高爐TRT 靜葉控制功能研究與優化

王馨薇

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東 濟南 271104）

TRT 靜葉作為高爐頂壓控制的關鍵設備，是保障高爐安全運行的核心控制系統，由于TRT 靜葉控制系統既扮演著輸出電力能源的角色，同時，也關系到高爐的安全運營，因此，對TRT靜葉控制系統的安全穩定性能提出了更高的要求。該冶金企業的2#—4#高爐在采用TRT 靜葉控制系統之前，主要利用四閥組來控制高爐頂壓，以至于大量勢能損耗現象，增加了生產成本，自引進TRT 靜葉控制系統后，大量勢能實現回收再利用，高爐頂壓得到有效控制，進而大幅降低了高爐煉鐵成本。

1 高爐TRT的應用優勢

1.1 有效控制高爐頂壓，提高鋼鐵產品產量

高爐煉鐵生產工序需要一個恒定的爐定壓力的持續供給，才能保障鋼鐵產品質量與產量，而TRT 機組自帶的靜葉裝置能夠有效調節和控制爐頂壓力，相比于減壓閥組，其控制精度更高，這樣一來，高爐爐頂壓力就會始終保持在均勻穩定供給狀態，這對提高鋼鐵產品的產量將起到積極的促進作用。

1.2 節約能源，回收利用率高

近年來，國家大力倡導節能降耗與綠色環保，旨在保護自然生態環境免遭破壞，而過去的減壓閥組在運行過程中，將產生大量的余壓，以至于損失了大量的電力能源。自引進TRT 控制機組后，生產過程中產生的余壓將被重新轉化為電能，輸送至用戶端，這樣，鋼鐵企業既可以保障正常的生產工藝流程不受任何影響，同時，也能夠獲取額外的經濟收入[1]。

1.3 降噪減振

采用TRT 控制機組后，高爐原有的減壓閥全部處于關閉狀態，當煤氣燃料通過透平膨脹機時，設備噪聲與振動將轉變成做功的形式，轉變為電能，而原減壓閥裝置已經停止運轉，因此，減壓閥組也不會產生噪音與振動現象。

2 高爐TRT靜葉調節系統控制原理

高爐TRT 運行過程包括開機、運行與停機，在這三個運行階段，TRT 的開機過程較為繁瑣，涉及轉速控制、功率控制以及頂壓控制，其控制過程都需要借助于透平靜葉來完成，只有協調好轉速、功率與頂壓三者之間的關系，才能大幅提升TRT 的開機成功率。而TRT 在正常運行狀態下，主要對高爐頂壓進行控制，替代了傳統四閥組的控制頂壓功能。

在TRT 自動控制系統當中，起到主控功能的自動控制裝置包括伺服控制模塊、伺服閥、靜葉，該系統的自動控制原理如圖1 所示。

在圖1 當中，被調參量需要采集的參量包括TRT 開機運行后的轉速、功率與高爐頂壓設定值。而輸出模件、伺服控制模塊、伺服閥及靜葉則屬于輸出執行機構。其中伺服控制模塊的主要功能是接收主控室位置介于4mA～20mA 之間的電流信號，同時接收來自于位移傳感器測量的靜葉實際位置的反饋信號。這兩個被控信號在伺服控制模塊當中相互比較和轉換，然后通過運算控制程序給伺服閥提供一個驅動信號，即伺服閥SV 的電流信號。受到伺服閥的控制，動力油能夠驅動靜葉運轉，使靜葉與閥門能夠到達指定位置。另外，伺服控制模塊同時輸出一組4mA～20mA 的電流信號，并對靜葉角度進行有效控制。伺服控制器工作原理如圖2 所示。

3 高爐TRT靜葉控制功能缺陷與優化措施

高爐TRT 靜葉控制功能主要包括開機轉速控制功能、聯網功率控制功能以及正常運轉時的頂壓控制功能。雖然近年來，國內的TRT 靜葉控制技術日漸純熟，但是，在系統運行過程中，仍然暴露出許多亟待解決的問題與缺陷。

