TRT全流程頂壓高精度控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用重大科技攻關(guān)課題申請(qǐng)書及可行性研究報(bào)告

自動(dòng)化部重大科技攻關(guān)課題立項(xiàng)申請(qǐng)書課題名稱：TRT全流程頂壓高精度控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用申請(qǐng)單位：鐵區(qū)動(dòng)力站申報(bào)時(shí)間：2009年2月2日萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部

填報(bào)說明1．申報(bào)自動(dòng)化部重大科技攻關(guān)課題應(yīng)填報(bào)《自動(dòng)化部重大科技攻關(guān)課題立項(xiàng)申請(qǐng)書》，并編寫《自動(dòng)化部重大科技攻關(guān)課題可行性研究報(bào)告》.2．“課題立項(xiàng)申請(qǐng)書”經(jīng)項(xiàng)目所在單位負(fù)責(zé)人簽章后，與“可行性研究報(bào)告”、一并報(bào)送,同時(shí)報(bào)送電子文擋。3．“課題立項(xiàng)申請(qǐng)書”和“可行性研究報(bào)告”的內(nèi)容必須真實(shí)、所附材料齊全,要求項(xiàng)目研究、開發(fā)目標(biāo)明確，內(nèi)容重點(diǎn)突出,技術(shù)路線清晰，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)科學(xué)、合理，階段目標(biāo)和年度進(jìn)展計(jì)劃明確,實(shí)施方案具體，經(jīng)費(fèi)預(yù)算合理.4．“課題立項(xiàng)申請(qǐng)書”中需詳細(xì)說明的內(nèi)容可加附頁。

課題概況課題名稱TRT全過程頂壓高精度控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用所屬領(lǐng)域□1、自動(dòng)化2、信息技術(shù)課題負(fù)責(zé)人姓名李興旺性別男出生年月1983.08學(xué)歷本科職稱助工聯(lián)系電-maillixingwang1983＠起始時(shí)間2009年2月終止時(shí)間2009年9月預(yù)期主要成果形式□□□1、論文論著2、研究報(bào)告3、新產(chǎn)品或農(nóng)業(yè)新品種4、新設(shè)備5、新材料6、新工藝或方法7、軟件8、其他經(jīng)費(fèi)合計(jì)（萬元）申請(qǐng)課題的必要性和依據(jù)（說明國家產(chǎn)業(yè)、技術(shù)政策,國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展水平和趨勢）TRT技術(shù)是利用高爐爐頂煤氣壓力能和熱能,通過膨脹透平做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，回收能量的技術(shù).其英文全稱為：“TopgaspressureRecoveryTurbineunit”，縮寫為TRT，全稱為：高爐爐頂煤氣壓力回收透平發(fā)電機(jī)組。近年來，中小型高爐在大修技改中，采用了軸流式壓縮機(jī)和無鐘爐頂以及干法布袋除塵等先進(jìn)工藝技術(shù)，為高爐強(qiáng)化冶煉提供了設(shè)備條件。隨煉鐵生產(chǎn)的發(fā)展，精料工作的深化和高爐操作技能水平的提高,為高爐強(qiáng)化冶煉創(chuàng)造了可靠的基礎(chǔ).從而,提高爐頂煤氣壓力，增加煤氣流量,凈化煤氣質(zhì)量已成現(xiàn)實(shí)，為安裝TRT裝置提供了必備條件。因TRT裝置是高爐的附屬設(shè)備，它既是能理回收裝置,又是高爐爐頂壓力調(diào)節(jié)裝置。對(duì)煉鐵生產(chǎn)來說應(yīng)分清主次關(guān)系，當(dāng)兩者矛盾時(shí)，應(yīng)服從高爐生產(chǎn)這個(gè)主流.所以,在任何情況下，都不能影響高爐的正常生產(chǎn)，其次再考慮能量回收。那么，在TRT機(jī)組運(yùn)行時(shí)，就應(yīng)按如下原則進(jìn)行:（1)在正常啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過程中，不得影響高爐正常生產(chǎn)；（2）當(dāng)TRT在運(yùn)行中發(fā)生重大事故而緊急停機(jī)時(shí)，不能對(duì)高爐頂壓造成大的波動(dòng)，一般不得超過±5kpa;（3）不能單獨(dú)向用戶送電，只能與工廠電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行；（4）在保證高爐爐況順行穩(wěn)定的前提下，盡量多發(fā)電；（5）必須做到整個(gè)高爐煉鐵系統(tǒng)的工藝配套實(shí)施，包括水、電、風(fēng)、汽及其管道、閥門、儀表等的同步設(shè)計(jì),以防局部環(huán)節(jié)卡住,影響全流程暢通，只有這樣才能保證分清高爐生產(chǎn)與頂壓發(fā)電的主次關(guān)系，才能發(fā)揮TRT技術(shù)的應(yīng)有作用。