高炉TRT顶压测量值优化分析

高炉TRT顶压测量值优化分析
孙秀利
【摘要】主要介绍了TRT对高炉顶压的控制及顶压测量值的优化方案.在日钢,当TRT机组不运行时,高炉顶压测量值主要通过减压阀组的开度来调节；当TRT机组投入运行,完成并网操作后,高炉缓慢关闭减压阀组,把高炉顶压逐渐转到TRT机组
控制.2007年完成TRT顶压测量值优化改造之后,实现了很好的经济效益.
【期刊名称】《冶金动力》
【年(卷),期】2012(000)004
【总页数】3页(P47-48,51)
【关键词】余压发电;高炉顶压;测量值优化
【作者】孙秀利
【作者单位】日照钢铁有限公司,山东日照 276806
【正文语种】中文
【中图分类】TM617
1 前言
TRT是高炉煤气余压透平发电装置（Blast-Furnace Gas Top Pressure Recovery Turbine Unit）的简称，它是利用高炉炉顶煤气的余热和余压，驱动透平机转子，来带动发电机发电的一种能量回收装置。

在TRT的控制系统中，关键是利用高炉
顶压测量值和设定值两个参数，通过静叶、快开旁通阀来实现高炉顶压的平稳控制，
目前，日照钢铁共有16台与高炉配套的TRT能量回收发电机组。

近年来，关于TRT顶压控制的讨论很多[1-5]，日照钢铁根据自己的生产实际，摸索出了一个适
合自己生产模式的高炉顶压测量值优化方案。

2 顶压调节控制
顶压调节控制就是指高炉顶压测量值的调节控制，高炉顶压测量值不管是对TRT
机组的发电工艺，还是对高炉的生产工艺来说，都是一个非常重要的参数[4]。

顶
压测量值不稳，一方面会导致TRT机组的可调静叶及快开旁通阀等设备频繁开关，不但影响机组的发电量，而且会影响设备的安全；另一方面会导致高炉炉况波动。

当顶压测量值高于设定值时，会导致炉腹内煤气气流分布不均，引起崩料，严重时会威胁设备的安全；当顶压测量值低于设定值时，会导致炉腹内煤气流速上升，严重磨损炉喉，损坏设备。

所以，TRT作为高炉的附属设备，其主要功能就是对高
炉顶压测量值进行调节控制，无论是在机组启动、运行，还是紧急停车时，都必须保证顶压测量值平稳，不能有较大的波动。

为保证顶压测量值平稳，日照钢铁高炉顶压测量值调节采用以下方法:当TRT机组不运行时，高炉顶压测量值主要通过减压阀组的开度来调节；当TRT机组投入运行，完成并网操作后，高炉缓慢关闭减压阀组，把高炉顶压逐渐转到TRT机组控制。

TRT机组利用西门子S7—400PLC，通过可调静叶、快开旁通阀等设备，来
保证高炉顶压测量值的稳定。

其控制方式分为手动和自动两种。

手动方式主要在TRT机组开机或停机或高炉出现异常情况时使用，在生产正常的情况下，采用自
动控制方式。

利用高炉顶压测量值和高炉顶压设定值这两个参数，通过PLC程序
内部的PID运算，自动调节可调静叶或快开旁通阀开度，增加或减少进入透平机
的煤气流量，使高炉顶压测量值趋近稳定。

在PLC程序中顶压调节分为正常工况、顶压异常、正常停机、紧急停机4级优先控制。

其中，正常工况为最低优先级，
紧急停机为最高优先级。

在实际应用中，TRT的静叶及快开旁通阀对高炉顶压的
控制只采用PI调节。

日照钢铁的1#～16#高炉都有相应配套的TRT。

由于负责设计的单位不同，在PLC自动控制系统中，静叶及快开旁通阀控制高炉顶压测量值的PID参数也有所差别:
1#～16#TRT为陕鼓集团创为实自控有限公司负责设计。

P1:-0.37;P2：-0.37 调整范围：-0.18 至-0.55
I:30 s 调整范围：10 s至45 s
差值+0.4 调整范围：0.1 至+0.5（一般不做改动）
静叶开度系数+1.1 调整范围：+1.0 至+1.3（一般不做改动）
7#～14#TRT为成发集团北京明诚自控有限公司负责设计。

P:-2.0 调整范围：-1.9 至-2.9
I:2M45s 调整范围：2M10s至3M10s
15#、16#TRT为陕鼓集团浙大人工环境有限公司负责设计。

P:-1.8 调整范围：-1.2 至-1.9
I:1M30s 调整范围：1M10s-2M
以上参数仅为个人经验值，仅供参考。

当高炉工况正常，TRT机组正常运行时，快开旁通阀主辅两阀都处于全关状态，PLC程序根据高炉顶压测量值与设定值偏差大小，通过PID调节自动调整可调静叶的旋转角度，使高炉顶压测量值趋于稳定。

当高炉工况出现异常时，若高炉顶压测量值高于顶压设定值4 kPa，PLC程序通过PID运算作出判断，输出指令让快开旁通阀主阀打开一定的开度，把一部分煤气直接泄到外网煤气管网中，使高炉顶压降低。

