高炉TRT控制方案优化

高炉 制方案优化 朱雪莲 (攀钢能源动力中心设备室 ) 摘 要： 对攀钢新 3#高炉的炉顶煤气余压回收透平发电装置（ 现有 制系统存在的问题进行了系统地分析，并对该系统进行优化改进，明显提高了透平发电装置运行的稳定性和发电量。 关键词 ： 统 ； 转速 ； 顶压 ； 路控制系统 0 引言 随着炼铁生产工艺技术的不断改进和自动化控制技术的飞速发展，大容积高压的高炉的采用，高炉煤气中蕴藏能量的增加，高炉煤气压力潜在能量的利用就成为不可忽视的问题。高炉炉顶余压透平发电 （ 现代钢铁厂回收能量的最新技术之一，利用透平机的静叶角度控制高炉炉顶压力，同时透平机带动发电机发电，从而将高温高压煤气的势能转化为电能，将高炉煤气在减压阀组中损失的能量予以回收，此技术环保效益好，经济效益显著。 攀钢现 5 座高炉均已配套了 中新 3#高炉 发电机容量为 15 5 套 发电装机容量最大的。它采用全套国产设备： 透平机采用陕西鼓风机有限责任公司产品 ， 控制系统采用 浙大中控 组 于 2006 年 5 月并网发电，在运行前期出现了转速控制困难、顶压波动大、 机组出力不够等问题。 能源动力中心 自控专业组针对以上问题，并结合现场实际情况进行仔细的分析和 试 验，提出了改进措施，在保证高炉的顶压稳定的前提下做到了 出力最大化。 1 工艺简介 新 3#高炉 煤气余压透平发电装置，是利用高炉炉顶煤气的余压，把煤气导入透平中膨胀做功，驱动发电机发电的能量回收机组。该装置可回收高炉鼓风机所需能量的 25%30%，同时在正常运转时，能代替减压阀组，很好地调节、稳定炉顶压力，净化煤气，且对炉顶压力控制灵敏，波动幅度小，故对促使高炉顺行，增产有良好的作用。主要由八大部分组成： 70 透平机； 高低压发配电系统； 冷却水系统； 氮气密封系统； 润滑油系统； 液压伺服控制系统； 煤气管道及大型阀门系统； 自动控制系统 ，见图 1。 重力除尘器 高炉 减压 阀组 放散塔 反吹风机 散热器 布袋除尘器 螺旋运输机 搅泥机 皮带机 减压阀组 料仓 洗净塔 透平机 发电机 主管 42 2010 年第 33 卷第 6 期 图 1 干式高炉煤气余压透平工艺 工艺流程：高炉煤气经过干式除尘后分为两路，在不发电时经过减压阀组减压到管网压力，进入工艺主管网。在发电时经过入口电动蝶阀 入口眼镜阀 快切阀 透平机组膨胀作功减压到管网压力，进入工业管网。 2 控制策略 新 3#高炉 要 采用 静叶控制，在机组正常开机过程中， 入口蝶阀全开，通过静叶控制机组转速。在机组进入临界区时瞬间开大静叶开度（增加 10%开度），在冲过临界后立刻全关静叶再自动进入升速曲线。当转速达到 3000 r/网后，自动进入升功率曲线，并最终进入顶压控制，保证高炉顶压的稳定。不论是转速控制、功率控制、顶压控制，都是通过透平静叶调节来实现的，在开机过程中协调好三者之间的关系，是提高 机成功率的关键； 常运行过程中主要是顶压控制，在高炉正常生产时，利用透平静叶开度控制高炉顶压，取代了使用四阀组控制顶压的方式，根据以前其它高炉 制顶压 的经验：在实际运行中对高炉顶压的控制的稳定性比用四阀组好，四阀组调节时顶压波动达 5.0 用透平静翼开度控制高炉顶压后，顶压波动仅 2.0 右，同时，回收势能转化为电能。 新 3#高炉 制效果要达到其它高炉 制效果是 制系统优化研究的最终目的。 3 存在问题及采取的措施 启机过程中转速控制困难 由于新 3#高炉 平机组，在刚开始启动时，要保证高炉顶压调节稳定，静叶不能有大的开度，因此进行转速控制需要静叶开度很小，而在冲临界时，要求机组在临界转速区停留时间尽量短，则 需要静叶有大的开度，在冲过临界后必须立刻关闭静叶，否则会超速，因此转速控制困难。 图 2 为动及控制过程图 从以上问题看出，在转速控制过程中静叶的开度过小（ 5%以下）是造成转速调节困难的主要原因，而冲临界会造成超速也与静叶开度小有直接关系。