唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用

1唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司楊東風(fēng)李英華唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用12345目錄前言控制功能的應(yīng)用控制功能的改進(jìn)控制功能的應(yīng)用效果結(jié)語前言唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用前言：

唐鋼煉鐵南北區(qū)共有四座高爐煤氣余壓發(fā)電裝置（以下簡稱TRT），其中北區(qū)有兩座容積2000m3及一座容積3000m3高爐，分別配備兩套12MW及一套15MW濕式透平發(fā)電機(jī)組；南區(qū)有一座3200m3高爐，配備一套20MW干式透平發(fā)電機(jī)組，四套透平均為陜鼓制造，其工藝流程圖如下：潤滑油站高位動力油站煤氣透平發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)MM

減壓閥組氮?dú)饷芊釳M重力除塵布袋除塵低壓管網(wǎng)高爐唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用序號參數(shù)項(xiàng)目單位正常點(diǎn)最大點(diǎn)1透平入口煤氣流量Nm3/h33-5558.62透平入口煤氣壓力kPa（G）90-1802303透平入口煤氣溫度℃50-801204透平出口煤氣壓力kPa（G）10-11125透平入口煤氣含塵量mg/Nm3≤10≤106透平輸出功率kW8030速R/min30004套TRT透平主機(jī)主要性能參數(shù)之一唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用工作轉(zhuǎn)速：3000r/min，允許超速3240r/min(包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子)。

透平機(jī)工作轉(zhuǎn)向：從透平進(jìn)氣端看為順時(shí)針方向。型式：軸流、反動式透平、兩級靜葉可調(diào)且第一級靜葉可實(shí)現(xiàn)全

關(guān)閉

爐頂壓力波動值指標(biāo)：正常運(yùn)行±3kPa甩負(fù)荷時(shí)±8kPa透平主機(jī)振動值：正常值0.05mm；報(bào)警值0.08mm；停機(jī)值 0.16mm透平主機(jī)軸位移：正常值±0.2mm；報(bào)警值±0.3mm；停機(jī)值

±0.5mm4套TRT透平主機(jī)主要性能參數(shù)之二唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用第一部分

控制功能的應(yīng)用TRT裝置過程檢測及控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)綜合控制系統(tǒng)靜葉位置電液伺服控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用⑴TRT裝置過程檢測及控制系統(tǒng)TRT裝置過程檢測及控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)完成透平轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)功率、高爐頂壓、氮?dú)饷芊獠顗杭扒梆伒淖詣诱{(diào)節(jié)順序控制功能過程檢測系統(tǒng)主要完成啟停機(jī)聯(lián)鎖、大型閥門的開關(guān)聯(lián)鎖、低壓電氣聯(lián)鎖控制、高壓報(bào)警監(jiān)視及重故障緊急停機(jī)聯(lián)鎖控制主要對工藝過程及機(jī)組進(jìn)行全面的檢測唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用⑵前饋控制系統(tǒng)：

前饋控制系統(tǒng)是由安裝在煤氣總管上的流量計(jì)，壓力變送器和熱電阻進(jìn)行流量、壓力、溫度檢測，由AB-PLC實(shí)現(xiàn)流量的溫度、壓力補(bǔ)償運(yùn)算及快開閥開度控制。原理圖如下：流量測量補(bǔ)償壓力X2X1K比較器Y=k5(x1-x2)觸發(fā)觸發(fā)

延時(shí)器

函數(shù)發(fā)生器重故障FIK101B

去減壓閥組快開閥補(bǔ)償溫度X3觸發(fā)YX2X1YX2X1Y=n*x1*x2/x3信號保持

信號保持√Y=k1*x1/(k2*x2+k3)

重故障唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用⑶綜合控制系統(tǒng)①綜合控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速控制、功率控制和頂壓控制。轉(zhuǎn)速控制在機(jī)組的升降速階段進(jìn)行控制，在升速階段高爐側(cè)的自動閥屬正常自動控制，調(diào)速閥全關(guān)，靜葉也屬于關(guān)狀態(tài)。在降速階段高爐側(cè)的減壓閥組也屬于正常自動控制，靜葉處于關(guān)狀態(tài),調(diào)速閥有一定角度。其控制功能圖如下所示：

