高爐TRT控制方案優(yōu)化

高爐 制方案優(yōu)化 朱雪蓮 (攀鋼能源動(dòng)力中心設(shè)備室 ) 摘 要： 對(duì)攀鋼新 3#高爐的爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置（ 現(xiàn)有 制系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，明顯提高了透平發(fā)電裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和發(fā)電量。 關(guān)鍵詞 ： 統(tǒng) ； 轉(zhuǎn)速 ； 頂壓 ； 路控制系統(tǒng) 0 引言 隨著煉鐵生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)和自動(dòng)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，大容積高壓的高爐的采用，高爐煤氣中蘊(yùn)藏能量的增加，高爐煤氣壓力潛在能量的利用就成為不可忽視的問題。高爐爐頂余壓透平發(fā)電 （ 現(xiàn)代鋼鐵廠回收能量的最新技術(shù)之一，利用透平機(jī)的靜葉角度控制高爐爐頂壓力，同時(shí)透平機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而將高溫高壓煤氣的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，將高爐煤氣在減壓閥組中損失的能量予以回收，此技術(shù)環(huán)保效益好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 攀鋼現(xiàn) 5 座高爐均已配套了 中新 3#高爐 發(fā)電機(jī)容量為 15 5 套 發(fā)電裝機(jī)容量最大的。它采用全套國產(chǎn)設(shè)備： 透平機(jī)采用陜西鼓風(fēng)機(jī)有限責(zé)任公司產(chǎn)品 ， 控制系統(tǒng)采用 浙大中控 組 于 2006 年 5 月并網(wǎng)發(fā)電，在運(yùn)行前期出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速控制困難、頂壓波動(dòng)大、 機(jī)組出力不夠等問題。 能源動(dòng)力中心 自控專業(yè)組針對(duì)以上問題，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行仔細(xì)的分析和 試 驗(yàn)，提出了改進(jìn)措施，在保證高爐的頂壓穩(wěn)定的前提下做到了 出力最大化。 1 工藝簡(jiǎn)介 新 3#高爐 煤氣余壓透平發(fā)電裝置，是利用高爐爐頂煤氣的余壓，把煤氣導(dǎo)入透平中膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的能量回收機(jī)組。該裝置可回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需能量的 25%30%，同時(shí)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能代替減壓閥組，很好地調(diào)節(jié)、穩(wěn)定爐頂壓力，凈化煤氣，且對(duì)爐頂壓力控制靈敏，波動(dòng)幅度小，故對(duì)促使高爐順行，增產(chǎn)有良好的作用。主要由八大部分組成： 70 透平機(jī)； 高低壓發(fā)配電系統(tǒng)； 冷卻水系統(tǒng)； 氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)； 潤(rùn)滑油系統(tǒng)； 液壓伺服控制系統(tǒng)； 煤氣管道及大型閥門系統(tǒng)； 自動(dòng)控制系統(tǒng) ，見圖 1。 重力除塵器 高爐 減壓 閥組 放散塔 反吹風(fēng)機(jī) 散熱器 布袋除塵器 螺旋運(yùn)輸機(jī) 攪泥機(jī) 皮帶機(jī) 減壓閥組 料倉 洗凈塔 透平機(jī) 發(fā)電機(jī) 主管 42 2010 年第 33 卷第 6 期 圖 1 干式高爐煤氣余壓透平工藝 工藝流程：高爐煤氣經(jīng)過干式除塵后分為兩路，在不發(fā)電時(shí)經(jīng)過減壓閥組減壓到管網(wǎng)壓力，進(jìn)入工藝主管網(wǎng)。在發(fā)電時(shí)經(jīng)過入口電動(dòng)蝶閥 入口眼鏡閥 快切閥 透平機(jī)組膨脹作功減壓到管網(wǎng)壓力，進(jìn)入工業(yè)管網(wǎng)。 2 控制策略 新 3#高爐 要 采用 靜葉控制，在機(jī)組正常開機(jī)過程中， 入口蝶閥全開，通過靜葉控制機(jī)組轉(zhuǎn)速。在機(jī)組進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)瞬間開大靜葉開度（增加 10%開度），在沖過臨界后立刻全關(guān)靜葉再自動(dòng)進(jìn)入升速曲線。