3.1 開機轉速控制功能缺陷與優化措施

靜葉是TRT 調節系統的執行機構，主要負責調節和控制開機轉速。通過對某鋼鐵公司的2#—4#高爐TRT 靜葉控制系統的研究分析發現，TRT 靜葉在控制轉速時，常常出現信號不穩定現象，導致TRT 的開機轉控制失衡，進而影響了開機成功率。另外，與發達國家的TRT 靜葉控制系統相比，國產TRT 的靜葉調速精準度相對較低，而且開機轉速僅僅依靠于靜葉來完成，一旦靜葉出現運行故障，開機成功率也將大打折扣。尤其在缺少啟動閥輔助控制裝置的情況下，TRT 靜葉難以控制開機轉速，這也使得TRT 調節系統的正常功能無法實現[2]。

通過對開機轉速控制功能缺陷原因的具體分析，針對TRT靜葉控制功能采取以下三種優化措施。

3.1.1 被調對象的可靠性處理

優化處理步驟是：首先采集3 個轉速測量值信號，即被調對象，如果在采集的信號當中，每一個信號均出現故障，或者采集的這個轉速的輸入模板通道出現故障，都可判定為這個開機轉速存在故障。如果在采集的3 個轉速信號中，有2 個轉速故障，則可以判定開機控制功能受限。而系統轉速則由3 個轉速信號進行3 取中處理后予以確定，這時，可以將被確定的系統轉速作為壞質量判斷的主要依據，即系統轉速值如果在2s 之內，從+500 r/min 變化到-500 r/min，可以視為系統轉速出現故障，應當及時予以處理。

3.1.2 通過PID 調節器予以調節

在處理開機轉速設定值時，采取分段控制的原則，可以把升速率分為三個階段，即第一階段是2000 r/min 以前，其升速率為180 r/min；第二階段是2000～2900 r/min 之間，其升速率為120 r/min；第三階段是2900 r/min 以上，升速率為60 r/min。

3.1.3 優化靜葉控制與啟動閥程序

當高爐TRT 開機以后，啟動閥與靜葉協調配合，對開機轉速進行調節和控制，在調節控制階段，需要確保透平機的振動指標始終保持在標準范圍之內，不能出現超標現象，同時借助于啟動閥的輔助控制功能，對開機轉速控制程序進行優化處理。具體處理步驟如下。

每一個TRT 調節控制系統都包括一個啟動畫面，在畫面當中，有三個自動控制按鈕，分別是：啟動閥轉速自動控制按鈕、靜葉轉速自動控制按鈕以及轉速控制/轉速保持按鈕。當系統具備開機啟動條件后，操作人員首先啟動TRT 按鈕，然后手動給定靜葉3%的開度，轉速控制在200 r/min 以下，當盤車脫開以后，按動啟動畫面中的靜葉轉速自動控制按鈕，并通過觀察啟動畫面確定透平進入轉速控制狀態。目標轉速給定3000 r/min，啟動閥自動開啟至18%的開度，使實際轉速由800 r/min 提升至1000 r/min。在保持這一轉速的同時，透平入口與BDC 出口以及透平出口處的溫差低于25℃，這說明暖機過程結束。這時，操作人員按動畫面中的轉速保持按鈕，開機轉速在暖機結束后實際上已經升高至2386 r/min，在保持這一轉速時，應對系統的軸溫以及軸振等參量進行檢查，如果未發現異常情況則按動轉速保持按鈕。此時的轉速達到2850 r/min，并自動保持。完成升速控制后，進入倒泵環節，操作人員按動轉速保持按鈕，使轉速升高至3000 r/min，最后在征求高爐調度與電調同意后，進入到并網操作環節。

