TRT甩负荷模拟实验

郭启元，宋景全

1 TRT简介

TRT即高炉煤气余压发电装置，是用高炉冶炼的副产品—高炉炉顶煤气具有的压力、热能,通过透平膨胀机做功,转化为机械能，机械能再转化为电能，是国际上认可的非常有价值的二次能源利用装置，是冶金企业一项重要的能源回收方法,可回收高炉鼓风机耗能的30%左右，即回收了损失在减压阀门中的节流能量。这种回收方式不消耗任何燃料，还降低了环境污染，发电成本低、能源的再利用率高,在能源综合利用得到较为广泛地应用，是高炉冶炼的配套节能项目，经济效益很客观。TRT发电装置是利用高炉的剩余煤气，利用差压能及热能经透平膨胀作功，透平转子驱动发电机来发电，回收了鼓风机消耗能量30%左右，把在减压阀门中损失的能量回收了起来。TRT技术日益成熟,但是TRT在甩负荷调试技术方面还不是很完善。TRT发电机组是必须保证高炉的稳定、安全运行为前提的，发电并网后用透平静叶调节对高炉顶压力进行稳定、安全的控制。若TRT发电机组出现紧急事故，例如：机组重故障会使TRT机组紧急性停机，也就是TRT甩负荷停机，紧急停机联锁速断阀在1 s内快速关闭，此时旁通快开阀迅速打开至某一预设开度，使煤气由透平转至旁通快开阀流过，并配合高炉将煤气渐渐转移到减压阀组调节，最终由减压阀组来控制高炉顶压，使高炉顶压不大幅波动、憋压，旁通快开阀的预设开度是根据紧急停机时的静叶开度和煤气流量大小与旁通阀的特性线性关系进行综合运算后得出的，但是修正系数是需要根据甩负荷实际测试得出。

2 工艺流程

来自高炉炉顶的高温、高压荒煤气，经重力除尘、干式除尘后，一路经入口电动碟阀、入口插板阀、快切阀，然后经透平机膨胀作功，带动发电机发电，自透平机出来的煤气，再进入低压煤气管网，同时有一路是经过减压阀组进入主管网的，也就是TRT系统与减压阀组系统并联。TRT正常运行时，煤气完全通过差压发电装置进入主管网，高炉顶压力由透平静叶调节，减压阀组的3个DN800的调节阀及1个DN500的调节阀全部关闭，详见流程图1。

图1 TRT系统工艺流程图

3 TRT甩负荷模拟实验

3.1 单体试车

单体调试是对TRT系统中单台设备手动、自控状态下的独立调试或者对分系统的调试。包括电动阀、调节阀的现场及远程开关试验，润滑油、动力油系统的运转，盘车系统的投退，高、低配电系统调试，继电保护系统及发电机励磁系统的静态调试，氮气密封系统、循环水冷却系统的单体调试等。

3.2 联动试车

联动试车是进行TRT发电机组的整套系统启动、并网、升负荷、静叶自动调节和紧急停机试验，验证工艺系统稳定性和自控的核心控制程序调节的精确性，这是保证带负荷联动试车成功的关键。

3.3 TRT甩负荷模拟实验

上述各项调试及试验合格后，进入发电机带负荷阶段，在发电系统并网后分别带上最大负荷的10%、50%、100%负荷 (励磁系统以手动方式调节)进行紧急停机实验，也就是甩负荷实验。每次紧急停机高炉顶压波动值应在正常范围内，否则应对旁通阀的前馈预设开度等控制系统的参数作相应调整直到满是高炉正常生产的要求为止。

然而，这样的反复开机和紧急停机甩负荷的调试方法对高炉的安全生产不利，也是高炉方面无法接受的。在高炉的控制参数中，炉顶压力是非常重要的参数之一。调节炉顶压力主要靠调节煤气量，炉顶压力的控制精度直接影响高炉的顺行及生铁产量。高炉生产必须要保证顶压稳定，若高炉顶压力波动幅度较大，将导致热风压力大幅度波动，直接对给料速度、气流分布、高炉运行有较大影响，特别在炉况较差的情况下，高炉顶压力大幅度波动会造成高炉作料、滑料，严重影响高炉运行及产量。