本課題TRT多功能綜合控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用則是順應(yīng)了這一主流，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，提高了高爐爐頂頂壓控制精度,提高了高爐頂壓設(shè)定值,提高冶煉強(qiáng)度，降低焦煤比。課題研究開發(fā)內(nèi)容及目標(biāo)（技術(shù)關(guān)鍵、技術(shù)路線和技術(shù)應(yīng)用前景）技術(shù)關(guān)鍵：穩(wěn)定高爐頂壓是TRT的控制思想關(guān)鍵所在，根據(jù)新的控制思路,從以下幾方面入手提高高爐頂壓穩(wěn)定性:在正常運(yùn)行工況下，提高靜葉自動(dòng)調(diào)節(jié)頂壓控制精度,使頂壓控制波動(dòng)范圍從傳統(tǒng)的±3KPa，提高到±1KPa。在TRT開機(jī)與高爐交接過程中，平滑升降速率,改變開機(jī)過程跳車保護(hù)控制方式，保證在交接過程中頂壓波動(dòng)控制在±1.5KPa之內(nèi)。改變在TRT重故障跳車時(shí)的控制思路，加入超前控制環(huán)節(jié)，減少停機(jī)對(duì)高爐頂壓的沖擊,在重故障跳車工況下,頂壓波動(dòng)控制在±2KPa之內(nèi)。增加在高爐極限工況下對(duì)高爐頂壓的保護(hù)。技術(shù)路線：1、一鍵式開機(jī)開機(jī)過程采用一鍵式開機(jī)模式,在TRT機(jī)組具備開機(jī)條件并且高爐工況允許情況下,按下申請(qǐng)啟動(dòng)按鈕，程序自動(dòng)給高爐發(fā)出申請(qǐng)啟動(dòng)信號(hào),高爐同意后TRT機(jī)組自動(dòng)進(jìn)入開機(jī)過程，TRT進(jìn)入轉(zhuǎn)速PID控制模式，轉(zhuǎn)速PID控制靜葉開度以控制升速,PID設(shè)定值由升速曲線控制逐步提高,自動(dòng)低速暖機(jī)，快速通過臨界，轉(zhuǎn)速達(dá)到2950轉(zhuǎn)后自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)同期工況，在準(zhǔn)同期工況下轉(zhuǎn)速PID接受來自自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的升速、降速信號(hào),調(diào)整與網(wǎng)頻的α角度，調(diào)整初功率,并網(wǎng)后，TRT機(jī)組自動(dòng)進(jìn)入升功率工況，將按照設(shè)定好的升功率速率增大通過靜葉的煤氣流量，提升功率，通過TRT的煤氣流量達(dá)到一定量時(shí)，TRT自動(dòng)投入頂壓調(diào)節(jié)工況，該工況下，頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)PID接受來自于高爐主控PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的頂壓設(shè)定值和頂壓測量值信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，TRT進(jìn)入正常運(yùn)行工況，開機(jī)過程完成。停機(jī)停機(jī)準(zhǔn)備就緒申請(qǐng)啟動(dòng)自動(dòng)升速升功率頂壓調(diào)節(jié)開機(jī)完成跳車保護(hù)頂壓交接2、小負(fù)荷跳車在啟動(dòng)過程中可能會(huì)出現(xiàn)TRT重故障跳車工況，按照傳統(tǒng)的控制方式，此時(shí)旁通閥按照煤氣流量快開一定開度后投入自動(dòng)調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)對(duì)象為高爐頂壓,PID設(shè)定值為高爐傳送過來的信號(hào)，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中我們發(fā)現(xiàn)，此方式有兩大缺點(diǎn):（1）煤氣流量測量元件為威力巴流量計(jì)，在管道內(nèi)流通小流量時(shí)測量數(shù)值不準(zhǔn)確。以老區(qū)4#TRT為例,升速過程TRT煤氣流量小于30000Nm3,，而采用的的煤氣流量計(jì)量程為0～260000Nm3，升速過程中大部分時(shí)間流量處于測量不到的狀態(tài)，如此時(shí)停機(jī),旁通閥并不會(huì)打開，對(duì)高爐爐頂壓力必然會(huì)有一定的影響.（2）在開機(jī)過程中，投入頂壓調(diào)節(jié)之前高爐減壓閥組自動(dòng)閥處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)如TRT重故障跳車,旁通閥投入自動(dòng)調(diào)節(jié)，就會(huì)進(jìn)入高爐減壓閥組自動(dòng)閥和TRT旁通閥同時(shí)處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，調(diào)節(jié)對(duì)象都是高爐頂壓。