莱钢TRT高精度机组保护控制系统

王彩琴，陈铁军

（山钢股份莱芜分公司自动化部，山东莱芜 271104）

信息化建设

莱钢TRT高精度机组保护控制系统

王彩琴，陈铁军

（山钢股份莱芜分公司自动化部，山东莱芜 271104）

莱钢TRT机组采用高精度保护控制方式，通过以太网通讯，由计算机运算分别控制减压阀组和静叶，交接过程中顶压无波动，保证了TRT测计算机控制系统与高炉本体控制系统的数据同步。控制系统投入运行后，系统运行稳定、可靠，提高了高炉顶压设定值和冶炼强度，降低了焦煤比，提高发电量，实现TRT全天候运行。

TRT；联动保护；冗余技术；控制系统

1 前言

近年来，中小型高炉采用了轴流式压缩机和无钟炉顶以及干法布袋除尘等先进工艺技术，以及精料工作的深化和高炉操作技能水平的提高，从而提高炉顶煤气压力，增加了煤气流量，净化了煤气质量，为安装TRT装置提供了必备条件，TRT已经成为中小型高炉的必备附属设备之一。为此，以稳定顶压和保护机组安全为前提，从全方位入手，采用新的控制思路，进行TRT高精度机组保护控制。

2 TRT工艺介绍

TRT是利用高炉煤气余压驱动透平旋转并拖动发电机组，将高炉煤气的剩余压力和温度合理利用，转换成电能并向电网发电［1］。通过将高炉煤气中蕴含的压力能和热能予以回收，达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是现代国内、国际钢铁企业公认的节能环保装置。工艺流程如图1所示。

图1 TRT工艺流程

高炉产生的高炉煤气，经重力除尘器、干法除尘器，进入TRT装置。经入口电动蝶阀、入口插板阀、调速阀、快切阀，进入透平机膨胀做功，带动发电机发电，自透平出来的煤气，进入低压管网，与原煤气系统中减压阀组并联。

3 TRT高精度机组保护控制

在传统的控制方式中，在TRT并入煤气管网和退出煤气管网时，是采用电话联系、手动操作的方式，在交接过程中，两侧都是采用手动控制的方式，不可能实现同步加减，顶压必然会出现波动，影响高炉生产，且效率低，交接时间长，对机组、高炉都是十分不利的。莱钢TRT机组控制采用高精度机组保护控制方式，通过以太网通讯，实现了TRT测计算机控制系统与高炉本体控制系统的数据同步，在交接过程中，完全由计算机运算分别控制减压阀组和静叶，能迅速的将顶压控制权从一侧交到另外一侧，交接过程中顶压无波动。一侧出现异常情况，两侧同时进行安全保护。

3.1 参数优化

1）TRT静叶顶压自动调节PID的设定值和测量值均来自于高炉传输的硬线4～20 mA信号，在传输过程中难免会有一定的波动，实际运行中发现顶压设定值的误差在-0.4 kPa～0.4 kPa，测量值与此近似，两个数值出现反向误差时，可产生1个-0.8～0.8的偏差，严重影响了控制质量。为此，增加了滤波程序段，对数值进行滤波，减小传输误差。2）更换新型号的LVDT传感器，输入采用4～20 mA标准信号，现场对传感器零点和量程反复校准。对伺服控制器进行优化调校，在保证超调量的前提下提高伺服比例系数，提高静叶调节精度和反应速度。3）PID参数整定，调试期间设定多组参数分别试验，挑选控制精度最优参数作为最终值，确保顶压稳定。

3.2 结合多重冗余技术

静叶顶压自动调节PID的设定值和测量值是顶压调节中至关重要的2个信号，信号的质量和稳定性直接影响到高炉顶压的稳定和精度，若在正常运行时发生信号中断，将造成静叶瞬间快开或者快关，会瞬间大幅度拉高或拉低高炉顶压，造成崩料、超出高炉顶压承受极限等后果，严重影响高炉的生产安全。在现有的TRT控制系统中，静叶顶压自动调节PID的设定值和测量值均来自于高炉传输的单路硬线4～20 mA信号，安全性差。

