TRT控制高炉顶压方案及优化方法与流程

本发明属于炼钢技术领域，涉及一种trt控制高炉顶压方案及优化方法。

背景技术：

新疆八一钢铁公司新区a、b、c三座2500m³高炉高炉煤气净化采用全干法除尘技术装置。三座高炉装配了三套干式trt发电机组，装机容量为3×12600kw。从2008年-2012年三座高炉trt发电机组陆续并网发电，高炉煤气余压透平发电装置（trt）作为高炉减压阀组的替代装置，回收了高炉炉顶煤气的压力能和热能，将这部分能量转化为电能，除了具有能源回收效果显著、发电成本低、降低噪声的特点外，同时还改善了高炉炉顶压力的控制品质。trt作为高炉系统的必要组成部分，对其可靠性和稳定性的要求很高，当trt发生故障时，不仅是作业率的降低，回收能源的减少，更大程度上是对高炉造成的影响。

高炉炉顶压力不稳，会引起炉内反应的剧烈波动。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。故高炉顶压的稳定是至关重要的，直接影响生铁的产量和质量。

炼铁分公司2500m³a高炉在工程建设期间，风口小套进出水未安装流量计。在五年多的生产过程中，当高炉风口小套出现破损，难以及时发现，导致小套烧损严重，炉内大量漏水；发现破损时采取控制水量养护的措施，水量测量靠人工用水桶接回水来测量，往往误差大，无法有效控制，延长控水时间减少休风率；在五年多的生产过程多次造成高炉热制度失常。

近几年，因此有必要针对2500m³高炉炉顶压力控制系统进行软硬件的摸索修改，完善高炉trt顶压控制系统在信号采集和传送的设计隐患，完善控制方式，优化trt控制程序，增加危急状况下的相应的保护程序，加强系统控制能力，以保证生产顺行。

高炉炉顶压力控制系统从控制系统的结构上来看，可分为trt正常运行时、正常停机时、紧急停车时和顶压异常时4种控制系统。

1.正常运行时

正常机组投运→并网→升功率过程中炉顶压力由高炉侧控制；升功率一般由手动控制,保持手动控制静叶角度。这个过程需要缓慢进行，同时观察高炉顶压波动情况，与高炉操作保持联系，尽量保持顶压的稳定。达到一定功率，同时静叶开到一定角度后，投入顶压自动控制。高炉顶压自动控制投入后，顶压设定值和实际值都由高炉提供，自动调节顶压。在trt侧炉顶压力调节回路中，trt本地设定值与高炉设定值维持一定的差值（高炉设定值-trt本地设定值=3kpa），这个差值可使静叶获得高炉顶压的控制权。当投人自动调节顶压后，判断本地顶压实际值比设定值高，所以静叶增加开度，使顶压降低，而顶压降低又会导致减压阀组调节系统判断实际值比设定值低，因此关闭减压阀使顶压升高。随着静叶的逐步打开和减压阀阀位的逐步减小，静叶的调节作用越来越明显，而减压阀的调节作用越来越弱，直到最终静叶获得所有控制权，而减压阀全部关闭。

2.正常停机时

正常停机时，在trt侧炉顶压力调节回路中的trt本地设定值与高炉设定值维持一定的差值（3kpa），这样该系统将控制可调静叶缓慢关小。同时，迫使高炉侧炉顶压力调节回路控制的减压阀组逐渐打开，在发电机与电网解列的同时，自动关闭紧急切断阀和可调静叶，正常停机完成，高炉炉顶压力完全交由高炉侧控制的减压阀组调节。

3.紧急停机时

当trt出现故障紧急停机时，减压阀组将替代静叶调节高炉顶压。当紧急停机时，快切阀快速关闭，静叶全关，减压阀组投入自动控制顶压，整个关闭过程应与高炉保持密切联系。最后关闭入口蝶阀，系统停机结束。