3.2 TRT 聯網功率控制功能缺陷與優化措施

同樣的，靜葉作為執行機構，主要對系統聯網功率進行有效調節和控制。在此期間，常常出現以下兩種缺陷。第一，功率信號時有時無，導致功率控制流程受到影響。第二，當TRT 系統啟動后，聯網功率控制與高爐頂壓控制協調性差，導致高爐頂壓波動值較大，這對鋼鐵產品的產量勢必會造成嚴重影響。針對這兩種功能缺陷，可以采取以下優化措施。

3.2.1 被調對象的可靠性處理

這一階段的被調對象主要是指功率測量信號。首先采集2 個功率測量值信號作為處理樣本，來判斷功率控制功能是否存在缺陷。如果采集的任意一個功率測量信號出現故障或者采集這個功率的輸入模板通道存在故障，則可以判定為功率控制對象故障。而系統功率則由2 個功率測量信號進行2 取平均處理后予以確定。

3.2.2 優化功率自動控制邏輯

由于功率控制主要的受控對象是TRT 靜葉開度，因此，在優化功率自動控制邏輯時，只需要以靜葉開度為參照對象即可。首先升/降功率的條件應當兼顧考慮高爐頂壓，頂壓偏差控制在3.5kpa 之內，當偏差超過3.5kpa 時，靜葉開度保持不變，這時，能夠保證穩定可靠的升功率，并不會對高爐頂壓造成影響，進而實現了功率的精準控制。為了確保高爐能夠正常運轉，需要在系統界面當中增設一個強制進入頂壓控制按鈕，使頂壓控制功能在緊急狀態下能夠有效發揮。

3.3 正常運轉頂壓控制功能缺陷與優化措施

與開機轉速控制功能以及功率控制功能類似，靜葉作為執行機構主要負責調節和控制高爐頂壓。較為常見的功能缺陷主要體現在三個方面。第一，頂壓實際值與測量值信號不穩定，導致系統喪失調節功能。第二，TRT靜葉與減壓閥處于并聯運行狀態，如果彼此之間協調配合失衡就會產生較大的波動偏差，影響頂壓調節過程。第三，受到高爐上料系統均壓以及下密信號的影響，TRT 靜葉在調節控制頂壓時受到的干擾波動較大。因此，需要采取以下優化措施來消除頂壓控制功能缺陷。

3.3.1 對頂壓實際值與設定值信號進行優化處理

首先采集2 個頂壓實際值信號，然后在采取加裝隔離器的方式，使實際值與設定值信號實現遠距離傳輸，需要注意的是，對于采集到的2 個頂壓實際值信號應當作高選處理。

3.3.2 構建有料鐘高爐TRT 頂壓自動控制模型

模型構建主要包括兩個步驟，第一步是建立TRT 爐頂壓力常規控制模型，第二步是建立主爐均壓信號與料流信號干擾高爐爐頂壓力的TRT 頂壓控制模型。在第一步中，在選定高爐爐頂壓設定值時，應將原設定值減去0.8kPa～1.5kPa，差值作為設定參考值，然后對靜葉PID 參數進行調整，以保證高爐爐頂壓力能夠得到有效控制。在第二步中，構建控制模型的主要參量是爐頂均壓閥的動作信號以及爐頂料流閥的動作信號，結合高爐煉鐵工藝，將高爐運轉過程中與上料工序相關聯的均壓信號與下密信號一并引入到TRT 控制模型當中，并作為調節爐頂壓力的補償信號，與此同時，建立自定義爐頂壓力調節補償功能塊，在經過調試試驗后，可以投入正常運轉。

4 結語

通過對國內某冶金企業2#—4#高爐TRT 靜葉控制系統功能的研究和分析發現，開機轉速控制功能缺陷、功率控制缺陷以及頂壓控制缺陷都是由靜葉故障引起，因此，在制訂靜葉控制功能優化方案時，主要圍繞靜葉的各項控制參數展開。通過優化措施的具體落實，轉速信號、功率信號以及頂壓控制信號不穩的問題得到有效解決，靜葉控制系統的各項參量趨于穩定，并且高爐能夠持續保持正常運轉狀態。