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到 3000 r/網(wǎng)后，自動(dòng)進(jìn)入升功率曲線，并最終進(jìn)入頂壓控制，保證高爐頂壓的穩(wěn)定。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(shí)現(xiàn)的，在開機(jī)過程中協(xié)調(diào)好三者之間的關(guān)系，是提高 機(jī)成功率的關(guān)鍵； 常運(yùn)行過程中主要是頂壓控制，在高爐正常生產(chǎn)時(shí)，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，根據(jù)以前其它高爐 制頂壓 的經(jīng)驗(yàn)：在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)高爐頂壓的控制的穩(wěn)定性比用四閥組好，四閥組調(diào)節(jié)時(shí)頂壓波動(dòng)達(dá) 5.0 用透平靜翼開度控制高爐頂壓后，頂壓波動(dòng)僅 2.0 右，同時(shí)，回收勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。 新 3#高爐 制效果要達(dá)到其它高爐 制效果是 制系統(tǒng)優(yōu)化研究的最終目的。 3 存在問題及采取的措施 啟機(jī)過程中轉(zhuǎn)速控制困難 由于新 3#高爐 平機(jī)組，在剛開始啟動(dòng)時(shí)，要保證高爐頂壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定，靜葉不能有大的開度，因此進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制需要靜葉開度很小，而在沖臨界時(shí)，要求機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)停留時(shí)間盡量短，則 需要靜葉有大的開度，在沖過臨界后必須立刻關(guān)閉靜葉，否則會(huì)超速，因此轉(zhuǎn)速控制困難。 圖 2 為動(dòng)及控制過程圖 從以上問題看出，在轉(zhuǎn)速控制過程中靜葉的開度過?。?5%以下）是造成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)困難的主要原因，而沖臨界會(huì)造成超速也與靜葉開度小有直接關(guān)系。因此決定在 入口蝶閥處增加一路旁路調(diào)節(jié)閥，管徑為 800口蝶閥的管徑為 1500當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)將入口蝶閥全關(guān)，靜葉保持在 1%左右，通過旁路調(diào)節(jié)閥來控制轉(zhuǎn)速。在沖臨界時(shí)同樣將靜葉瞬間開到 10%，并且旁路調(diào)節(jié)閥的開度也開到 80%。為了防止機(jī)組超速，在機(jī)組還未 沖過臨界轉(zhuǎn)速的時(shí)候就立即 將靜葉和旁路調(diào)節(jié)閥全關(guān) ，再使靜葉開度保持在 1%，旁路調(diào)節(jié)閥控制轉(zhuǎn)速。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后將旁路調(diào)節(jié)閥全關(guān)，使機(jī)組處于逆功率運(yùn)行，然后緩慢打開 口蝶閥直至全開，完成旁路啟動(dòng)閥和入口蝶閥的切換。 采用旁路調(diào)節(jié)閥控制轉(zhuǎn)速后，由于靜葉開度小并且旁路調(diào)節(jié)閥的管徑小，在轉(zhuǎn)速控制時(shí)調(diào)節(jié)閥的開度可以達(dá)到 60%以上，所以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)品質(zhì)較高。在沖臨界轉(zhuǎn)速完成后將調(diào)節(jié)閥和靜葉全關(guān)，就可以完全截?cái)嘟橘|(zhì)，避免因靜葉的泄露造成的超速。在并網(wǎng)后調(diào)節(jié)閥和入口蝶閥的切換過程中， 由于此時(shí) 煤氣過流量小，在發(fā)電機(jī)逆功率運(yùn)行時(shí)對(duì)高爐的影響較小，電機(jī)逆功率的負(fù)荷也不高，影響程度在可承受的范圍內(nèi)。 頂壓波動(dòng)大 1） 動(dòng)過程中功率控制與頂壓控制協(xié)調(diào)不 好，容易 引 起高爐頂壓波動(dòng) 針對(duì)這個(gè)問題采取的措施是：在升功率過程中，以保高爐頂壓調(diào)節(jié)為優(yōu)先條件，當(dāng) 高 爐頂壓調(diào)節(jié)偏差大于 3 ，靜葉保持當(dāng)前開度等待，當(dāng)頂壓調(diào)節(jié)偏差在 3 內(nèi)時(shí)，進(jìn)行升功率調(diào)節(jié)；并增加一個(gè) “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)。 