八鋼2500m3高爐頂壓控制及優化

宋純東

（寶鋼集團八鋼公司檢修中心）

八鋼2500m3高爐頂壓控制及優化

宋純東

（寶鋼集團八鋼公司檢修中心）

重點闡述了TRT控制高爐頂壓系統的主要特點和控制的基本方法。通過對八鋼高爐頂壓系統運行現狀的分析，指出了當前運行中存在問題、原因，為保證高爐頂壓控制的穩定可靠，進行了優化改進。

高爐煤氣；余壓透平發電裝置（TRT）；高爐頂壓調節；優化方案

聯系人：宋純東，男，42歲，本科，工程師，烏魯木齊（830022）寶鋼集團八鋼公司檢修中心

E-mail：Songcd@bygt.com.cn

1 前言

八鋼公司新區A、B、C三座2500m3高爐的煤氣凈化采用全干法除塵技術裝置。三座高爐裝配了三套干式TRT發電機組，裝機容量為3×12600kW。從2008～2012年三座高爐TRT發電機組陸續并網發電，高爐煤氣余壓透平發電裝置（TRT）作為高爐減壓閥組的替代裝置，回收了高爐爐頂煤氣的壓力能和熱能，將這部分能量轉化為電能，除了具有能源回收效果顯著、發電成本低、降低噪聲的特點外，同時還改善了高爐爐頂壓力的控制品質。TRT作為高爐系統的必要組成部分，對其可靠性和穩定性的要求很高，當TRT發生故障時，不僅使作業率降低，回收能源的減少，更大程度上是會影響高爐正常生產。

高爐爐頂壓力不穩，會引起爐內反應的劇烈波動。頂壓高于額定值時，會使爐內煤氣氣流分布不均，引起崩料，嚴重時會損壞設備；而當頂壓低于額定值時，會引起爐內煤氣體積增大，氣流壓力損失增大，煤氣流速上升，使爐喉磨損嚴重。更為嚴重時，會引起爐頂設備事故，直接影響生鐵的產量和質量，故高爐頂壓的穩定是至關重要的。

2 2500m3高爐頂壓控制系統簡述

高爐頂壓控制設備保證在正常工況下，爐頂壓力一般保持在約220 kPa，其頂壓控制是利用TRT和調壓閥組共同作用實現的，如圖1所示。

在高爐爐況穩定情況下，高爐煤氣發生量基本可維持在一個穩定的范圍，2500m3高爐煤氣發生量正常維持在28～34萬m3／h。通過TRT裝置的高爐煤氣流通量要盡可能多，發電量提升才能有所保證。所以盡可能讓煤氣全部通過TRT，使高爐煤氣質量流量最大。實現煤氣全回收必須關閉與TRT并聯的減壓閥組，2500m3高爐TRT并聯的減壓閥組有4個閥組成，其中2個比例閥（保證快開）和2個伺服調節閥（參與自動控制），作用是在TRT發生故障、停機及靜葉調節達到76%時能夠緊急備用，并參與高爐頂壓的控制。高爐頂壓設定值是由高爐值班室根據高爐爐況隨時調整的關鍵調節參數，也是TRT透平機調節頂壓的參照量。目前情況下頂壓的設定值和測量值是通過硬線形式由高爐系統PLC傳送到TRT系統PLC。具體TRT控制流程見圖2。

圖2 TRT控制流程圖

TRT調節控制頂壓目的主要有兩個：一是正常生產時，在保證高爐頂壓穩定的前提下，充分利用爐頂煤氣資源，驅動發電機發電；另一個是當TRT發生故障停機時，在保證高爐頂壓穩定的前提下，能及時安全地從煤氣管網中退出。因此TRT高爐爐頂壓力控制系統從控制結構來看，可分為TRT正常運行時、正常停機時、緊急停車時和頂壓異常時4種控制系統。

2.1 正常運行時

正常機組投運→并網→升功率過程中爐頂壓力由高爐側控制。升功率一般由手動控制,保持手動控制靜葉角度。這個過程需要緩慢進行，同時觀察高爐頂壓波動情況，與高爐操作保持聯系，盡量保持頂壓的穩定。達到一定功率，同時靜葉開到一定角度后，投入頂壓自動控制。高爐頂壓自動控制投入后，頂壓設定值和實際值都由高爐提供，自動調節頂壓。在TRT側爐頂壓力調節回路中，TRT本地設定值與高爐設定值維持一定的差值（高爐設定值-TRT本地設定值=3 kPa），這個差值可使靜葉獲得高爐頂壓的控制權。當投人自動調節頂壓后,判斷本地頂壓實際值比設定值高,所以靜葉增加開度,使頂壓降低,而頂壓降低又會導致減壓閥組調節系統判斷實際值比設定值低,因此關閉減壓閥使頂壓升高。隨著靜葉的逐步打開和減壓閥閥位的逐步減小,靜葉的調節作用越來越明顯,而減壓閥的調節作用越來越弱,直到最終靜葉獲得所有控制權,而減壓閥全部關閉。