減壓閥組自動(dòng)閥PID的超調(diào)量成為TRT旁通閥PID的外擾，TRT旁通閥PID的超調(diào)量成為減壓閥組自動(dòng)閥PID的外擾,會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)PID爭奪頂壓控制權(quán)的現(xiàn)象，使頂壓不穩(wěn)定。為了在開機(jī)過程中更好的控制高爐頂壓，我們采用了新的控制思路，在開機(jī)過程中根據(jù)轉(zhuǎn)速的上升和功率計(jì)算出此時(shí)通過TRT的煤氣流量，根據(jù)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)，快切速關(guān)的同事迅速將旁通閥打開預(yù)計(jì)開度卸壓，并保持該位置不動(dòng)，直到頂壓穩(wěn)定后，線性關(guān)閉至全關(guān)，將頂壓控制任務(wù)全部交給高爐減壓閥組,完成停機(jī)過程。3、靜葉頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)優(yōu)化我們對(duì)TRT靜葉頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)各方面進(jìn)行了優(yōu)化：TRT靜葉頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)PID的設(shè)定值和測量值均來自于高爐傳輸?shù)挠簿€4～20mA信號(hào)，在傳輸過程中難免會(huì)有一定的波動(dòng)，實(shí)際運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)頂壓設(shè)定值的誤差在—0。4～0。4KPa間，測量值與此近似,兩個(gè)數(shù)值出現(xiàn)反向誤差時(shí)，可產(chǎn)生一個(gè)—0.8～0.8的偏差。嚴(yán)重影響了控制質(zhì)量。為此我們加入了濾波程序段，對(duì)數(shù)值進(jìn)行濾波,減小傳輸誤差.對(duì)靜葉開度測量LVDT傳感器進(jìn)行反復(fù)校準(zhǔn),同時(shí)對(duì)伺服控制器進(jìn)行調(diào)校，優(yōu)化伺服控制器參數(shù),提高靜葉的調(diào)節(jié)精度和反應(yīng)速度.對(duì)靜葉頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)PID的PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高控制精度。通過一系列的優(yōu)化，頂壓控制精度從傳統(tǒng)的±3KPa，提高到±1KPa。4、重要數(shù)據(jù)多重冗余保護(hù)TRT靜葉頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)PID的設(shè)定值和測量值均來自于高爐傳輸?shù)膯温酚簿€4～20mA信號(hào),安全性差，一旦出現(xiàn)信號(hào)中斷現(xiàn)象，將造成靜葉瞬間快開或者快關(guān)現(xiàn)場,對(duì)高爐頂壓影響嚴(yán)重，在引入多重冗余保護(hù)技術(shù)后，可解決此問題，原有的硬線4～20mA信號(hào)保留，作為首選信號(hào)，同時(shí)通過以太網(wǎng)從高爐主控PLC讀取一路數(shù)據(jù)，并用透平入口煤氣壓力計(jì)算出一個(gè)數(shù)據(jù)，兩路數(shù)據(jù)作為備用，在硬線信號(hào)出現(xiàn)故障后，無擾轉(zhuǎn)入備用信號(hào)，保證頂壓的穩(wěn)定.5、頂壓高旁通參與在高爐出現(xiàn)故障狀況，如崩料、打水等情況時(shí)，通過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)甚至?xí)斐奢S瓦損壞的嚴(yán)重后果。為了解決此問題，我們引入頂壓高旁通參與邏輯,在高爐頂壓瞬間增大5KPa以上時(shí)，主旁通閥迅速打開15％，并根據(jù)頂壓狀況迅速打開,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。6、頂壓超高旁通參與在某些嚴(yán)重高爐故障情況下,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)升高至高于設(shè)定值10KPa以上，此時(shí)副旁通閥迅速打開,并根據(jù)頂壓狀況迅速打開，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.7、TRT重故障跳車旁通調(diào)節(jié)頂壓在TRT重故障跳車后，主旁通承擔(dān)了頂壓調(diào)節(jié)的任務(wù)，高爐頂壓由旁通頂壓控制PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，但控制精度比靜葉差，為了解決此問題，我們采取與提高靜葉頂壓調(diào)節(jié)頂壓PID類似的方式，對(duì)高爐頂壓設(shè)定值信號(hào)進(jìn)行濾波處理，調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥參數(shù),優(yōu)化旁通頂壓調(diào)節(jié)PID參數(shù)，提高控制精度。