因此决定在 入口蝶阀处增加一路旁路调节阀，管径为 800口蝶阀的管径为 1500当机组启动时将入口蝶阀全关，静叶保持在 1%左右，通过旁路调节阀来控制转速。在冲临界时同样将静叶瞬间开到 10%，并且旁路调节阀的开度也开到 80%。为了防止机组超速，在机组还未 冲过临界转速的时候就立即 将静叶和旁路调节阀全关 ，再使静叶开度保持在 1%，旁路调节阀控制转速。当机组并网后将旁路调节阀全关，使机组处于逆功率运行，然后缓慢打开 口蝶阀直至全开，完成旁路启动阀和入口蝶阀的切换。 采用旁路调节阀控制转速后，由于静叶开度小并且旁路调节阀的管径小，在转速控制时调节阀的开度可以达到 60%以上，所以相应的转速调节品质较高。在冲临界转速完成后将调节阀和静叶全关，就可以完全截断介质，避免因静叶的泄露造成的超速。在并网后调节阀和入口蝶阀的切换过程中， 由于此时 煤气过流量小，在发电机逆功率运行时对高炉的影响较小，电机逆功率的负荷也不高，影响程度在可承受的范围内。 顶压波动大 1） 动过程中功率控制与顶压控制协调不 好，容易 引 起高炉顶压波动 针对这个问题采取的措施是：在升功率过程中，以保高炉顶压调节为优先条件，当 高 炉顶压调节偏差大于 3 ，静叶保持当前开度等待，当顶压调节偏差在 3 内时，进行升功率调节；并增加一个 “强制进入顶压控制 ”按钮，可在紧急情况下强制进入顶压控制，保证高炉正常生产。 2） 进入正常的顶压调节后， 由于高炉申请启机 高炉同意启动 转速控制 冲临界转速 额定转速并网 升功率调节 顶压调节 图 2 动及控制过程 攀 钢 技 术 43 生产的不确定性导致对顶压的影响 进入正常的顶压调节后，由于高炉生产的不确定性每间隔 45 有一个大的干扰出现，这是高炉上料产生的，造成顶压波动大。 要消除这些干扰，仅靠简单的调节是实现不了的，需要将高炉的上料信号引入 统，做前馈补偿调节； 优化 压调节程序，增加顶压 保证高炉顶压调节稳定 ： 高炉顶压实测值与高炉顶压设定值的偏差 小于 值为变量 )时，投入补偿； 补偿值 =高炉顶压偏差 (值为变量 )。 通过以 上补偿调节措施的实施，消除了高炉产生大的干扰，保证了高炉顶压调节的稳定。 3） 静叶动作滞后，造成 压调节波动大 静叶是 压调节的执行机构，由于 新 3#高炉 叶动作滞后，即操作信号发出后，静叶持续 2 动作（动作滞后），突然来一个大的开度，造成了大的干扰，导致高炉顶压波动大。静叶动作滞后的原因是多方面的，目前存在的情况为静叶动作不是每时每刻都滞后，主要体现在小开度范围内滞后。 分析静叶动作在小开度范围内滞后的原因：伺服系统的各个环节的其中一个环节出了问题都可能产生静叶动作滞后，静 叶在小开度范围内滞后主要是静叶机械部分或者是油系统有问题。 针对静叶动作滞后的问题，首先检查静叶伺服控制器，让电信号的各个环节与伺服阀的机械位相对应，如果静叶伺服控制器、伺服阀没有问题，就要检查静叶机械部分、伺服油缸和动力油系统，解决这些环节的问题 也就 解决 了 静叶动作滞后的问题，从而让 制炉顶压达到理想状态。 4） 顶压调节 数未整定好，造成顶压容易波动 根据高炉的工艺变化，需要整定顶压调节 节系统的执行机构性能变化 或 更换相关设备 时 ，也需要整定调节 数。 5） 压调节在负偏差 波动的概率大，容易引起顶压调节波动 针对这个情况，将 压调节的设定值由原来的在高炉顶压设定值的基础上减 2 节改为减 1.5 节，目的是减小负偏差，让顶压调节参数与高炉的设定值更接近，减小干扰，提高调节质量。 4 控制系统优化效果 通过对新 3#高炉 制系统优化研究，完善了控制程序，提高了新 3#高炉 机成功率，找出了新 3#高炉 制炉顶压 力 波动大的原因，并且从控制系统上 采取 有效措施， 确保 安全，保证 发电。 控制系统采用国产的 统，同时实现全干式运行，具有良好 的示范效益及推广价值。 5 结