引入多重冗余保护技术后，可解决此问题。原有的硬线4～20 mA信号保留，作为首选信号；通过以太网从高炉主控PLC读取一路数据；用透平入口煤气压力虚拟测量出一个数据；正常情况下采用硬线信号滤波处理后的数据与以太网信号进行高选作为PID设定值和测量值；PLC检测硬线信号品质坏，采用以太网信号，虚拟测量数据作为备用信号；若发生极限情况，如高炉侧PLC掉电时，则采用虚拟测量数据作为PID设定值和测量值。转换过程均实现无扰切换。通过以上措施，可最大限度的保证高炉顶压的安全。

3.3 TRT三阀联动保护控制

TRT机组通常配备有2套旁通阀，两旁通在工艺管道、阀门性能方面基本相同，在逻辑上定义其中一个为主旁通，另外一个为副旁通，主副权限可由操作人员手动切换，在主旁通出现故障或报警时可自动切换，主旁通在控制优先级上高于副旁通。高炉炉况正常情况下顶压由TRT机组静叶调节，两旁通阀都完全关闭。TRT机组在故障跳机和紧急停机时，旁通阀能在3 min内自动调节顶压，旁通阀完全具备调控顶压的能力［2］。

3.3.1 主旁通保护控制

在高炉出现故障状况，如崩料、打水等情况时，TRT的煤气流量瞬间增大，对透平机造成冲击，轴向位移增大，严重时会造成轴瓦损坏。为此，引入顶压高主旁通参与控制（见图2），在高炉顶压瞬间增大5 kPa以上时，主旁通阀迅速打开15%，直到顶压稳定，再根据顶压情况关小，以保护机组安全。

3.3.2 主副旁通保护控制

在极限情况下，煤气流量会瞬间变得非常大，一个旁通参与并不能迅速减少静叶负担，顶压会持续升高，甚至高于设定值10 kPa。设计采用超大流量三阀联动保护控制，顶压在高于设定值10 kPa时，在主旁通打开的同时，副旁通阀迅速打开一定开度，直到顶压稳定，再根据顶压情况按照预定的速率线性关小，以保护机组安全，并保证TRT持续运行发电。

图2 高炉顶压旁通参与控制

3.3.3 重故障机组保护控制

在高炉炉况严重不顺，TRT重故障跳车后，在主旁通承担了顶压调节的工况下，也需要考虑顶压高的工况。主旁通无法迅速稳定高炉顶压，此时副旁通快速打开一定开度，能起到泄压的作用。

3.3.4 小负荷跳车保护控制

小负荷跳车是指机组在“小负荷”工况—开机启动过程中出现的TRT重故障跳车工况。为了在开机过程中更好地控制高炉顶压，采用了新的控制思路。在开机过程中根据转速、功率、透平机入口压力、透平机出口压力，采用经验公式，估算出此时通过TRT的煤气流量。根据旁通阀流量特性公式，按估算出的流量计算出旁通的预计开度，在出现重故障跳车工况时，快切阀速关的同时迅速将旁通阀打开预计开度，此时，原通过静叶的煤气量由旁通阀承担，不会对高炉顶压造成冲击。

4 结语

莱钢TRT高精度机组保护控制技术投入运行后，系统运行稳定、可靠，运行稳定性达到100%，TRT机组和高炉炉况都得到大幅提升，提高了高炉顶压设定值和冶炼强度，降低了焦煤比，提高了高炉产量；在高炉故障时能迅速控制顶压，保证高炉生产，提高发电量，实现TRT全天候运行，增加发电量。

［1］刘峰.高炉TRT控制工艺及实现［J］.重型机械，2007（2）：1.

［2］苏峰.TRT高炉顶压控制技术改造应用［C］//中国金属学会.2007年中国钢铁年会论文集.北京：冶金工业出版社，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年毕业于包头钢铁学院计算机及应用专业。现为莱芜钢铁集团有限公司自动化部高级工程师，从事自动化控制工作。