2） 進(jìn)入正常的頂壓調(diào)節(jié)后， 由于高爐申請(qǐng)啟機(jī) 高爐同意啟動(dòng) 轉(zhuǎn)速控制 沖臨界轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng) 升功率調(diào)節(jié) 頂壓調(diào)節(jié) 圖 2 動(dòng)及控制過程 攀 鋼 技 術(shù) 43 生產(chǎn)的不確定性導(dǎo)致對(duì)頂壓的影響 進(jìn)入正常的頂壓調(diào)節(jié)后，由于高爐生產(chǎn)的不確定性每間隔 45 有一個(gè)大的干擾出現(xiàn)，這是高爐上料產(chǎn)生的，造成頂壓波動(dòng)大。 要消除這些干擾，僅靠簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)不了的，需要將高爐的上料信號(hào)引入 統(tǒng)，做前饋補(bǔ)償調(diào)節(jié)； 優(yōu)化 壓調(diào)節(jié)程序，增加頂壓 保證高爐頂壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定 ： 高爐頂壓實(shí)測(cè)值與高爐頂壓設(shè)定值的偏差 小于 值為變量 )時(shí)，投入補(bǔ)償； 補(bǔ)償值 =高爐頂壓偏差 (值為變量 )。 通過以 上補(bǔ)償調(diào)節(jié)措施的實(shí)施，消除了高爐產(chǎn)生大的干擾，保證了高爐頂壓調(diào)節(jié)的穩(wěn)定。 3） 靜葉動(dòng)作滯后，造成 壓調(diào)節(jié)波動(dòng)大 靜葉是 壓調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于 新 3#高爐 葉動(dòng)作滯后，即操作信號(hào)發(fā)出后，靜葉持續(xù) 2 動(dòng)作（動(dòng)作滯后），突然來一個(gè)大的開度，造成了大的干擾，導(dǎo)致高爐頂壓波動(dòng)大。靜葉動(dòng)作滯后的原因是多方面的，目前存在的情況為靜葉動(dòng)作不是每時(shí)每刻都滯后，主要體現(xiàn)在小開度范圍內(nèi)滯后。 分析靜葉動(dòng)作在小開度范圍內(nèi)滯后的原因：伺服系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的其中一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題都可能產(chǎn)生靜葉動(dòng)作滯后，靜 葉在小開度范圍內(nèi)滯后主要是靜葉機(jī)械部分或者是油系統(tǒng)有問題。 針對(duì)靜葉動(dòng)作滯后的問題，首先檢查靜葉伺服控制器，讓電信號(hào)的各個(gè)環(huán)節(jié)與伺服閥的機(jī)械位相對(duì)應(yīng)，如果靜葉伺服控制器、伺服閥沒有問題，就要檢查靜葉機(jī)械部分、伺服油缸和動(dòng)力油系統(tǒng)，解決這些環(huán)節(jié)的問題 也就 解決 了 靜葉動(dòng)作滯后的問題，從而讓 制爐頂壓達(dá)到理想狀態(tài)。 4） 頂壓調(diào)節(jié) 數(shù)未整定好，造成頂壓容易波動(dòng) 根據(jù)高爐的工藝變化，需要整定頂壓調(diào)節(jié) 節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能變化 或 更換相關(guān)設(shè)備 時(shí) ，也需要整定調(diào)節(jié) 數(shù)。 5） 壓調(diào)節(jié)在負(fù)偏差 波動(dòng)的概率大，容易引起頂壓調(diào)節(jié)波動(dòng) 針對(duì)這個(gè)情況，將 壓調(diào)節(jié)的設(shè)定值由原來的在高爐頂壓設(shè)定值的基礎(chǔ)上減 2 節(jié)改為減 1.5 節(jié)，目的是減小負(fù)偏差，讓頂壓調(diào)節(jié)參數(shù)與高爐的設(shè)定值更接近，減小干擾，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。 4 控制系統(tǒng)優(yōu)化效果 通過對(duì)新 3#高爐 制系統(tǒng)優(yōu)化研究，完善了控制程序，提高了新 3#高爐 機(jī)成功率，找出了新 3#高爐 制爐頂壓 力 波動(dòng)大的原因，并且從控制系統(tǒng)上 采取 有效措施， 確保 安全，保證 發(fā)電。 控制系統(tǒng)采用國產(chǎn)的 統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)全干式運(yùn)行，具有良好 的示范效益及推廣價(jià)值。 5 結(jié)