摘 要:介紹了DCS在天津鋼管公司1000m3高爐配套TRT發(fā)電裝置中的應(yīng)用，包括系統(tǒng)的硬件組成、實(shí)現(xiàn)功能和實(shí)際運(yùn)行的效果。
關(guān)鍵詞:TRT；轉(zhuǎn)速；控制;DCS
0 引言
TRT發(fā)電裝置全稱高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置（Blast Furnace Gas Top Pressure Recovery TurbineUnit），是利用高爐煤氣所具有的壓力能、熱能，通過(guò)透平機(jī)鼓脹，使壓力能、熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種裝置，這種裝置既回收了減壓閥組白白泄放的能量，又凈化了煤氣，降低了噪音，大大改善了高爐爐頂?shù)目刂破焚|(zhì)。該裝置具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、污染少、容量大、壽命長(zhǎng)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在能源綜合利用中獲得了廣泛地應(yīng)用。
在對(duì)高爐TRT裝置的控制中，存在兩點(diǎn)與安全生產(chǎn)直接相關(guān)的重要因素：一是并入電網(wǎng)前對(duì)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制；一是充分保證高爐爐頂壓力的穩(wěn)定。文章介紹的高爐TRT控制軟件包及控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中綜合考慮了TRT運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素，并結(jié)合控制工藝的要求使用了一些獨(dú)特的專家控制方案，來(lái)滿足TRT安全、高效的要求。天津鋼管公司1000m3高爐配套TRT發(fā)電裝置的實(shí)際使用表明，整套軟件包及控制系統(tǒng)的應(yīng)用達(dá)到了令人滿意的效果，在采用全部回收發(fā)電的同時(shí)，能充分保證爐頂壓力的穩(wěn)定，對(duì)充分發(fā)揮機(jī)組的能量回收能力和保證安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益起到了很好的促進(jìn)作用。
1 工藝流程及系統(tǒng)配置
1．1 工藝流程
天津鋼管公司1000 In3高爐TRT工藝流程如圖1所示。高爐煤氣經(jīng)過(guò)除塵裝置后，經(jīng)入口電動(dòng)碟閥、人口插板閥、快速切斷閥后，進(jìn)入透平機(jī)，然后經(jīng)出口插板閥、出口電動(dòng)碟閥到煤氣管網(wǎng)，在入口插板閥之前，透平出口之后并聯(lián)著旁通快開(kāi)閥組，旁通閥組在正常停機(jī)和緊急停機(jī)時(shí)，進(jìn)行高爐頂壓控制。
1．2 系統(tǒng)配置
為保證TRT機(jī)組長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，天津鋼管公司1000 高爐TRT控制系統(tǒng)采用了Honey．well公司的Plantscape中小型DCS系統(tǒng)。此系統(tǒng)充分應(yīng)用了最新信號(hào)處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠的軟件平臺(tái)和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用了高性能的微處理器和成熟的先進(jìn)控制算法，具有高速可靠的數(shù)據(jù)輸人、輸出、運(yùn)算等過(guò)程控制功能和聯(lián)鎖邏輯控制功能，能適應(yīng)更廣泛更復(fù)雜的應(yīng)用要求，是一個(gè)全數(shù)字化、結(jié)構(gòu)靈活、功能完善的新型開(kāi)放式集散控制系統(tǒng)。
項(xiàng)目由一個(gè)工程師站、一個(gè)操作員站、一個(gè)控制站組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖2。其中通訊網(wǎng)絡(luò)和主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡及重要的模擬量輸入、輸出通道采用冗余配置，保證系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。
2 控制要求與實(shí)現(xiàn)
TRT裝置的自控功能主要包括啟動(dòng)聯(lián)鎖控制、自動(dòng)升速控制、正常調(diào)頂壓控制、正常停機(jī)控制、緊急停機(jī)控制等，而各過(guò)程中保持高爐頂壓的穩(wěn)定是裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵。
本項(xiàng)目利用Plantscape DCS系統(tǒng)提供的圖形化組態(tài)功能，編制了用戶控制軟件包，很好地實(shí)現(xiàn)了上述要求。
2．1 啟動(dòng)聯(lián)鎖
TRT機(jī)組的啟動(dòng)必須滿足特定的條件，并按照一定的步驟順序進(jìn)行，當(dāng)條件不滿足時(shí)，則“啟動(dòng)聯(lián)鎖”程序投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)閥和人口電動(dòng)碟閥鎖閉。TRT機(jī)組正常啟動(dòng)的條件主要有：高爐同意，IRT啟動(dòng)、電氣允許Ⅱ啟動(dòng)、潤(rùn)滑油壓力大于設(shè)定值、動(dòng)力油壓力大于設(shè)定值、透平靜葉全關(guān)等。如上述任何一個(gè)條件不滿足，TRT機(jī)組將（在“啟動(dòng)聯(lián)鎖”程序的保護(hù)下）無(wú)法正常啟動(dòng)。
2．2 全自動(dòng)啟機(jī)
啟動(dòng)過(guò)程主要分為升轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)、升功率。為保證機(jī)組安全，TRT啟機(jī)必須按照一定順序有步驟的進(jìn)行，如圖3所示。