8、旁通調(diào)節(jié)頂壓工況下高爐頂壓保護(hù)TRT重故障跳車后，主旁通承擔(dān)了頂壓調(diào)節(jié)的任務(wù)，此時(shí)如高爐出現(xiàn)故障狀況，如崩料、打水等情況時(shí)，主旁通無法迅速穩(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。技術(shù)應(yīng)用前景：本系統(tǒng)提高了高爐頂壓控制精度，使高爐頂壓設(shè)定值有了提高的空間，提高了冶煉強(qiáng)度，降低了焦煤比，提高了高爐產(chǎn)量，性能穩(wěn)定可靠,操作維護(hù)方便，在降低能耗、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用，可在全國冶金行業(yè)廣泛推廣應(yīng)用。課題實(shí)施的條件（1、基礎(chǔ)設(shè)施條件；2、科研開發(fā)力量;3、組織管理體系;4、資金籌措;5、科技合作交流)目前,我們已經(jīng)基本掌握了系統(tǒng)的圖紙資料,并能夠深入現(xiàn)場進(jìn)行部分研究工作；我們成立了攻關(guān)課題小組,主要由5名工程師和5名助工組成；主要的資金花費(fèi)主要在外出學(xué)習(xí)方面,需要對(duì)類似系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行考察,與相關(guān)設(shè)備廠家和技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場的技術(shù)交流。課題主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的預(yù)期效益）綜合上述幾項(xiàng),年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益為：提高了TRT安全性,減少了停機(jī)次數(shù),提高了發(fā)電量，按每年減少4次計(jì)算：在高爐出現(xiàn)故障時(shí)，能保證高爐頂壓的穩(wěn)定，減少高爐休風(fēng)次數(shù),提高了高爐產(chǎn)量，按每年減少10次計(jì)算:3、本系統(tǒng)功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定，安全容錯(cuò),高度自動(dòng)控制功能降低了司爐工的勞動(dòng)強(qiáng)度,減少工人數(shù)量,工人工資按40000元/人計(jì)算，年可減少開支：4。0(萬元）×3（人）=12。0萬元.合計(jì)：×××+×××+×××+×××≈×××萬元課題實(shí)施的分階段目標(biāo)和年度進(jìn)展計(jì)劃工藝設(shè)備的研究掌握；程序的深入優(yōu)化和完善；3、課題組成員的技術(shù)交流和共同掌握；主要要參加人員負(fù)責(zé)人姓名性別出生年月學(xué)歷職稱（職務(wù)）業(yè)務(wù)專業(yè)工作單位李興旺男1983.08本科助理工程師自動(dòng)化鐵區(qū)車間主要研究人員自動(dòng)化部重大科技攻關(guān)課題可行性研究報(bào)告課題名稱：TRT全過程頂壓高精度控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用編制單位：鐵區(qū)動(dòng)力站編制人：李興旺編制時(shí)間:2009年2月日萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部編制提綱一、概述簡述課題提出的背景、技術(shù)開發(fā)狀況、現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場形勢以及國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策；課題的主要用途、性能；實(shí)施的目的意義，主要研發(fā)內(nèi)容和技術(shù)難點(diǎn)。二、技術(shù)可行性分析1、課題的技術(shù)路線、工藝的科學(xué)性、合理性，關(guān)鍵技術(shù)的先進(jìn)性論述。2、課題技術(shù)水平與國內(nèi)外同類的比較。三、立項(xiàng)成熟程度1、課題研發(fā)的前期工作情況及技術(shù)基礎(chǔ)。2、對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、創(chuàng)新和后續(xù)開發(fā)能力。四、市場需求情況和風(fēng)險(xiǎn)分析國