萊鋼TRT高精度機組保護控制系統

王彩琴，陳鐵軍

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪 271104）

信息化建設

萊鋼TRT高精度機組保護控制系統

王彩琴，陳鐵軍

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪 271104）

萊鋼TRT機組采用高精度保護控制方式，通過以太網通訊，由計算機運算分別控制減壓閥組和靜葉，交接過程中頂壓無波動，保證了TRT測計算機控制系統與高爐本體控制系統的數據同步。控制系統投入運行后，系統運行穩定、可靠，提高了高爐頂壓設定值和冶煉強度，降低了焦煤比，提高發電量，實現TRT全天候運行。

TRT；聯動保護；冗余技術；控制系統

1 前言

近年來，中小型高爐采用了軸流式壓縮機和無鐘爐頂以及干法布袋除塵等先進工藝技術，以及精料工作的深化和高爐操作技能水平的提高，從而提高爐頂煤氣壓力，增加了煤氣流量，凈化了煤氣質量，為安裝TRT裝置提供了必備條件，TRT已經成為中小型高爐的必備附屬設備之一。為此，以穩定頂壓和保護機組安全為前提，從全方位入手，采用新的控制思路，進行TRT高精度機組保護控制。

2 TRT工藝介紹

TRT是利用高爐煤氣余壓驅動透平旋轉并拖動發電機組，將高爐煤氣的剩余壓力和溫度合理利用，轉換成電能并向電網發電［1］。通過將高爐煤氣中蘊含的壓力能和熱能予以回收，達到節能、降噪、環保的目的，具有很好的經濟效益和社會效益，是現代國內、國際鋼鐵企業公認的節能環保裝置。工藝流程如圖1所示。

圖1 TRT工藝流程

高爐產生的高爐煤氣，經重力除塵器、干法除塵器，進入TRT裝置。經入口電動蝶閥、入口插板閥、調速閥、快切閥，進入透平機膨脹做功，帶動發電機發電，自透平出來的煤氣，進入低壓管網，與原煤氣系統中減壓閥組并聯。

3 TRT高精度機組保護控制

在傳統的控制方式中，在TRT并入煤氣管網和退出煤氣管網時，是采用電話聯系、手動操作的方式，在交接過程中，兩側都是采用手動控制的方式，不可能實現同步加減，頂壓必然會出現波動，影響高爐生產，且效率低，交接時間長，對機組、高爐都是十分不利的。萊鋼TRT機組控制采用高精度機組保護控制方式，通過以太網通訊，實現了TRT測計算機控制系統與高爐本體控制系統的數據同步，在交接過程中，完全由計算機運算分別控制減壓閥組和靜葉，能迅速的將頂壓控制權從一側交到另外一側，交接過程中頂壓無波動。一側出現異常情況，兩側同時進行安全保護。

3.1 參數優化

1）TRT靜葉頂壓自動調節PID的設定值和測量值均來自于高爐傳輸的硬線4～20 mA信號，在傳輸過程中難免會有一定的波動，實際運行中發現頂壓設定值的誤差在-0.4 kPa～0.4 kPa，測量值與此近似，兩個數值出現反向誤差時，可產生1個-0.8～0.8的偏差，嚴重影響了控制質量。為此，增加了濾波程序段，對數值進行濾波，減小傳輸誤差。2）更換新型號的LVDT傳感器，輸入采用4～20 mA標準信號，現場對傳感器零點和量程反復校準。對伺服控制器進行優化調校，在保證超調量的前提下提高伺服比例系數，提高靜葉調節精度和反應速度。3）PID參數整定，調試期間設定多組參數分別試驗，挑選控制精度最優參數作為最終值，確保頂壓穩定。

3.2 結合多重冗余技術

靜葉頂壓自動調節PID的設定值和測量值是頂壓調節中至關重要的2個信號，信號的質量和穩定性直接影響到高爐頂壓的穩定和精度，若在正常運行時發生信號中斷，將造成靜葉瞬間快開或者快關，會瞬間大幅度拉高或拉低高爐頂壓，造成崩料、超出高爐頂壓承受極限等后果，嚴重影響高爐的生產安全。在現有的TRT控制系統中，靜葉頂壓自動調節PID的設定值和測量值均來自于高爐傳輸的單路硬線4～20 mA信號，安全性差。

