快开旁通阀在TRT顶压调节控制中的应用.docx

SP炉顶压力设定值; PV炉顶压力测量值;e设定值与测量值的偏差图 1静叶 P ID 调节示意图信息化建设快开旁通阀在 TRT 顶压调节控制中的应用王 娟, 尚永茂, 王 猛( 莱芜钢铁集团有限公司 自动化部, 山东 莱芜 271104)摘 要: 通过静叶 PID 调节, 在 TRT 运行时实现对 2#1 880 m3 高炉炉顶压力的控制。对快开旁通阀控制改造后, 旁通阀不仅在 TRT 停机时参与顶压控制, 同时在并网发电的顶压异常情况下参与顶压调节, 稳定了炉顶压力, 减少了因炉顶压力过大 而造成的 TRT 停机故障, 满足了高炉生产的需要。关键词: TRT; 顶压调节; 快开旁通阀中图分类号: TP271+.32文献标识码: A文章编号: 1004- 4620( 2007) 06- 0062- 02机为最高优先级, 正常工况为最低优先级, 也是正常运行时使用的控制。2.1 正常工况在正常工况条件下, TRT 顶压调节采取正常的 PID 调节, 旁通阀全关, 静叶反 PID 调节输出。当顶 压升高时, 增大静叶开度; 顶压降低时, 减小静叶开 度, 使顶压保持稳定( 见图 1) 。1前言高炉煤气余压透平发电装置( Blast- Furnace GasTop Pressure Recovery Turbine Unit, 简称 TRT) 是利用 高炉炉顶煤气的余压和余热, 驱动发电机发电的一 种能量回收装置。对 TRT 的控制, 关键是通过静叶、 旁通阀来实现顶压的平稳控制。2顶压调节控制高炉顶压是高炉生产的重要参数, 炉顶压力不稳, 会引起炉况波动。顶压高于额定值时, 会使炉内 煤气气流分布不均, 引起崩料, 严重时会损坏设备。 而当顶压低于额定值时, 会引起炉内煤气体积增大, 气流压力损失增大, 煤气流速上升, 使炉喉磨损严 重, 更有甚者, 会引起炉顶设备事故。因此, 作为能量 回收的 TRT 设备, 投入运行的先决条件是在任何情 况下均能保证顶压稳定, 即在 TRT 设备启动、运行 和紧急停车时都不能引起顶压过大的波动。高炉原有设计是通过一组减压阀对顶压进行调 节, TRT 顶压调节不改变高炉原有减压阀组对炉顶 压力的控制, 只是在原系统上并上一路可调静叶。当 TRT 运行时, 利用 TRT 可调静叶实现对高炉炉顶压 力的自动控制, 在不改变高炉操作的前提下, 实现由 TRT 系统控制高炉顶压的目的。TRT 顶压调节的主要控制思路是: 正常生产时, 在保证高炉顶压稳定的前提下, 充分利用炉顶煤气 资源, 驱动发电机发电; 当 TRT 发生故障停机时, 在 保证高炉顶压稳定的前提下, 能及时安全地从煤气 管网中退出。TRT 对高炉顶压的控制, 采取了 4 级优 先控制。在程序中, 将其分为紧急停机、正常停机、顶 压异常、正常工况 4 种情况。在 4 种情况中, 紧急停2.2 顶压异常在高炉正常的生产过程中, 会有出铁、打水、悬 料、塌料等各种工况, 尤其是当高炉打水或者塌料 时, 高炉煤气流量和炉顶压力会瞬时产生较大的波 动, 顶压异常, 对 TRT 调节产生冲击。莱钢 2#1 880 m3 高炉原设计中只有静叶对顶压进行调节, 若波动 过大, 静叶无法调整, 则 TRT 停机。但实际过程中, 顶压异常的情况只有很小的一段时间, 若单纯因为 顶压异常停机, 待异常情况稳定后再重新开机, 会造 成极大的人力物力浪费。为了保证在此顶压异常的 情况下, TRT 仍然能够平稳地进行压力调节, 在保护 机组的前提下, 最大限度地利用煤气资源发电, 经过 详细的研究论证, 决定对 TRT 顶压异常时的控制进 行改造, 让旁通阀参与异常情况下的顶压调节, 使 TRT 顺利地渡过异常工况下的顶压波动。主要控制 流程如图 2 所示。图 2 为 TRT 顶压异常判 断的流程简图及 主要 控制思路, 实现了旁通阀在顶压异常时的控制。主要 控制思路为: 工况正常时, 顶压调节主要由静叶实 现 , 并且设定顶压调 节时的静叶开 度 上 限 ( 例 如65%) , 以保证机组的安全; 当顶压测量与设定值偏收稿日期: 2007- 05- 21作者简介: 王娟( 1981- ) , 女, 山东莱芜人, 2004 年 7 月毕业于哈尔滨 工业大学( 威海) , 现为莱钢自动 化部 助理 工程师 , 从事 工业 自动 控 制技术工作。62图 2顶压异常判断及控制流程图王娟等快开旁通阀在 TRT 顶压调节控制中的应用2007 年第 6 期压力的补偿, 得到煤气流量和阀门开度的折线函数。