宋純東

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司檢修中心）

八鋼2500m3高爐頂壓控制及優(yōu)化

宋純東

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司檢修中心）

重點(diǎn)闡述了TRT控制高爐頂壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和控制的基本方法。通過對八鋼高爐頂壓系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀的分析，指出了當(dāng)前運(yùn)行中存在問題、原因，為保證高爐頂壓控制的穩(wěn)定可靠，進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

高爐煤氣；余壓透平發(fā)電裝置（TRT）；高爐頂壓調(diào)節(jié)；優(yōu)化方案

聯(lián)系人：宋純東，男，42歲，本科，工程師，烏魯木齊（830022）寶鋼集團(tuán)八鋼公司檢修中心

E-mail：Songcd@bygt.com.cn

1 前言

八鋼公司新區(qū)A、B、C三座2500m3高爐的煤氣凈化采用全干法除塵技術(shù)裝置。三座高爐裝配了三套干式TRT發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量為3×12600kW。從2008～2012年三座高爐TRT發(fā)電機(jī)組陸續(xù)并網(wǎng)發(fā)電，高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（TRT）作為高爐減壓閥組的替代裝置，回收了高爐爐頂煤氣的壓力能和熱能，將這部分能量轉(zhuǎn)化為電能，除了具有能源回收效果顯著、發(fā)電成本低、降低噪聲的特點(diǎn)外，同時還改善了高爐爐頂壓力的控制品質(zhì)。TRT作為高爐系統(tǒng)的必要組成部分，對其可靠性和穩(wěn)定性的要求很高，當(dāng)TRT發(fā)生故障時，不僅使作業(yè)率降低，回收能源的減少，更大程度上是會影響高爐正常生產(chǎn)。

高爐爐頂壓力不穩(wěn)，會引起爐內(nèi)反應(yīng)的劇烈波動。頂壓高于額定值時，會使?fàn)t內(nèi)煤氣氣流分布不均，引起崩料，嚴(yán)重時會損壞設(shè)備；而當(dāng)頂壓低于額定值時，會引起爐內(nèi)煤氣體積增大，氣流壓力損失增大，煤氣流速上升，使?fàn)t喉磨損嚴(yán)重。更為嚴(yán)重時，會引起爐頂設(shè)備事故，直接影響生鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量，故高爐頂壓的穩(wěn)定是至關(guān)重要的。

2 2500m3高爐頂壓控制系統(tǒng)簡述

高爐頂壓控制設(shè)備保證在正常工況下，爐頂壓力一般保持在約220 kPa，其頂壓控制是利用TRT和調(diào)壓閥組共同作用實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示。

在高爐爐況穩(wěn)定情況下，高爐煤氣發(fā)生量基本可維持在一個穩(wěn)定的范圍，2500m3高爐煤氣發(fā)生量正常維持在28～34萬m3／h。通過TRT裝置的高爐煤氣流通量要盡可能多，發(fā)電量提升才能有所保證。所以盡可能讓煤氣全部通過TRT，使高爐煤氣質(zhì)量流量最大。實(shí)現(xiàn)煤氣全回收必須關(guān)閉與TRT并聯(lián)的減壓閥組，2500m3高爐TRT并聯(lián)的減壓閥組有4個閥組成，其中2個比例閥（保證快開）和2個伺服調(diào)節(jié)閥（參與自動控制），作用是在TRT發(fā)生故障、停機(jī)及靜葉調(diào)節(jié)達(dá)到76%時能夠緊急備用，并參與高爐頂壓的控制。高爐頂壓設(shè)定值是由高爐值班室根據(jù)高爐爐況隨時調(diào)整的關(guān)鍵調(diào)節(jié)參數(shù)，也是TRT透平機(jī)調(diào)節(jié)頂壓的參照量。目前情況下頂壓的設(shè)定值和測量值是通過硬線形式由高爐系統(tǒng)PLC傳送到TRT系統(tǒng)PLC。具體TRT控制流程見圖2。

圖2 TRT控制流程圖

TRT調(diào)節(jié)控制頂壓目的主要有兩個：一是正常生產(chǎn)時，在保證高爐頂壓穩(wěn)定的前提下，充分利用爐頂煤氣資源，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電；另一個是當(dāng)TRT發(fā)生故障停機(jī)時，在保證高爐頂壓穩(wěn)定的前提下，能及時安全地從煤氣管網(wǎng)中退出。因此TRT高爐爐頂壓力控制系統(tǒng)從控制結(jié)構(gòu)來看，可分為TRT正常運(yùn)行時、正常停機(jī)時、緊急停車時和頂壓異常時4種控制系統(tǒng)。