引入多重冗余保護技術后，可解決此問題。原有的硬線4～20 mA信號保留，作為首選信號；通過以太網從高爐主控PLC讀取一路數據；用透平入口煤氣壓力虛擬測量出一個數據；正常情況下采用硬線信號濾波處理后的數據與以太網信號進行高選作為PID設定值和測量值；PLC檢測硬線信號品質壞，采用以太網信號，虛擬測量數據作為備用信號；若發生極限情況，如高爐側PLC掉電時，則采用虛擬測量數據作為PID設定值和測量值。轉換過程均實現無擾切換。通過以上措施，可最大限度的保證高爐頂壓的安全。

3.3 TRT三閥聯動保護控制

TRT機組通常配備有2套旁通閥，兩旁通在工藝管道、閥門性能方面基本相同，在邏輯上定義其中一個為主旁通，另外一個為副旁通，主副權限可由操作人員手動切換，在主旁通出現故障或報警時可自動切換，主旁通在控制優先級上高于副旁通。高爐爐況正常情況下頂壓由TRT機組靜葉調節，兩旁通閥都完全關閉。TRT機組在故障跳機和緊急停機時，旁通閥能在3 min內自動調節頂壓，旁通閥完全具備調控頂壓的能力［2］。

3.3.1 主旁通保護控制

在高爐出現故障狀況，如崩料、打水等情況時，TRT的煤氣流量瞬間增大，對透平機造成沖擊，軸向位移增大，嚴重時會造成軸瓦損壞。為此，引入頂壓高主旁通參與控制（見圖2），在高爐頂壓瞬間增大5 kPa以上時，主旁通閥迅速打開15%，直到頂壓穩定，再根據頂壓情況關小，以保護機組安全。

3.3.2 主副旁通保護控制

在極限情況下，煤氣流量會瞬間變得非常大，一個旁通參與并不能迅速減少靜葉負擔，頂壓會持續升高，甚至高于設定值10 kPa。設計采用超大流量三閥聯動保護控制，頂壓在高于設定值10 kPa時，在主旁通打開的同時，副旁通閥迅速打開一定開度，直到頂壓穩定，再根據頂壓情況按照預定的速率線性關小，以保護機組安全，并保證TRT持續運行發電。

圖2 高爐頂壓旁通參與控制

3.3.3 重故障機組保護控制

在高爐爐況嚴重不順，TRT重故障跳車后，在主旁通承擔了頂壓調節的工況下，也需要考慮頂壓高的工況。主旁通無法迅速穩定高爐頂壓，此時副旁通快速打開一定開度，能起到泄壓的作用。

3.3.4 小負荷跳車保護控制

小負荷跳車是指機組在“小負荷”工況—開機啟動過程中出現的TRT重故障跳車工況。為了在開機過程中更好地控制高爐頂壓，采用了新的控制思路。在開機過程中根據轉速、功率、透平機入口壓力、透平機出口壓力，采用經驗公式，估算出此時通過TRT的煤氣流量。根據旁通閥流量特性公式，按估算出的流量計算出旁通的預計開度，在出現重故障跳車工況時，快切閥速關的同時迅速將旁通閥打開預計開度，此時，原通過靜葉的煤氣量由旁通閥承擔，不會對高爐頂壓造成沖擊。

4 結語

萊鋼TRT高精度機組保護控制技術投入運行后，系統運行穩定、可靠，運行穩定性達到100%，TRT機組和高爐爐況都得到大幅提升，提高了高爐頂壓設定值和冶煉強度，降低了焦煤比，提高了高爐產量；在高爐故障時能迅速控制頂壓，保證高爐生產，提高發電量，實現TRT全天候運行，增加發電量。

［1］劉峰.高爐TRT控制工藝及實現［J］.重型機械，2007（2）：1.

［2］蘇峰.TRT高爐頂壓控制技術改造應用［C］//中國金屬學會.2007年中國鋼鐵年會論文集.北京：冶金工業出版社，2007.

TRT High Precision Unit Protection Control System in Laiwu Steel

WANG Caiqin,CHEN Tiejun

（The Automation Department of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

In control unit of Laiwu Steel TRT protection unit,due to application of the high-precision control via Ethernet communications,computer operations were controlled by valve group and vanes,there were no top pressure fluctuation during the transfer process,that guaranteed data synchronization between the TRT test computer control system with blast furnace body control. After the control system were put into operation,the system was stable,reliable,and improved the blast furnace top pressure setpoint and smelting intensity,reduced coke ratio,increased generating capacity and achieve all-weather run TRT.

TRT;linkage protection;redundancy;control system

TP273.5

B

1004-4620（2015）01-0052-02

2014-04-21

王彩琴，女，1975年生，1998年畢業于包頭鋼鐵學院計算機及應用專業。現為萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部高級工程師，從事自動化控制工作。