共有 3 个折线函数对应, 正常煤气流量, 40%煤气流 量, 60%煤气流量。补偿公式为: ( 煤气温度 +273) 1.331/2煤气流量 /330( 煤气测量压力 + 透平排气 压力) /100( 煤气测量压力 - 透平排气压力) /1001/2。2) 手动控制。两个快开旁通阀的控制相同, 正常 工况时, 旁通阀为手动控制状态, 且两旁通阀开度分 别对应一半的煤气流量; 当任一旁通阀故障无法打 开时, 另一旁通阀则加大开度, 以便更快地将煤气流量释放, 维持顶压稳定。以 1# 旁通阀的控制为例, 当2# 旁通阀的控制开度低于 7%时, 将 PTKD1 输出; 否 则根据煤气发生量来判断输出。选择 1# 旁通阀为主 阀门时, 当煤气发生量 50 000 时, 将 PTKD2 输 出。当 2# 旁通阀门为主阀门时, 如果煤气发生量50 000, 将 PTKD3 输出; 否则, 将 PTKD1 输出。PTKD1 为正常煤气流量计算旁通阀开度折线函 数输出; PTKD2 为 40%煤气流量计算旁通阀开度折 线函数输出; PTKD3 为 60%煤气流量计算旁通阀开 度折线函数输出。3) 自动控制。TRT 机组发出联锁停机信号 3 s 后, 快开旁通阀控制转为自动, 旁通阀迅速打开; 3 min 后, 再将快开旁通阀缓慢关闭。机组发出联锁停 机信号 3 min 内, 设定值为高炉顶压设定值; 3 min 后, 设定值为高炉顶压设定值加上 3, 测量值为高炉 顶压。快开旁通阀控制为变积分的 PID 控制, 当旁通阀 的开度 +PID 输出 - 100 2 时, 积分参数为 15 000, 对 应阀门开启速度较大; 否则为 2 000, 对应阀门开启 速度较小。差 5 kPa 时, 认为顶压异常, 两快开旁通阀进入参与顶压调节的状态, 此时若静叶没有到开度上限, 则 继续调节直至开度上限, 快开旁通阀通过执行顶压 异常时的 PID 调节, 打开一定角度卸压, 维持顶压稳 定; 待炉顶压力恢复正常值, 静叶开度 50% , 两旁 通阀均关闭时, 两旁通阀自动退出调节顶压状态, 控 制权返还给静叶, 继续由静叶进行调节。2.3 停机工况停机分为正常停机和紧急停机两种情况。停机 状况下旁通阀的动作为高炉煤气流量和旁通阀开度 的二维模糊数学模型。当机组发出停机指令后, 快开 旁通阀 PID 调节器在手动方式运行, 根据煤气流量 与阀 门开 度 的 折 线 函 数 对 阀 门 进 行 开 控 制 , 3 s 以 后, 该调节器转入自动方式运行, 对阀门进行变积分 PID 调节。该控制回路带有快开阀故障智能诊断功 能, 可以根据阀门的情况进行调整。1) 通过煤气流量计算阀门开度。经过煤气温度、3结束语莱 钢 2#1 880 m3 高 炉 TRT 顶 压 调 节 控 制 已 于2007 年 4 月完成了改造, 旁通阀不仅在停机时参与 顶压控制, 同时在并网发电的顶压异常情况下也参 与顶压调节, 极大地稳定了炉顶压力, 减少了因炉顶 压力波动过大而造成的 TRT 停机故障。自系统改造 投运以来, 运行情况良好, 满足了高炉生产的需要。Application of Fast Open Bypass Valve in the TopPr essur e Adjustment Contr ol of TRTWANG Juan, SHANG Yong- mao, WANG Meng( The Automation Department of Laiwu Iron and Steel Group Corporation, Laiwu 271104, China)Abstract: The control for the top pressure of No.2 1 880 m3 BF was realized through stator blade PID adjustment in TRT operation. After the transformation of fast bypass valve control, it participated in the control of the top pressure not only in the condition of TRT halt, at the same time, in the instance of abnormal top pressure when TRT connected to power grid. Then the top pressure was kept st