4.顶压异常时

高炉正常的生产中，出现出铁、打水、悬料、塌料等工况时，高炉顶压会发生较大的瞬时异常波动，若波动过大，静叶无法调整，则trt停机。为减少顶压短时异常波动造成的停机，保证在此顶压异常的情况下，trt仍能保持高炉顶压稳定调节，采用让减压阀组参与顶压调节，使trt顺利地渡过异常工况下的顶压波动：工况正常时，顶压调节由静叶完成，并且设定顶压调节时的静叶开度上限（76%），以保证机组的安全；当顶压测量与设定值偏差＞3kpa时，认为顶压异常，两快开阀进入参与顶压调节的状态，若静叶没有到开度上限，则继续调节直至开度上限，快开阀打开一定角度卸压，维持顶压稳定；待炉顶压力恢复正常值，静叶开度＜60%，两快开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。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种trt控制高炉顶压方案及优化方法，结合生产工艺和设备现状，从软硬件的摸索修改，完善高炉trt顶压控制系统在信号采集和传送的设计隐患，完善控制方式，优化trt控制程序，增加危急状况下的相应的保护程序，避免因trt故障引起高炉的顶压波动或事故，充分发挥trt提高顶压控制品质的优势，达到技术上成熟、先进，经济效益良好，确保生产方能准确进行控制和对炉况的把握，进一步提高炉炉况控制技术，保证高炉顺行、增产。

一种trt控制高炉顶压方案及优化方法，所述控制方案和优化方法由以下步骤完：

a.测量顶压1、2压变信号同时引进高炉本体机柜，如果高炉本体机柜不能正常通讯导致顶压无信号；

完善方案：顶压1、2压变信号应进入两个不同机柜，即两个压变信号分别进入炉顶过程站和本体过程站，预防某机柜信号不能正常通讯时，避免两个顶压信号都同时没有；

b.顶压1、顶压2压变至少有一个堵了或坏了，或者线路断、接线松动造成的顶压失真；

完善方案：当两个顶压压差小于3kpa，任取其中之一，压差大于5kpa，控制程序设计自动切换部分，即把热压也引进再与两顶压比较，三选二表决，与顶压偏差小的即为正常的；当压差大于10kpa时直接选择除尘器后煤气出口管压力作为顶压控制测量值更为稳妥；

c.四阀组的两个快开阀和两个调节阀在应该打开时卡死；

完善方案：四个阀设置下限位5%下限以防止机构卡死，避免在紧急开时不动作，至少两个快开阀应这样设置；

d.trt顶压控制的设定值和测量值来自于高炉，其中设定值由高炉值班长进行设置，如果顶压设置值由于各种原因输入错误，会导致顶压瞬间降低或升高；

完善方案：在高炉控制画面上制作设定值输入确认二次按钮，而且数值必须在一定范围内，这样可避免误操作，避免顶压控制系统震荡失控；

e.由高炉向trt传送的顶压设定值、测量值通讯传输过程中可能出现的数据包丢失和通讯中断（有可能是因为外设的原因导致，也可能是plc自身导致），导致设定值、测量值波动甚至死机，造成控制系统失控；

完善方案：

1)高炉顶压设定值是高炉值班室根据高炉炉况随时调整的关键参数，因此设定值和测量值应由网络通讯和硬线两种形式传到trt的plc，tcp/ip功能块实现的软件传递改为硬线链接，防止通信光纤中断引发事故；

2)在同时具备硬线和通讯两种传输模式情况下，编制比较判断传输故障、手自动切换程序，保证这两路信号传输的稳定性；

3)硬线采用双绞线重新敷设，中间无接头；

4)做好传输线路的屏蔽性能，屏蔽单点接地，提高抗干扰能力；

5)在trt侧安装隔离器，将接收到的模拟量进行整形滤波及电隔离处理；

f.当两个顶压其中一个显示异常或波动时；

完善方案：

1)可人为判断将顶压切换到显示正常的顶压上；

2)在控制程序增加自动切换部分，即把高炉下降管处采集的荒压也引进分别与1、2顶压比较，采用三选二机制，当被选的顶压值波动时自动切换到偏差小的即为正常顶压；

g.高炉紧急操作台里送往四阀组的模拟信号直接送往四阀组现场，而四阀组所在的房屋现场属于防爆危险区域；

完善方案：送往四阀组的模拟量应先通过安全栅后进行传输，起到对信号限压、限流、电隔离的作用，不仅防止危险能量从本安端子进入危险场所，提高防爆性能，而且增加抗干扰能力；