2.1 正常運(yùn)行時

正常機(jī)組投運(yùn)→并網(wǎng)→升功率過程中爐頂壓力由高爐側(cè)控制。升功率一般由手動控制,保持手動控制靜葉角度。這個過程需要緩慢進(jìn)行，同時觀察高爐頂壓波動情況，與高爐操作保持聯(lián)系，盡量保持頂壓的穩(wěn)定。達(dá)到一定功率，同時靜葉開到一定角度后，投入頂壓自動控制。高爐頂壓自動控制投入后，頂壓設(shè)定值和實(shí)際值都由高爐提供，自動調(diào)節(jié)頂壓。在TRT側(cè)爐頂壓力調(diào)節(jié)回路中，TRT本地設(shè)定值與高爐設(shè)定值維持一定的差值（高爐設(shè)定值-TRT本地設(shè)定值=3 kPa），這個差值可使靜葉獲得高爐頂壓的控制權(quán)。當(dāng)投人自動調(diào)節(jié)頂壓后,判斷本地頂壓實(shí)際值比設(shè)定值高,所以靜葉增加開度,使頂壓降低,而頂壓降低又會導(dǎo)致減壓閥組調(diào)節(jié)系統(tǒng)判斷實(shí)際值比設(shè)定值低,因此關(guān)閉減壓閥使頂壓升高。隨著靜葉的逐步打開和減壓閥閥位的逐步減小,靜葉的調(diào)節(jié)作用越來越明顯,而減壓閥的調(diào)節(jié)作用越來越弱,直到最終靜葉獲得所有控制權(quán),而減壓閥全部關(guān)閉。

2.2 正常停機(jī)時

正常停機(jī)時，在TRT側(cè)爐頂壓力調(diào)節(jié)回路中的TRT本地設(shè)定值與高爐設(shè)定值維持一定的差值（3 kPa），這樣該系統(tǒng)將控制可調(diào)靜葉緩慢關(guān)小。同時，迫使高爐側(cè)爐頂壓力調(diào)節(jié)回路控制的減壓閥組逐漸打開，在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列的同時，自動關(guān)閉緊急切斷閥和可調(diào)靜葉，正常停機(jī)完成，高爐爐頂壓力完全交由高爐側(cè)控制的減壓閥組調(diào)節(jié)。

2.3 緊急停機(jī)時

當(dāng)TRT出現(xiàn)故障緊急停機(jī)時，減壓閥組將替代靜葉調(diào)節(jié)高爐頂壓。當(dāng)緊急停機(jī)時，快切閥快速關(guān)閉，靜葉全關(guān)，減壓閥組投入自動控制頂壓，整個關(guān)閉過程應(yīng)與高爐保持密切聯(lián)系。最后關(guān)閉入口蝶閥，系統(tǒng)停機(jī)結(jié)束。

2.4 頂壓異常時

高爐正常生產(chǎn)中，出現(xiàn)出鐵、打水、懸料、塌料等工況時，高爐頂壓會發(fā)生較大的瞬時異常波動，若波動過大，靜葉無法調(diào)整，則TRT停機(jī)。為減少頂壓短時異常波動造成的停機(jī)，保證在此頂壓異常的情況下，TRT仍能保持高爐頂壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)，采用讓減壓閥組參與頂壓調(diào)節(jié)，使TRT順利地渡過異常工況下的頂壓波動。

工況正常時，頂壓調(diào)節(jié)由靜葉完成，并且設(shè)定頂壓調(diào)節(jié)時的靜葉開度上限（76%），以保證機(jī)組的安全；當(dāng)頂壓測量與設(shè)定值偏差＞3 kPa時，認(rèn)為頂壓異常，兩快開閥進(jìn)入?yún)⑴c頂壓調(diào)節(jié)的狀態(tài)，若靜葉沒有到開度上限，則繼續(xù)調(diào)節(jié)直至開度上限，快開閥打開一定角度卸壓，維持頂壓穩(wěn)定；待爐頂壓力恢復(fù)正常值，靜葉開度＜60%，兩快開閥自動退出調(diào)節(jié)頂壓狀態(tài)，控制權(quán)返還給靜葉，繼續(xù)由靜葉進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 高爐頂壓控制系統(tǒng)的優(yōu)化

八鋼2500m3高爐頂壓控制在引入TRT機(jī)組的靜葉來調(diào)整高爐頂壓,能夠得到比僅通過減壓閥組控制更好的調(diào)節(jié)品質(zhì),但整個頂壓控制系統(tǒng)的軟硬件、控制方案及危急情況下的保護(hù)上還需完善。為此，對存在的隱患進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 頂壓控制系統(tǒng)的優(yōu)化

