TRT甩負荷模擬實驗

郭啟元，宋景全

1 TRT簡介

TRT即高爐煤氣余壓發電裝置，是用高爐冶煉的副產品—高爐爐頂煤氣具有的壓力、熱能,通過透平膨脹機做功,轉化為機械能，機械能再轉化為電能，是國際上認可的非常有價值的二次能源利用裝置，是冶金企業一項重要的能源回收方法,可回收高爐鼓風機耗能的30%左右，即回收了損失在減壓閥門中的節流能量。這種回收方式不消耗任何燃料，還降低了環境污染，發電成本低、能源的再利用率高,在能源綜合利用得到較為廣泛地應用，是高爐冶煉的配套節能項目，經濟效益很客觀。TRT發電裝置是利用高爐的剩余煤氣，利用差壓能及熱能經透平膨脹作功，透平轉子驅動發電機來發電，回收了鼓風機消耗能量30%左右，把在減壓閥門中損失的能量回收了起來。TRT技術日益成熟,但是TRT在甩負荷調試技術方面還不是很完善。TRT發電機組是必須保證高爐的穩定、安全運行為前提的，發電并網后用透平靜葉調節對高爐頂壓力進行穩定、安全的控制。若TRT發電機組出現緊急事故，例如：機組重故障會使TRT機組緊急性停機，也就是TRT甩負荷停機，緊急停機聯鎖速斷閥在1 s內快速關閉，此時旁通快開閥迅速打開至某一預設開度，使煤氣由透平轉至旁通快開閥流過，并配合高爐將煤氣漸漸轉移到減壓閥組調節，最終由減壓閥組來控制高爐頂壓，使高爐頂壓不大幅波動、憋壓，旁通快開閥的預設開度是根據緊急停機時的靜葉開度和煤氣流量大小與旁通閥的特性線性關系進行綜合運算后得出的，但是修正系數是需要根據甩負荷實際測試得出。

2 工藝流程

來自高爐爐頂的高溫、高壓荒煤氣，經重力除塵、干式除塵后，一路經入口電動碟閥、入口插板閥、快切閥，然后經透平機膨脹作功，帶動發電機發電，自透平機出來的煤氣，再進入低壓煤氣管網，同時有一路是經過減壓閥組進入主管網的，也就是TRT系統與減壓閥組系統并聯。TRT正常運行時，煤氣完全通過差壓發電裝置進入主管網，高爐頂壓力由透平靜葉調節，減壓閥組的3個DN800的調節閥及1個DN500的調節閥全部關閉，詳見流程圖1。

圖1 TRT系統工藝流程圖

3 TRT甩負荷模擬實驗

3.1 單體試車

單體調試是對TRT系統中單臺設備手動、自控狀態下的獨立調試或者對分系統的調試。包括電動閥、調節閥的現場及遠程開關試驗，潤滑油、動力油系統的運轉，盤車系統的投退，高、低配電系統調試，繼電保護系統及發電機勵磁系統的靜態調試，氮氣密封系統、循環水冷卻系統的單體調試等。

3.2 聯動試車

聯動試車是進行TRT發電機組的整套系統啟動、并網、升負荷、靜葉自動調節和緊急停機試驗，驗證工藝系統穩定性和自控的核心控制程序調節的精確性，這是保證帶負荷聯動試車成功的關鍵。

3.3 TRT甩負荷模擬實驗

上述各項調試及試驗合格后，進入發電機帶負荷階段，在發電系統并網后分別帶上最大負荷的10%、50%、100%負荷 (勵磁系統以手動方式調節)進行緊急停機實驗，也就是甩負荷實驗。每次緊急停機高爐頂壓波動值應在正常范圍內，否則應對旁通閥的前饋預設開度等控制系統的參數作相應調整直到滿是高爐正常生產的要求為止。

