，嚴(yán)重影響高爐的生產(chǎn)安全。在現(xiàn)有的TRT控制系統(tǒng)中，靜葉頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)PID的設(shè)定值和測(cè)量值均來(lái)自于高爐傳輸?shù)膯温酚簿€4～20 mA信號(hào)，安全性差。

引入多重冗余保護(hù)技術(shù)后，可解決此問(wèn)題。原有的硬線4～20 mA信號(hào)保留，作為首選信號(hào)；通過(guò)以太網(wǎng)從高爐主控PLC讀取一路數(shù)據(jù)；用透平入口煤氣壓力虛擬測(cè)量出一個(gè)數(shù)據(jù)；正常情況下采用硬線信號(hào)濾波處理后的數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行高選作為PID設(shè)定值和測(cè)量值；PLC檢測(cè)硬線信號(hào)品質(zhì)壞，采用以太網(wǎng)信號(hào)，虛擬測(cè)量數(shù)據(jù)作為備用信號(hào)；若發(fā)生極限情況，如高爐側(cè)PLC掉電時(shí)，則采用虛擬測(cè)量數(shù)據(jù)作為PID設(shè)定值和測(cè)量值。轉(zhuǎn)換過(guò)程均實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。通過(guò)以上措施，可最大限度的保證高爐頂壓的安全。

3.3 TRT三閥聯(lián)動(dòng)保護(hù)控制

TRT機(jī)組通常配備有2套旁通閥，兩旁通在工藝管道、閥門性能方面基本相同，在邏輯上定義其中一個(gè)為主旁通，另外一個(gè)為副旁通，主副權(quán)限可由操作人員手動(dòng)切換，在主旁通出現(xiàn)故障或報(bào)警時(shí)可自動(dòng)切換，主旁通在控制優(yōu)先級(jí)上高于副旁通。高爐爐況正常情況下頂壓由TRT機(jī)組靜葉調(diào)節(jié)，兩旁通閥都完全關(guān)閉。TRT機(jī)組在故障跳機(jī)和緊急停機(jī)時(shí)，旁通閥能在3 min內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)頂壓，旁通閥完全具備調(diào)控頂壓的能力［2］。

3.3.1 主旁通保護(hù)控制

在高爐出現(xiàn)故障狀況，如崩料、打水等情況時(shí)，TRT的煤氣流量瞬間增大，對(duì)透平機(jī)造成沖擊，軸向位移增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸瓦損壞。為此，引入頂壓高主旁通參與控制（見圖2），在高爐頂壓瞬間增大5 kPa以上時(shí)，主旁通閥迅速打開15%，直到頂壓穩(wěn)定，再根據(jù)頂壓情況關(guān)小，以保護(hù)機(jī)組安全。

3.3.2 主副旁通保護(hù)控制

在極限情況下，煤氣流量會(huì)瞬間變得非常大，一個(gè)旁通參與并不能迅速減少靜葉負(fù)擔(dān)，頂壓會(huì)持續(xù)升高，甚至高于設(shè)定值10 kPa。設(shè)計(jì)采用超大流量三閥聯(lián)動(dòng)保護(hù)控制，頂壓在高于設(shè)定值10 kPa時(shí)，在主旁通打開的同時(shí)，副旁通閥迅速打開一定開度，直到頂壓穩(wěn)定，再根據(jù)頂壓情況按照預(yù)定的速率線性關(guān)小，以保護(hù)機(jī)組安全，并保證TRT持續(xù)運(yùn)行發(fā)電。

圖2 高爐頂壓旁通參與控制

3.3.3 重故障機(jī)組保護(hù)控制

在高爐爐況嚴(yán)重不順，TRT重故障跳車后，在主旁通承擔(dān)了頂壓調(diào)節(jié)的工況下，也需要考慮頂壓高的工況。主旁通無(wú)法迅速穩(wěn)定高爐頂壓，此時(shí)副旁通快速打開一定開度，能起到泄壓的作用。

3.3.4 小負(fù)荷跳車保護(hù)控制

小負(fù)荷跳車是指機(jī)組在“小負(fù)荷”工況—開機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的TRT重故障跳車工況。為了在開機(jī)過(guò)程中更好地控制高爐頂壓，采用了新的控制思路。在開機(jī)過(guò)程中根據(jù)轉(zhuǎn)速、功率、透平機(jī)入口壓力、透平機(jī)出口壓力，采用經(jīng)驗(yàn)公式，估算出此時(shí)通過(guò)TRT的煤氣流量。根據(jù)旁通閥流量特性公式，按估算出的流量計(jì)算出旁通的預(yù)計(jì)開度，在出現(xiàn)重故障跳車工況時(shí)，快切閥速關(guān)的同時(shí)迅速將旁通閥打開預(yù)計(jì)開度，此時(shí)，原通過(guò)靜葉的煤氣量由旁通閥承擔(dān)，不會(huì)對(duì)高爐頂壓造成沖擊。

4 結(jié)語(yǔ)

萊鋼TRT高精度機(jī)組保護(hù)控制技術(shù)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，運(yùn)行穩(wěn)定性達(dá)到100%，TRT機(jī)組和高爐爐況都得到大幅提升，提高了高爐頂壓設(shè)定值和冶煉強(qiáng)度，降低了焦煤比，提高了高爐產(chǎn)量；在高爐故障時(shí)能迅速控制頂壓，保證高爐生產(chǎn)，提高發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)TRT全天候運(yùn)行，增加發(fā)電量。

［1］劉峰.高爐TRT控制工藝及實(shí)現(xiàn)［J］.重型機(jī)械，2007（2）：1.

［2］蘇峰.TRT高爐頂壓控制技術(shù)改造應(yīng)用［C］//中國(guó)金屬學(xué)會(huì).2007年中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

TRT High Precision Unit Protection Control System in Laiwu Steel

WANG Caiqin,CHEN Tiejun

（The Automation Department of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

In control unit of Laiwu Steel TRT protection unit,due to application of the high-precision control via Ethernet communications,computer operations were controlled by valve group and vanes,there were no top pressure fluctuation during the transfer process,that guaranteed data synchronization between the TRT test computer control system with blast furnace body control. After the control system were put into operation,the system was stable,reliable,and improved the blast furnace top pressure setpoint and smelting intensity,reduced coke ratio,increased generating capacity and achieve all-weather run TRT.

TRT;linkage protection;redundancy;control system

TP273.5

B

1004-4620（2015）01-0052-02

2014-04-21

王彩琴，女，1975年生，1998年畢業(yè)于包頭鋼鐵學(xué)院計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)。現(xiàn)為萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部高級(jí)工程師，從事自動(dòng)化控制工作。