如果快开旁通阀主阀在开阀过程中，高炉顶压继续升高，当高炉顶压测量值高于顶压设定值7 kPa时，快开旁通阀辅阀也打开一定开度，主辅两个旁通阀同时向外网煤气管网中排放煤气，直至高炉顶压测量值趋近设定值时，程序发出指
令让主辅两个快开旁通阀同时自动关闭。

工艺人员可以在 PLC的HMI界面上的静叶或快开旁通阀软手操面板上来选择手动或自动方式控制高炉顶压。

3 高炉顶压测量值的原有设计方案
日钢高炉顶压测量值信号的原有设计是由安装在高炉本体的3台变送器分别把高
炉的炉顶压力信号变换成4～20 mA的电信号，把这三个电信号分别命名为“高
炉顶压测量值1”、“高炉顶压测量值2”和“高炉顶压测量值3”。

三台变送器
的电源各由高炉控制室PLC的AI模块提供。

其转换出的4～20 mA的电信号用电缆分别传回高炉控制室PLC的AI模块，通过内部转换传输给CPU。

一路用来送
到HMI界面显示，作为高炉操作人员调节送风和上料的依据；另一路通过AO模块输出4～20 mA电信号，分别把“高炉顶压测量值1”、“高炉顶压测量值2”、“高炉顶压测量值3”三个电信号经过安全栅后用电缆送到TRT机组PLC的AI模块，在TRT机组PLC的HMI界面显示。

其中，“高炉顶压测量值1”参与TRT
顶压调节的PID运算。

在机组刚投产后的一段时间内，在生产过程中发现此种设计存在一定的弊端，即高炉顶压测量值经常出现假信号，出现忽大忽小地波动。

这种假信号一方面导致
TRT机组的可调静叶调节不稳，另一方面导致快开旁通阀打开，引起高炉顶压不稳，轻者引起高炉崩料，严重时会威胁高炉及TRT机组设备的安全。

仪表人员通
过分析研究，发现由于受环境因素的影响，高炉PLC的AO模块和安全栅经常不
稳定，造成高炉传给TRT机组PLC的高炉顶压测量值信号波动，出现假信号。

为了提高TRT机组对高炉顶压控制的可靠性，仪表人员采取了一定的措施，对高炉
顶压测量值信号进行了优化技改。

4 高炉顶压测量值参数的优化
(1)将TRT机组参与高炉顶压调节的顶压测量值信号源进行技改。

为消除由于高炉
PLC的AO模块和安全栅的不稳定造成顶压测量值信号的波动，仪表人员将高炉
本体位号为高炉顶压测量值1的两线制智能变送器的DC24V电源，由原来高炉PLC的AI模块提供改为由TRT机组仪表柜内的安全栅提供，高炉顶压测量值1的电信号直接由高炉本体的变送器通过电缆进入TRT机组仪表柜内安全栅，传到PLC的AI模块的无源通道（如图1所示），通过内部转换传给CPU后参与TRT
机组高炉顶压控制的PID调节；高炉顶压测量值2和高炉顶压测量值3的信号传
输方式不变，TRT机组把高炉顶压测量值2和高炉顶压测量值3作为备用信号在PLC的HMI界面上显示，高炉顶压测量值1直接参与TRT机组可调静叶和快开旁通阀对高炉顶压的PID调节。

图1 日钢高炉顶压测量值优化流程示意图
(2)完善PLC程序，在高炉顶压测量值出现异常信号时进行处理。

对高炉顶压测量信号突变的处理：通过分析1#～6#TRT机组对高炉顶压控制程序，发现原控制程序没有对高炉来的顶压测量值参数信号的真假做出判断，导致当顶压测量值出现假信号波动时，可调静叶和快开旁通阀对高炉顶压调节不稳，于是在程序中对高炉顶压测量信号进行了处理，将高炉顶压测量值信号加上一个逻辑块，当高炉顶压测量值在0.05 s内突然高于或低于20 kPa时，默认为假信号，继续按突变前的测量值大小进行PID运算，且可调静叶和快开旁通阀自动切换到手动调节方式，同时在HMI界面上弹出报警，运行人员及时和高炉人员取得联系，进行处理。

5 结束语
日钢1#～6#TRT的高炉顶压测量值改造已于2007年9月份完成。

改造投运后，运行效果良好，不仅消除了TRT机组高炉顶压测量值频繁波动的现象，使可调静叶、快开旁通阀能平稳地调节高炉炉顶压力，确保了高炉和TRT机组的安全运行，而且减少了因顶压测量值波动造成的TRT机组故障停机，使单台机组每小时多发
电50 kW。

此顶压测量值改造措施，已推广到目前的16台TRT发电机组，每年
可多发电690万kWh，为公司多创效益345万元。

[参考文献]
[1]鲍文戬，睢萌.TRT自动控制系统功能及控制过程[J].中国仪器仪
表.2007(11):42-45
[2]谢宏星，吴畏.优化净化工艺确保高炉顶压稳定及TRT发电达产[J].冶金动力.2009(6):64-65.
[3]颜士颖，徐华祥.TRT控制高炉顶压系统在高炉中的设计与应用[J].冶金动力.2009(5):28-29.
[4]李权，顾喆.TRT稳定高炉顶压控制的探讨[J].冶金动力.2010:（7）.
[5]焦守林，高青，楚志发，等.选择性控制技术在TRT系统中的应用[J].中国仪器仪表.2007(12):52-54。