h.四阀组和trt调节系统画面无相对应的pdi输出趋势；

完善方案：阀位变化趋势图上应做上pdi输出对应的曲线图，便于故障查找；

i.trt对高炉顶压调节只是一个简单的pdi控制；

完善方案：

1)由于执行机构与反馈检测装置的位置距离较远,且控制大负荷变化，其执行机构与检测设备的迟延很大，根据pdi调节规律要求，选择调节器动作规律时应根据对象特性、负荷变化、主要扰动和系统的控制要求等具体情况，同时还应考虑系统的经济性以及系统投入方便等；

2)同时对象控制通道时间常数或容迟延很大，负荷变化很大时，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统；

j.前馈调节的应用

完善方案：在实际生产中，我们发现顶压波动与高炉的装料有密切关系，由于高炉是间歇性投料，当准备放料时顶压骤减，所以在原设定的基础上加上一个定值；当放料6圈后，顶压又会逐渐增大，所以在原设定的基础上减去一个定值，并且根据料种焦、矿的不同而两个定值不同；

在程序调试过程中遇到的主要技术问题首先是工况变化较大，导致参数适应性较差，必须建立多种状态去适应各种工艺情况，所以这种控制方式需要不断试验、整定；

k.因设备或生产需紧急停机时减压阀组无法迅速打开顶压迅速上升导致放散吹开事故；

完善方案：根据减压阀组快开阀的流量特性经过反复测试，确定阀的开度和流量的对应函数；当小流量煤气通过时，可以由静叶角度来换算减压阀组快开阀开度，当大流量煤气通过时，通过和流量的换算来决定减压阀组快开阀的预计开度；系统正常运行时，减压阀组快开阀开度值存放在某个内部寄存器中，当事故停机时，将该值送至阀位输出，减压阀组快开阀按照该开度值迅速打开，以避免事故发生。

附图说明

下面将结合附图对发明作进一步说明。

图1为本发明优化方法i中原来的pdi控制图。

图2为本发明优化方法i中升级的pdi控制图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

一种trt控制高炉顶压方案及优化方法，所述控制方案和优化方法由以下步骤完。

测量顶压1、2压变信号同时引进高炉本体机柜，如果高炉本体机柜不能正常通讯导致顶压无信号。

完善方案：顶压1、2压变信号应进入两个不同机柜，即两个压变信号分别进入炉顶过程站和本体过程站，预防某机柜信号不能正常通讯时，避免两个顶压信号都同时没有。

顶压1、顶压2压变至少有一个堵了或坏了，或者线路断、接线松动造成的顶压失真。

完善方案：当两个顶压压差小于3kpa，任取其中之一，压差大于5kpa，控制程序设计自动切换部分，即把热压也引进再与两顶压比较，三选二表决，与顶压偏差小的即为正常的；当压差大于10kpa时直接选择除尘器后煤气出口管压力作为顶压控制测量值更为稳妥。

四阀组的两个快开阀和两个调节阀在应该打开时卡死。

完善方案：四个阀设置下限位5%下限以防止机构卡死，避免在紧急开时不动作，至少两个快开阀应这样设置。

trt顶压控制的设定值和测量值来自于高炉，其中设定值由高炉值班长进行设置，如果顶压设置值由于各种原因输入错误，会导致顶压瞬间降低或升高。

完善方案：在高炉控制画面上制作设定值输入确认二次按钮，而且数值必须在一定范围内，这样可避免误操作，避免顶压控制系统震荡失控。

由高炉向trt传送的顶压设定值、测量值通讯传输过程中可能出现的数据包丢失和通讯中断（有可能是因为外设的原因导致，也可能是plc自身导致），导致设定值、测量值波动甚至死机，造成控制系统失控。

完善方案：

1)高炉顶压设定值是高炉值班室根据高炉炉况随时调整的关键参数，因此设定值和测量值应由网络通讯和硬线两种形式传到trt的plc，tcp/ip功能块实现的软件传递改为硬线链接，防止通信光纤中断引发事故；