圖中三個(gè)轉(zhuǎn)速測量值由AB-PLC進(jìn)行高選，高選后的值進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制。SI201ASI201BSIA201

高選器

調(diào)節(jié)器外設(shè)

調(diào)速閥唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用②功率控制:當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000rpm且并網(wǎng)條件滿足時(shí)，完成并網(wǎng)。此時(shí)入口電動蝶閥慢慢全開，調(diào)速閥慢慢全關(guān)，升功率階段開始。功率測量由安裝在電氣柜內(nèi)的功率變送器完成，并將其信號送至控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)內(nèi)功率調(diào)節(jié)器與頂壓調(diào)節(jié)器信號做低選比較，將低值作為控制靜葉的信號，也就是說并網(wǎng)以后功率調(diào)解器的控制值較小，所以它在起作用。當(dāng)達(dá)到一定的控制值時(shí)低選器則選擇頂壓調(diào)節(jié)器的輸出值達(dá)到正常工況下的工作狀態(tài)。其控制功能圖如下：JI101低選器

靜葉功率調(diào)節(jié)器PI101頂壓調(diào)節(jié)器唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用③頂壓控制:頂壓測量值與頂壓設(shè)定值進(jìn)行比較，其偏差控制信號小于功率控制信號時(shí)機(jī)組就達(dá)到了頂壓控制階段，此時(shí)TRT側(cè)頂壓調(diào)節(jié)器的頂壓設(shè)定值SP，要比高爐側(cè)的頂壓設(shè)定值SP低一個(gè)△P值，TRT側(cè)頂壓調(diào)節(jié)器的輸出值用來控制靜葉的開度，與此同時(shí)，高爐側(cè)頂壓調(diào)節(jié)器的輸出值逐漸減小直至為零，而TRT側(cè)頂壓調(diào)節(jié)器的輸出值逐漸增大，從而實(shí)現(xiàn)了高爐側(cè)與TRT側(cè)頂壓的平穩(wěn)切換，實(shí)現(xiàn)高爐煤氣全回收的目的。其控制功能圖如下：+PVPV-SPJI101低選器