3.1.1 頂壓無信號的狀態(tài)

測量頂壓1、2壓變信號同時引進(jìn)高爐本體機(jī)柜，如果高爐本體機(jī)柜不能正常通訊時，導(dǎo)致頂壓無信號的情況。

完善方案：頂壓1、2壓變信號應(yīng)進(jìn)入兩個不同機(jī)柜，即兩個壓變信號分別進(jìn)入爐頂過程站和本體過程站，預(yù)防某機(jī)柜信號不能正常通訊時，避免兩個頂壓信號都同時沒有。

3.1.2 頂壓失真的狀態(tài)

頂壓1、頂壓2壓變至少有一個堵了或壞了，或者線路斷、接線松動造成的頂壓失真。

完善方案：當(dāng)兩個頂壓壓差小于3 kPa，任取其中之一；壓差大于5 kPa，控制程序設(shè)計(jì)自動切換部分，即把熱壓也引進(jìn)再與兩頂壓比較，三選二表決，與頂壓偏差小的即為正常的；當(dāng)壓差大于10kPa時直接選擇除塵器后煤氣出口管壓力作為頂壓控制測量值更為穩(wěn)妥。

3.1.3 控制系統(tǒng)失控的問題

由高爐向TRT傳送的頂壓設(shè)定值、測量值通訊傳輸過程中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)包丟失和通訊中斷（有可能是因?yàn)橥庠O(shè)的原因?qū)е?，也可能是PLC自身導(dǎo)致），導(dǎo)致設(shè)定值、測量值波動甚至死機(jī)，造成控制系統(tǒng)失控。

完善方案：（1）高爐頂壓設(shè)定值是高爐值班室根據(jù)高爐爐況隨時調(diào)整的關(guān)鍵參數(shù)，因此設(shè)定值和測量值應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)通訊和硬線兩種形式傳到TRT的PLC，TCP/IP功能塊實(shí)現(xiàn)的軟件傳遞改為硬線鏈接，防止通信光纖中斷引發(fā)事故。

（2）在同時具備硬線和通訊兩種傳輸模式情況下，編制比較判斷傳輸故障、手自動切換程序，保證這兩路信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（3）硬線采用雙絞線重新敷設(shè)，中間無接頭。

（4）做好傳輸線路的屏蔽性能，屏蔽單點(diǎn)接地，提高抗干擾能力。

（5）在TRT側(cè)安裝隔離器，將接收到的模擬量進(jìn)行整形濾波及電隔離處理。

3.1.4 頂壓值異常波動

當(dāng)兩個頂壓其中一個顯示異?；虿▌訒r。

完善方案：（1）可人為判斷將頂壓切換到顯示正常的頂壓上。

（2）在控制程序增加自動切換部分，即把高爐下降管處采集的荒壓也引進(jìn)分別與1、2頂壓比較，采用三選二機(jī)制，當(dāng)被選的頂壓值波動時自動切換到偏差小的即為正常頂壓。

3.2 高爐爐頂頂壓調(diào)節(jié)控制方式的優(yōu)化

3.2.1 PID控制優(yōu)化

TRT對高爐爐頂頂壓調(diào)節(jié)只是一個簡單的PID控制，不能滿足控制大負(fù)荷變化工況。

完善方案：由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)與反饋檢測裝置的位置距離較遠(yuǎn),且控制大負(fù)荷變化,其執(zhí)行機(jī)構(gòu)與檢測設(shè)備的遲延很大。根據(jù)PID調(diào)節(jié)規(guī)律要求,選擇調(diào)節(jié)器動作規(guī)律時，應(yīng)根據(jù)對象特性、負(fù)荷變化、主要擾動和系統(tǒng)的控制要求等具體情況,同時還應(yīng)考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)投入運(yùn)行是否方便等。同時對象控制通道時間常數(shù)或容遲延很大。負(fù)荷變化很大時,簡單控制系統(tǒng)已不能滿足要求,應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，見圖3。

圖3 改造后的串聯(lián)PID控制流程圖

3.2.2 前饋調(diào)節(jié)的應(yīng)用

完善方案：在實(shí)際生產(chǎn)中，頂壓波動與高爐的裝料有密切關(guān)系，由于高爐是間歇性投料，當(dāng)準(zhǔn)備放料時頂壓驟減，所以在原設(shè)定的基礎(chǔ)上加上一個定值。當(dāng)放料6圈后，頂壓又會逐漸增大，所以在原設(shè)定的基礎(chǔ)上減去一個定值，并且根據(jù)料種焦、礦的不同而兩個定值不同，見表1。