2.2 正常停機時

正常停機時，在TRT側爐頂壓力調節回路中的TRT本地設定值與高爐設定值維持一定的差值（3 kPa），這樣該系統將控制可調靜葉緩慢關小。同時，迫使高爐側爐頂壓力調節回路控制的減壓閥組逐漸打開，在發電機與電網解列的同時，自動關閉緊急切斷閥和可調靜葉，正常停機完成，高爐爐頂壓力完全交由高爐側控制的減壓閥組調節。

2.3 緊急停機時

當TRT出現故障緊急停機時，減壓閥組將替代靜葉調節高爐頂壓。當緊急停機時，快切閥快速關閉，靜葉全關，減壓閥組投入自動控制頂壓，整個關閉過程應與高爐保持密切聯系。最后關閉入口蝶閥，系統停機結束。

2.4 頂壓異常時

高爐正常生產中，出現出鐵、打水、懸料、塌料等工況時，高爐頂壓會發生較大的瞬時異常波動，若波動過大，靜葉無法調整，則TRT停機。為減少頂壓短時異常波動造成的停機，保證在此頂壓異常的情況下，TRT仍能保持高爐頂壓穩定調節，采用讓減壓閥組參與頂壓調節，使TRT順利地渡過異常工況下的頂壓波動。

工況正常時，頂壓調節由靜葉完成，并且設定頂壓調節時的靜葉開度上限（76%），以保證機組的安全；當頂壓測量與設定值偏差＞3 kPa時，認為頂壓異常，兩快開閥進入參與頂壓調節的狀態，若靜葉沒有到開度上限，則繼續調節直至開度上限，快開閥打開一定角度卸壓，維持頂壓穩定；待爐頂壓力恢復正常值，靜葉開度＜60%，兩快開閥自動退出調節頂壓狀態，控制權返還給靜葉，繼續由靜葉進行調節。

3 高爐頂壓控制系統的優化

八鋼2500m3高爐頂壓控制在引入TRT機組的靜葉來調整高爐頂壓,能夠得到比僅通過減壓閥組控制更好的調節品質,但整個頂壓控制系統的軟硬件、控制方案及危急情況下的保護上還需完善。為此，對存在的隱患進行優化。

3.1 頂壓控制系統的優化

3.1.1 頂壓無信號的狀態

測量頂壓1、2壓變信號同時引進高爐本體機柜，如果高爐本體機柜不能正常通訊時，導致頂壓無信號的情況。

完善方案：頂壓1、2壓變信號應進入兩個不同機柜，即兩個壓變信號分別進入爐頂過程站和本體過程站，預防某機柜信號不能正常通訊時，避免兩個頂壓信號都同時沒有。

3.1.2 頂壓失真的狀態

頂壓1、頂壓2壓變至少有一個堵了或壞了，或者線路斷、接線松動造成的頂壓失真。

完善方案：當兩個頂壓壓差小于3 kPa，任取其中之一；壓差大于5 kPa，控制程序設計自動切換部分，即把熱壓也引進再與兩頂壓比較，三選二表決，與頂壓偏差小的即為正常的；當壓差大于10kPa時直接選擇除塵器后煤氣出口管壓力作為頂壓控制測量值更為穩妥。

3.1.3 控制系統失控的問題

由高爐向TRT傳送的頂壓設定值、測量值通訊傳輸過程中可能出現的數據包丟失和通訊中斷（有可能是因為外設的原因導致，也可能是PLC自身導致），導致設定值、測量值波動甚至死機，造成控制系統失控。

完善方案：（1）高爐頂壓設定值是高爐值班室根據高爐爐況隨時調整的關鍵參數，因此設定值和測量值應由網絡通訊和硬線兩種形式傳到TRT的PLC，TCP/IP功能塊實現的軟件傳遞改為硬線鏈接，防止通信光纖中斷引發事故。

（2）在同時具備硬線和通訊兩種傳輸模式情況下，編制比較判斷傳輸故障、手自動切換程序，保證這兩路信號傳輸的穩定性。

（3）硬線采用雙絞線重新敷設，中間無接頭。

（4）做好傳輸線路的屏蔽性能，屏蔽單點接地，提高抗干擾能力。

（5）在TRT側安裝隔離器，將接收到的模擬量進行整形濾波及電隔離處理。

3.1.4 頂壓值異常波動

當兩個頂壓其中一個顯示異常或波動時。

完善方案：（1）可人為判斷將頂壓切換到顯示正常的頂壓上。

（2）在控制程序增加自動切換部分，即把高爐下降管處采集的荒壓也引進分別與1、2頂壓比較，采用三選二機制，當被選的頂壓值波動時自動切換到偏差小的即為正常頂壓。

3.2 高爐爐頂頂壓調節控制方式的優化

3.2.1 PID控制優化

TRT對高爐爐頂頂壓調節只是一個簡單的PID控制，不能滿足控制大負荷變化工況。

完善方案：由于執行機構與反饋檢測裝置的位置距離較遠,且控制大負荷變化,其執行機構與檢測設備的遲延很大。根據PID調節規律要求,選擇調節器動作規律時，應根據對象特性、負荷變化、主要擾動和系統的控制要求等具體情況,同時還應考慮系統的經濟性以及系統投入運行是否方便等。同時對象控制通道時間常數或容遲延很大。負荷變化很大時,簡單控制系統已不能滿足要求,應設計復雜的控制系統，見圖3。