靜葉功率調(diào)節(jié)器TRT側(cè)頂壓調(diào)節(jié)器PI101

來自高爐頂壓的設(shè)定值SPTRT側(cè)高爐頂壓設(shè)定值的偏移量△P高爐側(cè)頂壓調(diào)節(jié)器

自動閥唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用⑷靜葉位置電液伺服控制系統(tǒng)前面已經(jīng)詳細(xì)介紹了轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)及頂壓控制系統(tǒng)。它們分別完成機(jī)組的轉(zhuǎn)速、功率及頂壓控制。而這些系統(tǒng)的最終執(zhí)行都是由靜葉開度大小來實(shí)現(xiàn)的，靜葉開度的控制又是由靜葉位置電液伺服控制系統(tǒng)來完成的。系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，該系統(tǒng)由伺服控制器、電液伺服閥、作動筒、靜葉及位置傳感器等組成閉環(huán)控制回路。位置傳感器控制信號Usr+伺服控制器電液伺服閥作動筒靜葉UfIDXp系統(tǒng)構(gòu)成圖唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用⑸單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)主要包括高壓氮封和低壓氮封系統(tǒng)，高壓氮封主要用于調(diào)速閥、快切閥和透平進(jìn)氣側(cè)的密封。低壓氮封主要用于透平排氣側(cè)。密封差壓不能過高也不能過低，過高會增加軸的磨損，過低則沒有密封效果。功能邏輯圖如下：（高低壓氮封系統(tǒng)功能相同）設(shè)定值測量值PID調(diào)節(jié)位置傳感器唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用第二部分控制功能的改進(jìn)新型VOITH閥技術(shù)采用AB公司RSLogix5000控制系統(tǒng)軟件建立頂壓控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型完善高爐運(yùn)行開發(fā)機(jī)組振動監(jiān)控分析數(shù)據(jù)通訊軟件唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用新型VOITH閥技術(shù)采用新型VOITH閥技術(shù)，該閥動態(tài)響應(yīng)快和無滯磁現(xiàn)象，轉(zhuǎn)換結(jié)果優(yōu)于0.1%，精度不會受空氣間隙、磁滯現(xiàn)象、溫度或電壓波動的影響，從mA輸入信號變化到成比的穩(wěn)定壓力時(shí)間短促（t<35毫秒），在惡劣環(huán)境下，電子及機(jī)械部分確保功能齊全，電液轉(zhuǎn)換器的所有電子元件包含在容器內(nèi)并具有防暴功能，油質(zhì)為NAS1638第7級，抗污染能力強(qiáng)。唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用采用AB公司RSLogix5000控制系統(tǒng)軟件通過選用Allen-Bradley公司提供的RSView及RSLogix5000梯形圖軟件編程包監(jiān)控系統(tǒng)軟件，建立有效監(jiān)視以及管理系統(tǒng)的全套工具，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況和操作需要，在監(jiān)控站制作多幅監(jiān)控畫面，全部采用中文界面，具有極強(qiáng)的可操作性。在各個(gè)不同監(jiān)控系統(tǒng)畫面下方均顯示TRT機(jī)組的重要實(shí)時(shí)參數(shù)，確保重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保正常運(yùn)行。另有報(bào)警報(bào)表，并在報(bào)警表上顯示報(bào)警發(fā)生時(shí)間、報(bào)警值、報(bào)警等級、報(bào)警點(diǎn)等報(bào)警信息。Ladder唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用建立頂壓控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型完善高爐運(yùn)行根據(jù)4座高爐不同的生產(chǎn)工藝和設(shè)備裝備條件,對TRT裝置高爐頂壓控制系統(tǒng)進(jìn)行理論分析,采用機(jī)理建模和基于現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的系統(tǒng)辨識相結(jié)合的方法,分別建立了高爐正常生產(chǎn)和TRT故障停機(jī)緊急切換瞬間高爐頂壓控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并對模型進(jìn)行了分析和仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明模型基本滿足高爐實(shí)際運(yùn)行狀況，其系統(tǒng)傳遞函數(shù)方程圖如下圖所示：實(shí)踐證明，通過對PID參數(shù)的優(yōu)化可以保證頂壓波動在±3kPa范圍內(nèi)，完全符合高爐控制要求?？刂菩盘朥sr+KaUfIQXpUKbG(S)=ζ2S2+2ξζS+1G(S)=1T2S2+2ξTS+1唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用開發(fā)機(jī)組振動監(jiān)控分析數(shù)據(jù)通訊軟件通過ModbusRTU通訊協(xié)議開發(fā)編制軟件程序，實(shí)現(xiàn)AB公司PLC系統(tǒng)和BENTLY公司的3500軸系儀表監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，將透平發(fā)電機(jī)組的振動幅度、一倍頻、二倍頻、相位、以及位移、鍵相、轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)顯示出來并做趨勢記錄，作為機(jī)組安全運(yùn)行的故障診斷依據(jù)。唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用第三部分控制功能應(yīng)用效果唐鋼高爐余壓發(fā)電機(jī)組控制功能技術(shù)應(yīng)用控制功能應(yīng)用效果唐鋼煉鐵廠南北區(qū)4座TRT自建成投產(chǎn)后，高爐頂壓控制穩(wěn)定，發(fā)電量明顯增高。ABPLC控制系統(tǒng)的CPU冗余、千兆級工業(yè)以太網(wǎng)、MODBUS與BENTLY機(jī)組振動位移監(jiān)測儀的通訊技術(shù)，并按照優(yōu)化的控制功能所提出的要求，實(shí)現(xiàn)了啟停機(jī)過程的自動化，保證了頂壓控制的平穩(wěn)過渡，并為透平發(fā)電機(jī)組振動故障分析提供了豐富的歷史數(shù)據(jù)。這些技術(shù)的成功運(yùn)用，解決了以下問題：TRT機(jī)組在正常啟動、運(yùn)行、停機(jī)過程中，不得影響高爐正常生產(chǎn)當(dāng)TRT機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生重大事故而緊急停車時(shí)，也不能對高爐頂造成大的波動。其控制標(biāo)準(zhǔn)為：透平正常運(yùn)行時(shí)，爐頂壓力波動±3kPa透平緊急停車及透平甩負(fù)荷時(shí)，爐頂壓力波動≦±