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I/O 設備

DCS在TRT發(fā)電裝置自動控制中的應用

2025China.cn   2009年06月05日

摘 要:介紹了DCS在天津鋼管公司1000m3高爐配套TRT發(fā)電裝置中的應用,包括系統(tǒng)的硬件組成、實現(xiàn)功能和實際運行的效果。
關鍵詞:TRT;轉速;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,通過透平機鼓脹,使壓力能、熱能轉化為機械能,驅動發(fā)電機發(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|。該裝置具備結構簡單、污染少、容量大、壽命長、節(jié)能等優(yōu)點,在能源綜合利用中獲得了廣泛地應用。
  在對高爐TRT裝置的控制中,存在兩點與安全生產直接相關的重要因素:一是并入電網(wǎng)前對轉速的穩(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)在設計中綜合考慮了TRT運行過程中可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素,并結合控制工藝的要求使用了一些獨特的專家控制方案,來滿足TRT安全、高效的要求。天津鋼管公司1000m3高爐配套TRT發(fā)電裝置的實際使用表明,整套軟件包及控制系統(tǒng)的應用達到了令人滿意的效果,在采用全部回收發(fā)電的同時,能充分保證爐頂壓力的穩(wěn)定,對充分發(fā)揮機組的能量回收能力和保證安全生產、提高經濟效益起到了很好的促進作用。
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。高爐煤氣經過除塵裝置后,經入口電動碟閥、人口插板閥、快速切斷閥后,進入透平機,然后經出口插板閥、出口電動碟閥到煤氣管網(wǎng),在入口插板閥之前,透平出口之后并聯(lián)著旁通快開閥組,旁通閥組在正常停機和緊急停機時,進行高爐頂壓控制。

1.2 系統(tǒng)配置
  為保證TRT機組長期安全、穩(wěn)定地運行,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)充分應用了最新信號處理技術、高速網(wǎng)絡通信技術、可靠的軟件平臺和軟件設計技術以及現(xiàn)場總線技術,采用了高性能的微處理器和成熟的先進控制算法,具有高速可靠的數(shù)據(jù)輸人、輸出、運算等過程控制功能和聯(lián)鎖邏輯控制功能,能適應更廣泛更復雜的應用要求,是一個全數(shù)字化、結構靈活、功能完善的新型開放式集散控制系統(tǒng)。
  項目由一個工程師站、一個操作員站、一個控制站組成,系統(tǒng)結構拓撲圖見圖2。其中通訊網(wǎng)絡和主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(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)安全高效運行。

2 控制要求與實現(xiàn)
  TRT裝置的自控功能主要包括啟動聯(lián)鎖控制、自動升速控制、正常調頂壓控制、正常停機控制、緊急停機控制等,而各過程中保持高爐頂壓的穩(wěn)定是裝置實現(xiàn)自動化的關鍵。
  本項目利用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,很好地實現(xiàn)了上述要求。
2.1 啟動聯(lián)鎖
  TRT機組的啟動必須滿足特定的條件,并按照一定的步驟順序進行,當條件不滿足時,則“啟動聯(lián)鎖”程序投入運行,實現(xiàn)啟動閥和人口電動碟閥鎖閉。TRT機組正常啟動的條件主要有:高爐同意,IRT啟動、電氣允許Ⅱ啟動、潤滑油壓力大于設定值、動力油壓力大于設定值、透平靜葉全關等。如上述任何一個條件不滿足,TRT機組將(在“啟動聯(lián)鎖”程序的保護下)無法正常啟動。
2.2 全自動啟機
  啟動過程主要分為升轉速、并網(wǎng)、升功率。為保證機組安全,TRT啟機必須按照一定順序有步驟的進行,如圖3所示。