保证紧急停机试验时高炉顶压稳定的关键在于旁通阀前馈控制系统的有关参数设定要准确，而这些参数又与旁通快开阀、透平静叶的流通能力特性等直接关联、这就需要依据准确的流通能力(CV值或C值)特性曲线，对前馈控制系统进行的参数准确预整定，使甩负荷紧急停机试验不影响高炉的生产，确保正常运行时高炉的安全。

鉴于上述弊端，通钢7#TRT在甩负荷调试上有了创新，运用模拟甩负荷实验进行实际数据测试，既保证了高炉的安全与稳定，又得出了准确的有关参数，准确整定了前馈控制系统的参数，使TRT可以满负荷发电运行，又确保在TRT故障时不影响高炉的稳定、安全。

3.3.1 模拟实验过程

TRT正常停机后，静叶全关，快切阀、均压阀均为全关状态，与高炉联系尽量避免影响顶压波动的其他因素，然后逐渐缓慢关减压阀组1#阀，同时TRT运行人员注意观察顶压趋势，手动缓慢调整主旁通快开阀开度，使顶压保持相对稳定。依次将1#、2#、3#、4#阀组全关，让所有的煤气都经过旁通快开阀，在操作过程中严密监视记录顶压趋势与减压阀组和旁通快开阀的开度等数据，待全部操作完毕后再次记录整理数据。观察无异常后，将旁通阀渐关，逐渐开减压阀组，恢复至原状态然后正式起机。正常起机、并网后逐渐升负荷，直至减压阀组全关，记录各负荷阶段的静叶角度与煤气流量。

3.3.2 实验数据见表1

表1 逐渐关减压阀组，配合关主旁通阀数据

由于高炉TRT系统的复杂性，为建立适合于顶压控制的动态模型，如图2所示TRT系统简化图。

图2 高炉TRT系统简化图

通过图2来分析仿真实验，当给旁通阀开度一个阶跃信号时，炉顶压力是一个二阶震荡响应，但是超调量较小，说明旁通阀的开度对于顶压来说，控制上比较有效，不至于使高炉顶压出现较大的波动，而现场控制中也正是利用旁通阀来调节炉顶的压力。

图3为旁通阀开度与顶压实时数据截图，从图3中实时数据图分析旁通阀开度对顶压曲线的影响可知，旁通阀开度增加，顶压曲线是缓慢减小，并且在较短时间内得到稳定而且有一些滞后，但是旁通阀的开度对于顶压的控制却起到了很好的效果，由图中3～6 min的曲线可以分析出当系统稳定时，顶压的稳态增益约为0.5左右，并且相对波动幅度较小。

整理数据后通过仿真实验分析，根据调节阀流量系数计算得出旁通阀的最佳前馈预设开度与比例倍数，将参数下载至控制系统下位机，全部模拟实验及调试均已完成。

图3 旁通阀开度与顶压实时数据截图

4 结束语

TRT系统涉及的专业知识较多、内容广泛，参与调试的人员必须熟悉TRT各分系统技术资料、专业知识，调试前编制调试方案、异常情况的处理预案，最关键的一点是要勇于实践，同时还要做到规范化、标准化，每一步调试过程的记录要详细，对调试过程的数据要认真分析，在不断提高理论水平的同时还要不断探索新的试验方法，要及时跟上新的发展潮流和最前沿的科技，尤其是调试新技术。

[1]杨春节.炼铁高炉TRT系统顶压动态数学模型研究[J].浙江大学学报.2006.9.

[2]付卫东.调节阀流量的计算方法 [J].阀门.1999.1

[3]成伯兰.高炉炼铁工艺及计算[M].北京：冶金工业出版社.

[4]杜凤祥.高炉煤气余压发电装置的系统调试[J].冶金动力.2001.4.