八钢2500m3高炉顶压控制及优化

宋纯东

（宝钢集团八钢公司检修中心）

八钢2500m3高炉顶压控制及优化

宋纯东

（宝钢集团八钢公司检修中心）

重点阐述了TRT控制高炉顶压系统的主要特点和控制的基本方法。通过对八钢高炉顶压系统运行现状的分析，指出了当前运行中存在问题、原因，为保证高炉顶压控制的稳定可靠，进行了优化改进。

高炉煤气；余压透平发电装置（TRT）；高炉顶压调节；优化方案

联系人：宋纯东，男，42岁，本科，工程师，乌鲁木齐（830022）宝钢集团八钢公司检修中心

E-mail：Songcd@bygt.com.cn

1 前言

八钢公司新区A、B、C三座2500m3高炉的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2008～2012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，不仅使作业率降低，回收能源的减少，更大程度上是会影响高炉正常生产。

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。更为严重时，会引起炉顶设备事故，直接影响生铁的产量和质量，故高炉顶压的稳定是至关重要的。

2 2500m3高炉顶压控制系统简述

高炉顶压控制设备保证在正常工况下，炉顶压力一般保持在约220 kPa，其顶压控制是利用TRT和调压阀组共同作用实现的，如图1所示。

在高炉炉况稳定情况下，高炉煤气发生量基本可维持在一个稳定的范围，2500m3高炉煤气发生量正常维持在28～34万m3／h。通过TRT装置的高炉煤气流通量要尽可能多，发电量提升才能有所保证。所以尽可能让煤气全部通过TRT，使高炉煤气质量流量最大。实现煤气全回收必须关闭与TRT并联的减压阀组，2500m3高炉TRT并联的减压阀组有4个阀组成，其中2个比例阀（保证快开）和2个伺服调节阀（参与自动控制），作用是在TRT发生故障、停机及静叶调节达到76%时能够紧急备用，并参与高炉顶压的控制。高炉顶压设定值是由高炉值班室根据高炉炉况随时调整的关键调节参数，也是TRT透平机调节顶压的参照量。目前情况下顶压的设定值和测量值是通过硬线形式由高炉系统PLC传送到TRT系统PLC。具体TRT控制流程见图2。

图2 TRT控制流程图

TRT调节控制顶压目的主要有两个：一是正常生产时，在保证高炉顶压稳定的前提下，充分利用炉顶煤气资源，驱动发电机发电；另一个是当TRT发生故障停机时，在保证高炉顶压稳定的前提下，能及时安全地从煤气管网中退出。因此TRT高炉炉顶压力控制系统从控制结构来看，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。

2.1 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=3 kPa），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。

2.2 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（3 kPa），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。

2.3 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。

2.4 顶压异常时

高炉正常生产中，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＞3 kPa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。

3 高炉顶压控制系统的优化

八钢2500m3高炉顶压控制在引入TRT机组的静叶来调整高炉顶压,能够得到比仅通过减压阀组控制更好的调节品质,但整个顶压控制系统的软硬件、控制方案及危急情况下的保护上还需完善。为此，对存在的隐患进行优化。

3.1 顶压控制系统的优化

3.1.1 顶压无信号的状态

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时，导致顶压无信号的情况。

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。

3.1.2 顶压失真的状态

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3 kPa，任取其中之一；压差大于5 kPa，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。

3.1.3 控制系统失控的问题

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。

3.1.4 顶压值异常波动

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。

3.2 高炉炉顶顶压调节控制方式的优化

3.2.1 PID控制优化

TRT对高炉炉顶顶压调节只是一个简单的PID控制，不能满足控制大负荷变化工况。

完善方案：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PID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运行是否方便等。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,应设计复杂的控制系统，见图3。

图3 改造后的串联PID控制流程图

3.2.2 前馈调节的应用

完善方案：在实际生产中，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，见表1。

表1 高炉装料控制系统的调节

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。因此必须建立多种状态以适应各种工艺情况，所以这种控制方式还需要不断试验、整定。

3.3 安全问题的预防

（1）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。

（2）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。

（3）因设备或生产需紧急停机时减压阀组无法迅速打开造成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。

3.4 现场四阀组该开而不能打开的隐患处理

针对四阀组的两个快开阀（阀1、2）和两个调节阀（阀3、4）在应该打开时卡死的问题。

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

另外四阀组和TRT调节系统画面无相对应的顶压控制PID输出趋势，在出现故障时不能立即判断故障的缘由，因此可在阀位变化趋势图上应做上PID输出对应的曲线图，以便于故障查找。

4 结束语

经过对2500mm3高炉顶压系统软硬件的优化，完善了高炉TRT顶压控制系统在信号采集和传送设计程序，完善了控制方式。通过优化TRT控制程序，增加危急状况下相应的保护程序，避免了因TRT故障引起高炉的顶压波动或事故，充分发挥了TRT提高顶压控制品质的优势，达到技术上成熟、先进，保证了高炉稳定运行及增产。

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