  升轉速過程主要依靠DCS控制啟動閥、人口電動碟閥、透平靜葉之間協(xié)同動作,使轉速按照一定的升速曲線自動升至并穩(wěn)定在目標值,保證發(fā)電機并網(wǎng)順利進行。升速曲線由4段不同斜率的直線組成,開始時,啟動閥控制回路的設定值按照一定的速率自動增加,依靠PID調節(jié)來控制啟動閥逐步打開,轉速升到某一定值后,全開人口電動碟閥,關閉啟動閥,靜葉控制轉速回路自動投入,按照升速曲線繼續(xù)升速,使得透平的轉速升到目標值,并保持穩(wěn)定,等待并網(wǎng)。只要參數(shù)整定正確,轉速可以很好的跟蹤轉速曲線,在此裝置升速過程中轉速波動控制在±8r/min。
  并網(wǎng)成功后,TRT進入升功率過程,此過程中TRT和高爐的減壓閥組共同控制高爐頂壓,DCS系統(tǒng)負責調節(jié)靜葉開度,不僅要保證高爐頂壓,還要保證升功率過程順利進行。來自高爐的頂壓測量值、設定值與升速參數(shù)共同用于TRT控制系統(tǒng)對靜葉的控制,隨著靜葉開度的增大,使得煤氣負荷逐漸轉移到Ⅱ ,高爐的減壓閥組同時也逐漸關小,以完成升功率過程。在升功率過程中,如果高爐頂壓出現(xiàn)波動,DCS通過調節(jié)靜葉開度,調節(jié)升功率的速度,來保證高爐頂壓及時恢復正常。
2.3 正常停機
  TRT正常停機時,經過TRT降功率過程,煤氣逐步由,IRT轉移至旁通閥組,旁通閥組和靜葉同時調節(jié)高爐頂壓,旁通閥組和靜葉也是由綜合回路來控制的,兩個旁通閥中的一個作為調節(jié)閥,另外一個作為量程閥,量程閥按照調節(jié)閥的開度和高爐頂壓的變化來動作,工程師可以任選一個作為調節(jié)閥。功率降到零功率后,發(fā)電機解列,快速切斷閥慢關,靜葉以一定的速度關閉,配合高爐逐步將煤氣由旁通閥組轉移至高爐減壓閥組。
2.4 緊急停機
  只要任何一個緊急停機條件滿足時,TRT即進入緊急停機狀態(tài)。TRT緊急停機時,快速切斷閥在1秒內快關,旁通快開閥快速打開到某一開度,使煤氣改從旁通快開閥流過,避免了高爐爐頂壓力的急劇波動。此時旁通快開閥的開度根據(jù)緊急停機時的靜葉開度和煤氣流量運算后得出。隨后DCS通過旁通閥調節(jié)高爐頂壓,配合高爐將煤氣逐步轉移到減壓閥組,直至完全由減壓閥組來控制高爐頂壓。
3 投運效果
  天津鋼管公司1000rn3高爐TRT實現(xiàn)了全自動運行,從自動升速、升功率到正常運行、正常停車,操作人員只需按下“啟動”或“正常停車”按鈕即可。當緊急停車條件被觸發(fā)或按下“緊急停車”按鈕時,DCS系統(tǒng)自動實現(xiàn)緊急停車過程中所需步驟,整個過程控制效果良好,無需人工干預。正常運行時高爐頂壓波動在±5kPa范圍內,緊急停機時高爐頂壓波動在±10kPa范圍內。
4 結束語
  天津鋼管公司1000 m3高爐TRT DCS控制系統(tǒng)投運至今,性能可靠,運行平穩(wěn)。特別是利用DCS系統(tǒng)提供的圖形化組態(tài)軟件包實現(xiàn)了TRT全自動啟機,正常停機和緊急停機的自動控制,保證了TRT機組安全高效運行,保證了高爐頂壓平穩(wěn)正常。從TRT的順利投運,可看出DCS系統(tǒng)在高爐TRT上的應用具有如下優(yōu)點:
  1)可靠性高,軟硬件性能穩(wěn)定。
  2)操作簡單,維護方便。純中文的組態(tài)和監(jiān)控畫面,為維護人員、操作人員提供了良好的人機接口。全自動啟停和控制,更是大大降低了對人員素質的依賴,避免了誤操作可能性。
  3)通訊網(wǎng)絡和主要控制部件都更加需要采用熱冗余,在提高系統(tǒng)安全性的基礎上,提高了系統(tǒng)的性價比。
  目前天津鋼管公司1000m3高爐TRT平均發(fā)電功率在3500kW左右,預計2~3年收回全部投資,經濟效益十分可觀。
參考文獻
《能量回收透平裝置技術與應用》(陜西鼓風機有限公司)

(轉載)

標簽:DCS 在 TRT 發(fā)電 裝置 自動 控制中 的 應用 我要反饋 
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