2)在同时具备硬线和通讯两种传输模式情况下，编制比较判断传输故障、手自动切换程序，保证这两路信号传输的稳定性；

3)硬线采用双绞线重新敷设，中间无接头；

4)做好传输线路的屏蔽性能，屏蔽单点接地，提高抗干扰能力；

5)在trt侧安装隔离器，将接收到的模拟量进行整形滤波及电隔离处理。

当两个顶压其中一个显示异常或波动时。

1)可人为判断将顶压切换到显示正常的顶压上；

2)在控制程序增加自动切换部分，即把高炉下降管处采集的荒压也引进分别与1、2顶压比较，采用三选二机制，当被选的顶压值波动时自动切换到偏差小的即为正常顶压。

高炉紧急操作台里送往四阀组的模拟信号直接送往四阀组现场，而四阀组所在的房屋现场属于防爆危险区域。

完善方案：送往四阀组的模拟量应先通过安全栅后进行传输，起到对信号限压、限流、电隔离的作用，不仅防止危险能量从本安端子进入危险场所，提高防爆性能，而且增加抗干扰能力。

四阀组和trt调节系统画面无相对应的pdi输出趋势。

完善方案：阀位变化趋势图上应做上pdi输出对应的曲线图，便于故障查找。

trt对高炉顶压调节只是一个简单的pdi控制。

完善方案：

1)由于执行机构与反馈检测装置的位置距离较远,且控制大负荷变化，其执行机构与检测设备的迟延很大，根据pdi调节规律要求，选择调节器动作规律时应根据对象特性、负荷变化、主要扰动和系统的控制要求等具体情况，同时还应考虑系统的经济性以及系统投入方便等；

2)同时对象控制通道时间常数或容迟延很大，负荷变化很大时，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。

前馈调节的应用。

完善方案：在实际生产中，我们发现顶压波动与高炉的装料有密切关系，由于高炉是间歇性投料，当准备放料时顶压骤减，所以在原设定的基础上加上一个定值；当放料6圈后，顶压又会逐渐增大，所以在原设定的基础上减去一个定值，并且根据料种焦、矿的不同而两个定值不同。

在程序调试过程中遇到的主要技术问题首先是工况变化较大，导致参数适应性较差，必须建立多种状态去适应各种工艺情况，所以这种控制方式需要不断试验、整定。

因设备或生产需紧急停机时减压阀组无法迅速打开顶压迅速上升导致放散吹开事故；

trt因故退出控制系统后，大量的煤气如果不能及时排放掉,而减压阀组的调节作用会有相应的滞后,此时将会导致高炉顶压在短时间内升高,造成危险,顶压系统只有通过快速打开减压阀组快开阀,将大流量的煤气排到减压阀组后面来解决这个问题。减压阀组快开阀打开角度必须和流量相对应,如果角度太大,会使泄压过快,导致高炉顶压降低；如果角度太小,则不能够减掉相应流量的煤气,高炉顶压还是会升高。

完善方案：根据减压阀组快开阀的流量特性经过反复测试，确定阀的开度和流量的对应函数；当小流量煤气通过时，可以由静叶角度来换算减压阀组快开阀开度，当大流量煤气通过时，通过和流量的换算来决定减压阀组快开阀的预计开度；系统正常运行时，减压阀组快开阀开度值存放在某个内部寄存器中，当事故停机时，将该值送至阀位输出，减压阀组快开阀按照该开度值迅速打开，以避免事故发生。

本发明已经在新疆八一钢铁公司新区高炉顶压控制仪表系统设备应用，取得了预期的效果，仪表采集数据准确可靠，仪表控制系统工作正常，生产方控制的能力显著提高，炉况更加稳定，受到了生产方的好评。

经过以上软硬件的摸索修改，完善高炉trt顶压控制系统在信号采集和传送的设计隐患，完善控制方式，优化trt控制程序，增加危急状况下的相应的保护程序，避免因trt故障引起高炉的顶压波动或事故，充分发挥trt提高顶压控制品质的优势，达到技术上成熟、先进，经济效益良好，保证高炉运行、增产。