升轉(zhuǎn)速過(guò)程主要依靠DCS控制啟動(dòng)閥、人口電動(dòng)碟閥、透平靜葉之間協(xié)同動(dòng)作，使轉(zhuǎn)速按照一定的升速曲線自動(dòng)升至并穩(wěn)定在目標(biāo)值，保證發(fā)電機(jī)并網(wǎng)順利進(jìn)行。升速曲線由4段不同斜率的直線組成，開(kāi)始時(shí)，啟動(dòng)閥控制回路的設(shè)定值按照一定的速率自動(dòng)增加，依靠PID調(diào)節(jié)來(lái)控制啟動(dòng)閥逐步打開(kāi)，轉(zhuǎn)速升到某一定值后，全開(kāi)人口電動(dòng)碟閥，關(guān)閉啟動(dòng)閥，靜葉控制轉(zhuǎn)速回路自動(dòng)投入，按照升速曲線繼續(xù)升速，使得透平的轉(zhuǎn)速升到目標(biāo)值，并保持穩(wěn)定，等待并網(wǎng)。只要參數(shù)整定正確，轉(zhuǎn)速可以很好的跟蹤轉(zhuǎn)速曲線，在此裝置升速過(guò)程中轉(zhuǎn)速波動(dòng)控制在±8r／min。
并網(wǎng)成功后，TRT進(jìn)入升功率過(guò)程，此過(guò)程中TRT和高爐的減壓閥組共同控制高爐頂壓，DCS系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)靜葉開(kāi)度，不僅要保證高爐頂壓，還要保證升功率過(guò)程順利進(jìn)行。來(lái)自高爐的頂壓測(cè)量值、設(shè)定值與升速參數(shù)共同用于TRT控制系統(tǒng)對(duì)靜葉的控制，隨著靜葉開(kāi)度的增大，使得煤氣負(fù)荷逐漸轉(zhuǎn)移到Ⅱ ，高爐的減壓閥組同時(shí)也逐漸關(guān)小，以完成升功率過(guò)程。在升功率過(guò)程中，如果高爐頂壓出現(xiàn)波動(dòng)，DCS通過(guò)調(diào)節(jié)靜葉開(kāi)度，調(diào)節(jié)升功率的速度，來(lái)保證高爐頂壓及時(shí)恢復(fù)正常。
2．3 正常停機(jī)
TRT正常停機(jī)時(shí)，經(jīng)過(guò)TRT降功率過(guò)程，煤氣逐步由，IRT轉(zhuǎn)移至旁通閥組，旁通閥組和靜葉同時(shí)調(diào)節(jié)高爐頂壓，旁通閥組和靜葉也是由綜合回路來(lái)控制的，兩個(gè)旁通閥中的一個(gè)作為調(diào)節(jié)閥，另外一個(gè)作為量程閥，量程閥按照調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度和高爐頂壓的變化來(lái)動(dòng)作，工程師可以任選一個(gè)作為調(diào)節(jié)閥。功率降到零功率后，發(fā)電機(jī)解列，快速切斷閥慢關(guān)，靜葉以一定的速度關(guān)閉，配合高爐逐步將煤氣由旁通閥組轉(zhuǎn)移至高爐減壓閥組。
2．4 緊急停機(jī)
只要任何一個(gè)緊急停機(jī)條件滿足時(shí)，TRT即進(jìn)入緊急停機(jī)狀態(tài)。TRT緊急停機(jī)時(shí)，快速切斷閥在1秒內(nèi)快關(guān)，旁通快開(kāi)閥快速打開(kāi)到某一開(kāi)度，使煤氣改從旁通快開(kāi)閥流過(guò)，避免了高爐爐頂壓力的急劇波動(dòng)。此時(shí)旁通快開(kāi)閥的開(kāi)度根據(jù)緊急停機(jī)時(shí)的靜葉開(kāi)度和煤氣流量運(yùn)算后得出。隨后DCS通過(guò)旁通閥調(diào)節(jié)高爐頂壓，配合高爐將煤氣逐步轉(zhuǎn)移到減壓閥組，直至完全由減壓閥組來(lái)控制高爐頂壓。
3 投運(yùn)效果
天津鋼管公司1000rn3高爐TRT實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)運(yùn)行，從自動(dòng)升速、升功率到正常運(yùn)行、正常停車，操作人員只需按下“啟動(dòng)”或“正常停車”按鈕即可。當(dāng)緊急停車條件被觸發(fā)或按下“緊急停車”按鈕時(shí)，DCS系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)緊急停車過(guò)程中所需步驟，整個(gè)過(guò)程控制效果良好，無(wú)需人工干預(yù)。正常運(yùn)行時(shí)高爐頂壓波動(dòng)在±5kPa范圍內(nèi)，緊急停機(jī)時(shí)高爐頂壓波動(dòng)在±10kPa范圍內(nèi)。
4 結(jié)束語(yǔ)
天津鋼管公司1000 m3高爐TRT DCS控制系統(tǒng)投運(yùn)至今，性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。特別是利用DCS系統(tǒng)提供的圖形化組態(tài)軟件包實(shí)現(xiàn)了TRT全自動(dòng)啟機(jī)，正常停機(jī)和緊急停機(jī)的自動(dòng)控制，保證了TRT機(jī)組安全高效運(yùn)行，保證了高爐頂壓平穩(wěn)正常。從TRT的順利投運(yùn)，可看出DCS系統(tǒng)在高爐TRT上的應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1）可靠性高，軟硬件性能穩(wěn)定。
2）操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。純中文的組態(tài)和監(jiān)控畫面，為維護(hù)人員、操作人員提供了良好的人機(jī)接口。全自動(dòng)啟停和控制，更是大大降低了對(duì)人員素質(zhì)的依賴，避免了誤操作可能性。
3）通訊網(wǎng)絡(luò)和主要控制部件都更加需要采用熱冗余，在提高系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)上，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。
目前天津鋼管公司1000m3高爐TRT平均發(fā)電功率在3500kW左右，預(yù)計(jì)2～3年收回全部投資，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
參考文獻(xiàn)
《能量回收透平裝置技術(shù)與應(yīng)用》（陜西鼓風(fēng)機(jī)有限公司）
（轉(zhuǎn)載）