圖3 改造后的串聯PID控制流程圖

3.2.2 前饋調節的應用

完善方案：在實際生產中，頂壓波動與高爐的裝料有密切關系，由于高爐是間歇性投料，當準備放料時頂壓驟減，所以在原設定的基礎上加上一個定值。當放料6圈后，頂壓又會逐漸增大，所以在原設定的基礎上減去一個定值，并且根據料種焦、礦的不同而兩個定值不同，見表1。

表1 高爐裝料控制系統的調節

在程序調試過程中遇到的主要技術問題首先是工況變化較大，導致參數適應性較差。因此必須建立多種狀態以適應各種工藝情況，所以這種控制方式還需要不斷試驗、整定。

3.3 安全問題的預防

（1）TRT頂壓控制的設定值和測量值來自于高爐，其中設定值由高爐值班長進行設置，如果頂壓設置值由于各種原因輸入錯誤，會導致頂壓瞬間降低或升高。

完善方案：在高爐控制畫面上制作設定值輸入確認二次按鈕，而且數值必須在一定范圍內，這樣可避免誤操作，避免頂壓控制系統震蕩失控。

（2）高爐緊急操作臺里送往四閥組的模擬信號直接送往四閥組現場，而四閥組所在的房屋現場屬于防爆危險區域。

完善方案：送往四閥組的模擬量應先通過安全柵后進行傳輸，起到對信號限壓、限流、電隔離的作用，不僅防止危險能量從本安端子進入危險場所，提高防爆性能，而且增加抗干擾能力。

（3）因設備或生產需緊急停機時減壓閥組無法迅速打開造成頂壓迅速上升導致放散吹開事故。

TRT因故退出控制系統后，大量的煤氣如果不能及時排放掉,而減壓閥組的調節作用會有相應的滯后,此時將會導致高爐頂壓在短時間內升高,造成危險,頂壓系統只有通過快速打開減壓閥組快開閥,將大流量的煤氣排到減壓閥組后面來解決這個問題。減壓閥組快開閥打開角度必須和流量相對應,如果角度太大,會使泄壓過快,導致高爐頂壓降低；如果角度太小,則不能夠減掉相應流量的煤氣,高爐頂壓還是會升高。

完善方案：根據減壓閥組快開閥的流量特性經過反復測試,確定閥的開度和流量的對應函數。當小流量煤氣通過時,可以由靜葉角度來換算減壓閥組快開閥開度,當大流量煤氣通過時,通過和流量的換算來決定減壓閥組快開閥的預計開度。系統正常運行時,減壓閥組快開閥開度值存放在某個內部寄存器中,當事故停機時,將該值送至閥位輸出,減壓閥組快開閥按照該開度值迅速打開，以避免事故發生。

3.4 現場四閥組該開而不能打開的隱患處理

針對四閥組的兩個快開閥（閥1、2）和兩個調節閥（閥3、4）在應該打開時卡死的問題。

完善方案：四個閥設置5%下限位以防止機構卡死，避免在緊急開時不動作，至少兩個快開閥應這樣設置。

另外四閥組和TRT調節系統畫面無相對應的頂壓控制PID輸出趨勢，在出現故障時不能立即判斷故障的緣由，因此可在閥位變化趨勢圖上應做上PID輸出對應的曲線圖，以便于故障查找。

4 結束語

經過對2500mm3高爐頂壓系統軟硬件的優化，完善了高爐TRT頂壓控制系統在信號采集和傳送設計程序，完善了控制方式。通過優化TRT控制程序，增加危急狀況下相應的保護程序，避免了因TRT故障引起高爐的頂壓波動或事故，充分發揮了TRT提高頂壓控制品質的優勢，達到技術上成熟、先進，保證了高爐穩定運行及增產。

Adjustment and Optimization of the Top Pressure System of 2500m3BF.at Bayi Steel

SONG chun-dong
（Maintenance Center, Bayi Iron & Steel Co., Baosteel Group）

The main characteristics and methods of TRT control top pressure system of blast furnace were described in detail. Based on the operation status of top pressure system of 2500m3 BF. at Bayi Steel，this paper pointed out the existenceproblems and reasons in operation，putted forward an optimal scheme to ensure the stability and reliability of the blast furnace top pressure control.

BFG; top pressure recovery turbine (TRT); adjustment top pressure of blast furnace ；optimization scheme

TH138.52

A

1672—4224（2014）01—0018—04