表1 高爐裝料控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

在程序調(diào)試過程中遇到的主要技術(shù)問題首先是工況變化較大，導(dǎo)致參數(shù)適應(yīng)性較差。因此必須建立多種狀態(tài)以適應(yīng)各種工藝情況，所以這種控制方式還需要不斷試驗(yàn)、整定。

3.3 安全問題的預(yù)防

（1）TRT頂壓控制的設(shè)定值和測量值來自于高爐，其中設(shè)定值由高爐值班長進(jìn)行設(shè)置，如果頂壓設(shè)置值由于各種原因輸入錯誤，會導(dǎo)致頂壓瞬間降低或升高。

完善方案：在高爐控制畫面上制作設(shè)定值輸入確認(rèn)二次按鈕，而且數(shù)值必須在一定范圍內(nèi)，這樣可避免誤操作，避免頂壓控制系統(tǒng)震蕩失控。

（2）高爐緊急操作臺里送往四閥組的模擬信號直接送往四閥組現(xiàn)場，而四閥組所在的房屋現(xiàn)場屬于防爆危險區(qū)域。

完善方案：送往四閥組的模擬量應(yīng)先通過安全柵后進(jìn)行傳輸，起到對信號限壓、限流、電隔離的作用，不僅防止危險能量從本安端子進(jìn)入危險場所，提高防爆性能，而且增加抗干擾能力。

（3）因設(shè)備或生產(chǎn)需緊急停機(jī)時減壓閥組無法迅速打開造成頂壓迅速上升導(dǎo)致放散吹開事故。

TRT因故退出控制系統(tǒng)后，大量的煤氣如果不能及時排放掉,而減壓閥組的調(diào)節(jié)作用會有相應(yīng)的滯后,此時將會導(dǎo)致高爐頂壓在短時間內(nèi)升高,造成危險,頂壓系統(tǒng)只有通過快速打開減壓閥組快開閥,將大流量的煤氣排到減壓閥組后面來解決這個問題。減壓閥組快開閥打開角度必須和流量相對應(yīng),如果角度太大,會使泄壓過快,導(dǎo)致高爐頂壓降低；如果角度太小,則不能夠減掉相應(yīng)流量的煤氣,高爐頂壓還是會升高。

完善方案：根據(jù)減壓閥組快開閥的流量特性經(jīng)過反復(fù)測試,確定閥的開度和流量的對應(yīng)函數(shù)。當(dāng)小流量煤氣通過時,可以由靜葉角度來換算減壓閥組快開閥開度,當(dāng)大流量煤氣通過時,通過和流量的換算來決定減壓閥組快開閥的預(yù)計(jì)開度。系統(tǒng)正常運(yùn)行時,減壓閥組快開閥開度值存放在某個內(nèi)部寄存器中,當(dāng)事故停機(jī)時,將該值送至閥位輸出,減壓閥組快開閥按照該開度值迅速打開，以避免事故發(fā)生。

3.4 現(xiàn)場四閥組該開而不能打開的隱患處理

針對四閥組的兩個快開閥（閥1、2）和兩個調(diào)節(jié)閥（閥3、4）在應(yīng)該打開時卡死的問題。

完善方案：四個閥設(shè)置5%下限位以防止機(jī)構(gòu)卡死，避免在緊急開時不動作，至少兩個快開閥應(yīng)這樣設(shè)置。

另外四閥組和TRT調(diào)節(jié)系統(tǒng)畫面無相對應(yīng)的頂壓控制PID輸出趨勢，在出現(xiàn)故障時不能立即判斷故障的緣由，因此可在閥位變化趨勢圖上應(yīng)做上PID輸出對應(yīng)的曲線圖，以便于故障查找。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對2500mm3高爐頂壓系統(tǒng)軟硬件的優(yōu)化，完善了高爐TRT頂壓控制系統(tǒng)在信號采集和傳送設(shè)計(jì)程序，完善了控制方式。通過優(yōu)化TRT控制程序，增加危急狀況下相應(yīng)的保護(hù)程序，避免了因TRT故障引起高爐的頂壓波動或事故，充分發(fā)揮了TRT提高頂壓控制品質(zhì)的優(yōu)勢，達(dá)到技術(shù)上成熟、先進(jìn)，保證了高爐穩(wěn)定運(yùn)行及增產(chǎn)。

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