然而，這樣的反復開機和緊急停機甩負荷的調試方法對高爐的安全生產不利，也是高爐方面無法接受的。在高爐的控制參數中，爐頂壓力是非常重要的參數之一。調節爐頂壓力主要靠調節煤氣量，爐頂壓力的控制精度直接影響高爐的順行及生鐵產量。高爐生產必須要保證頂壓穩定，若高爐頂壓力波動幅度較大，將導致熱風壓力大幅度波動，直接對給料速度、氣流分布、高爐運行有較大影響，特別在爐況較差的情況下，高爐頂壓力大幅度波動會造成高爐作料、滑料，嚴重影響高爐運行及產量。

保證緊急停機試驗時高爐頂壓穩定的關鍵在于旁通閥前饋控制系統的有關參數設定要準確，而這些參數又與旁通快開閥、透平靜葉的流通能力特性等直接關聯、這就需要依據準確的流通能力(CV值或C值)特性曲線，對前饋控制系統進行的參數準確預整定，使甩負荷緊急停機試驗不影響高爐的生產，確保正常運行時高爐的安全。

鑒于上述弊端，通鋼7#TRT在甩負荷調試上有了創新，運用模擬甩負荷實驗進行實際數據測試，既保證了高爐的安全與穩定，又得出了準確的有關參數，準確整定了前饋控制系統的參數，使TRT可以滿負荷發電運行，又確保在TRT故障時不影響高爐的穩定、安全。

3.3.1 模擬實驗過程

TRT正常停機后，靜葉全關，快切閥、均壓閥均為全關狀態，與高爐聯系盡量避免影響頂壓波動的其他因素，然后逐漸緩慢關減壓閥組1#閥，同時TRT運行人員注意觀察頂壓趨勢，手動緩慢調整主旁通快開閥開度，使頂壓保持相對穩定。依次將1#、2#、3#、4#閥組全關，讓所有的煤氣都經過旁通快開閥，在操作過程中嚴密監視記錄頂壓趨勢與減壓閥組和旁通快開閥的開度等數據，待全部操作完畢后再次記錄整理數據。觀察無異常后，將旁通閥漸關，逐漸開減壓閥組，恢復至原狀態然后正式起機。正常起機、并網后逐漸升負荷，直至減壓閥組全關，記錄各負荷階段的靜葉角度與煤氣流量。

3.3.2 實驗數據見表1

表1 逐漸關減壓閥組，配合關主旁通閥數據

由于高爐TRT系統的復雜性，為建立適合于頂壓控制的動態模型，如圖2所示TRT系統簡化圖。

圖2 高爐TRT系統簡化圖

通過圖2來分析仿真實驗，當給旁通閥開度一個階躍信號時，爐頂壓力是一個二階震蕩響應，但是超調量較小，說明旁通閥的開度對于頂壓來說，控制上比較有效，不至于使高爐頂壓出現較大的波動，而現場控制中也正是利用旁通閥來調節爐頂的壓力。

圖3為旁通閥開度與頂壓實時數據截圖，從圖3中實時數據圖分析旁通閥開度對頂壓曲線的影響可知，旁通閥開度增加，頂壓曲線是緩慢減小，并且在較短時間內得到穩定而且有一些滯后，但是旁通閥的開度對于頂壓的控制卻起到了很好的效果，由圖中3～6 min的曲線可以分析出當系統穩定時，頂壓的穩態增益約為0.5左右，并且相對波動幅度較小。

整理數據后通過仿真實驗分析，根據調節閥流量系數計算得出旁通閥的最佳前饋預設開度與比例倍數，將參數下載至控制系統下位機，全部模擬實驗及調試均已完成。

圖3 旁通閥開度與頂壓實時數據截圖

4 結束語

TRT系統涉及的專業知識較多、內容廣泛，參與調試的人員必須熟悉TRT各分系統技術資料、專業知識，調試前編制調試方案、異常情況的處理預案，最關鍵的一點是要勇于實踐，同時還要做到規范化、標準化，每一步調試過程的記錄要詳細，對調試過程的數據要認真分析，在不斷提高理論水平的同時還要不斷探索新的試驗方法，要及時跟上新的發展潮流和最前沿的科技，尤其是調試新技術。

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