唐钢高炉余压发电机组相关技术研究

1、1唐山钢铁集团有限责任公司唐山钢铁集团有限责任公司唐钢高炉余压发电机组唐钢高炉余压发电机组 控制功能技术应用控制功能技术应用12345 目 录前 言 前言： 唐钢炼铁南北区共有四座高炉煤气余压发电装置（以下简称TRT），其中北区有两座容积2 000 m3及一座容积3000m3高炉，分别配备两套12MW及一套15MW湿式透平发电机组；南区有一座3200m3高炉，配备一套20MW干式透平发电机组，四套透平均为陕鼓制造，其工艺流程图如下：润滑油站高位动力油站煤气透平发电机励磁机M氮气密封M重力除尘布袋除尘高炉序号参数项目单位正常点最大点1透平入口煤气流量Nm3/h33-5558.62透平入口煤气压力

2、kPa（G）90-1802303透平入口煤气温度50-801204透平出口煤气压力kPa（G）10-11125透平入口煤气含尘量mg/Nm310106透平输出功率kW8030速R/min30004套TRT透平主机主要性能参数之一 工作转速：3000r/min，允许超速3240r/min(包括发电机转子)。 透平机工作转向：从透平进气端看为顺时针方向。 型式：轴流、反动式透平、两级静叶可调且第一级静叶可实现全 关闭 炉顶压力波动值指标： 正常运行 3 kPa 甩负荷时 8 kPa 透平主机振动值：正常值 0.05mm； 报警值 0.08mm； 停机值 0.16mm 透平

3、主机轴位移：正常值 0.2mm；报警值 0.3mm；停机值 0.5mm4套TRT透平主机主要性能参数之二第一部分 控制功能的应用TRT装置过程检测及控制系统前馈控制系统综合控制系统静叶位置电液伺服控制系统单回路控制系统TRT装置过程检测及控制系统 TRT装置过程检测及控制系统 复合控制系统 完成透平转速、发电机功率、高炉顶压、氮气密封差压及前馈的自动调节 顺序控制功能 过程检测系统 主要完成启停机联锁、大型阀门的开关联锁、低压电气联锁控制、高压报警监视及重故障紧急停机联锁控制 主要对工艺过程及机组进行全面的检测 前馈控制系统： 前馈控制系统是由安装在煤气总管上的流量计，压力变送器和热电阻进行流

4、量、压力、温度检测，由AB-PLC实现流量的温度、压力补偿运算及快开阀开度控制。原理图如下：流量测量补偿压力X2X1K比较器Y=k5(x1-x2)触发触发 延时器 函数发生器重故障FIK101B 去减压阀组快开阀补偿温度X3触发YX2X1YX2X1Y=n*x1*x2/x3信号保持 信号保持Y=k1*x1/(k2*x2+k3) 重故障综合控制系统综合控制系统包括转速控制、功率控制和顶压控制。转速控制在机组的升降速阶段进行控制，在升速阶段高炉侧的自动阀属正常自动控制，调速阀全关，静叶也属于关状态。在降速阶段高炉侧的减压阀组也属于正常自动控制，静叶处于关状态,调速阀有一定角度。其控制功能图如下所示：

5、 图中三个转速测量值由AB-PLC进行高选，高选后的值进行转速调节控制。SI201ASI201BSIA201 高选器 调节器外设 调速阀功率控制:当转速达到3000rpm且并网条件满足时，完成并网。此时入口电动蝶阀慢慢全开，调速阀慢慢全关，升功率阶段开始。功率测量由安装在电气柜内的功率变送器完成，并将其信号送至控制系统。在控制系统内功率调节器与顶压调节器信号做低选比较，将低值作为控制静叶的信号，也就是说并网以后功率调解器的控制值较小，所以它在起作用。当达到一定的控制值时低选器则选择顶压调节器的输出值达到正常工况下的工作状态。其控制功能图如下：JI101低选器 静叶功率调节器PI101顶压调节器

6、顶压控制:顶压测量值与顶压设定值进行比较，其偏差控制信号小于功率控制信号时机组就达到了顶压控制阶段，此时TRT侧顶压调节器的顶压设定值SP，要比高炉侧的顶压设定值SP低一个P值，TRT侧顶压调节器的输出值用来控制静叶的开度，与此同时，高炉侧顶压调节器的输出值逐渐减小直至为零，而TRT侧顶压调节器的输出值逐渐增大，从而实现了高炉侧与TRT侧顶压的平稳切换，实现高炉煤气全回收的目的。其控制功能图如下： + PV PV - SPJI101低选器 静叶功率调节器TRT侧顶压调节器PI101 来自高炉顶压的设定值SPTRT侧高炉顶压设定值的偏移量P高炉侧顶压调节器 自动阀静叶位置电液伺服控制系统 前面已

7、经详细介绍了转速控制系统、功率控制系统及顶压控制系统。它们分别完成机组的转速、功率及顶压控制。而这些系统的最终执行都是由静叶开度大小来实现的，静叶开度的控制又是由静叶位置电液伺服控制系统来完成的。系统构成如下图所示，该系统由伺服控制器、电液伺服阀、作动筒、静叶及位置传感器等组成闭环控制回路。位置传感器控制信号 Usr +伺服控制器电液伺服阀作动筒静叶UfIDXp系统构成图单回路控制系统 单回路控制系统主要包括高压氮封和低压氮封系统，高压氮封主要用于调速阀、快切阀和透平进气侧的密封。低压氮封主要用于透平排气侧。密封差压不能过高也不能过低，过高会增加轴的磨损，过低则没有密封效果。功能逻辑图如下：（

8、高低压氮封系统功能相同）设定值测量值PID调节位置传感器第二部分 控制功能的改进新型VOITH阀技术采用AB公司RSLogix5000控制系统软件建立顶压控制系统数学模型完善高炉运行开发机组振动监控分析数据通讯软件 新型VOITH阀技术 采用新型VOITH阀技术，该阀动态响应快和无滞磁现象，转换结果优于0.1%，精度不会受空气间隙、磁滞现象、温度或电压波动的影响，从mA输入信号变化到成比的稳定压力时间短促（t35毫秒），在恶劣环境下，电子及机械部分确保功能齐全，电液转换器的所有电子元件包含在容器内并具有防暴功能，油质为NAS1638第7级，抗污染能力强。 采用AB公司RSLogix5000控制

9、系统软件 通过选用Allen-Bradley 公司提供的RSView及RSLogix5000梯形图软件编程包监控系统软件，建立有效监视以及管理系统的全套工具，根据生产实际情况和操作需要，在监控站制作多幅监控画面，全部采用中文界面，具有极强的可操作性。在各个不同监控系统画面下方均显示TRT机组的重要实时参数，确保重要参数的实时监控，确保正常运行。另有报警报表，并在报警表上显示报警发生时间、报警值、报警等级、报警点等报警信息。Ladder 建立顶压控制系统数学模型完善高炉运行 根据4座高炉不同的生产工艺和设备装备条件,对TRT装置高炉顶压控制系统进行理论分析,采用机理建模和基于现场实际运行数据的系

10、统辨识相结合的方法,分别建立了高炉正常生产和TRT故障停机紧急切换瞬间高炉顶压控制系统数学模型,并对模型进行了分析和仿真验证,仿真结果表明模型基本满足高炉实际运行状况，其系统传递函数方程图如下图所示： 实践证明，通过对PID参数的优化可以保证顶压波动在3kPa范围内，完全符合高炉控制要求。控制信号 Usr +KaUfIQXpUKbG(S)=2S2+2S+1G(S)=1T2S2+2TS+1 开发机组振动监控分析数据通讯软件 通过Modbus RTU通讯协议开发编制软件程序，实现AB公司PLC系统和BENTLY公司的3500轴系仪表监控系统之间的通讯数据传输等功能，将透平发电机组的振动幅度、一倍频

11、、二倍频、相位、以及位移、键相、转速等关键参数显示出来并做趋势记录，作为机组安全运行的故障诊断依据。第三部分 控制功能应用效果 控制功能应用效果 唐钢炼铁厂南北区4座TRT自建成投产后，高炉顶压控制稳定，发电量明显增高。AB PLC 控制系统的CPU冗余、千兆级工业以太网、MODBUS与BENTLY机组振动位移监测仪的通讯技术，并按照优化的控制功能所提出的要求，实现了启停机过程的自动化，保证了顶压控制的平稳过渡，并为透平发电机组振动故障分析提供了丰富的历史数据。这些技术的成功运用，解决了以下问题：TRT机组在正常启动、运行、停机过程中，不得影响高炉正常生产当TRT机组在运行中发生重大事故而紧急停车时，也不