發布日期：2022-04-18 點擊率：56
高爐煤氣余壓回收透平發電裝置（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，TRT）是利用高爐爐頂煤氣具有的壓力能和熱能，使煤氣通過透平膨脹機膨脹做功，驅動發電機發電，進行能量回收的一種裝置。在TRT的控制中并網前的轉速控制和充保證高爐爐頂壓力的控制與安全生產息息相關，HOLLiAS DEH在攀鋼#1、#2、#3高爐發電裝置中的成功應用，整個HOLLiAS DEH控制系統的應用達到了令人滿意的效果。TRT裝置不但能保證爐頂壓力的穩定，而且能充分回收爐頂煤氣能量發電。HOLLiAS DEH對充分發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重要作用。
工藝流程及系統配置
l 工藝流程
攀鋼1#高爐TRT工藝流程如圖1所示。高爐煤氣經過除塵裝置后，在高爐煤氣減壓閥組前將高壓高爐煤氣引出，經過TRT裝置的入口蝶閥、插板閥等閥門后進入透平機入口，通過預流器使高爐煤氣轉成軸向進入葉柵，高爐煤氣在靜葉柵和動葉柵組成的流道中不斷地膨脹作功，壓力和溫度逐級降低，并轉化成動能作用于工作輪上使之轉動，工作輪通過聯軸器帶動發電機一起轉動而發電。減壓閥組在正常停機和緊急停機時，進行高爐頂壓控制。
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圖1：攀鋼#1、#2、#3高爐TRT工藝流程圖
l 系統配置
攀鋼1#高爐TRT控制系統為杭州和利時自動化有限公司的HOLLiAS DEH控制系統，采用國際上最流行的現場總線ProfiBus-DP來連接主控單元和I/O模件，既滿足高速傳輸，又經濟實用。HOLLiAS DEH控制系統由三大部分組成，電控部分、軟件部分和執行機構。電控部分包括一臺完成操作畫面設計、控制邏輯組態的計算機——工程師站；一臺完成操作監視的計算機——操作員站，一個電子控制柜。電子控制柜由一對冗余主控單元組成的現場控制站，其中安裝了專用的測速模塊、伺服模塊以及DCS系統常用的DI、DO、AI、AO模塊，用于處理各種I/O信號。軟件部分包括系統軟件和應用軟件兩種，系統軟件為由和利時公司開發設計的MACSV系統，應用軟件為該項目的控制邏輯組態及操作畫面，由云南陽光基業軟件有限公司與和杭州和利時自動化有限公司的工程技術人員設計完成。執行機構部分由成都發動機（集團）公司成套供貨，油動機采用14MPa壓力油提供動力。
采用工業以太網作為冗余高速數據通訊網絡，將工程師站、操作員站及控制站連接起來。其系統結構拓撲圖見圖2：
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圖2：攀鋼#1、#2、#3高爐TRT控制系統結構示意圖
電液伺服控制系統
電液伺服系統由動力油系統、伺服控制模塊、伺服閥和靜葉的開度測量裝置組成，伺服控制模塊接受到主控單元計算來的0~100%閥位給定值后經D/A轉換為0~5VDC給定電壓。從LVDT來的4~20mA閥位反饋電流信號經伺服控制模塊轉換為0~5VDC閥位反饋電壓。給定電壓與反饋電壓比較放大后，輸出伺服控制信號到DDV634伺服閥。伺服閥通過改變油動機工作腔室與壓力油、排油間的通路面積，來控制油動機活塞開啟、關閉的速度。當給定與反饋電壓偏差為正時，DDV閥正向偏離斷流位置，油動機開大。當給定與反饋電壓偏差為負時，DDV閥負向偏離斷流位置，油動機關小。平衡時，給定與反饋電壓相等，DDV閥處于斷流位置，油動機開度維持不變。
伺服控制模塊具有自動整定功能。伺服控制模塊經自動整定后，閥位給定信號0~100%使閥位給定電壓對應油動機全關——全開的LVDT電壓值，同樣油動機行程模入信號為油動機全關——全開的LVDT電壓值對應0~100%。
伺服控制模塊還具有無擾復位功能。在伺服模塊內部WATCH DOG動作時，閥位給定電壓保持不變，可確保油動機不發生跳動。
其控制原理如圖3所示：
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圖3：攀鋼#1、#2、#3高爐TRT伺服控制原理
控制要求與實現
TRT裝置的自制功能主要包括啟動聯鎖控制、自動升速控制、功率控制、正常調頂壓控制、正常停機控制、緊急停機控制等。
啟動聯鎖
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“啟動聯鎖”程序投入運行，實現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、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“啟動聯鎖”程序的保護下無法正常啟動。
全自動啟機
啟動過程主要分為升轉速、并網、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4：
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圖4：攀鋼1＃高爐TRT全自動啟機過程
升轉速過程主要依靠DEH控制啟動閥、入口電動碟閥、透平靜葉之間協同動作，使轉速按照一定的升速曲線自動升至并穩定在目標值，保證發電機并網順利進行。升速曲線由四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調節來控制啟動閥逐步打開，轉速升到某一定值后，全開入口電動碟閥，關閉啟動閥，靜葉控制轉速回路自動投入，按照升速曲線繼續升速，使得透平的轉速升到目標值，并保持穩定，等待并網。只要參數整定正確，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±3 r／min。
并網成功后，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，DEH系統負責調節靜葉開度，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、設定值與升速參數共同用于TRT控制系統對靜葉的控制，隨著靜葉開度的增大，使得煤氣負荷逐漸轉移到透平機 ，高爐的減壓閥組同時也逐漸關小，以完成升功率過程。
正常運行期間，DEH采用爐頂壓力控制方式。爐頂壓力作為反饋信號與給定壓力比較，經PID調節器運算后去控制油動機行程。如果高爐頂壓升高，DEH通過開大靜葉開度增加進汽量，增大發電功率；如果高爐頂壓降低，DEH通過關小靜葉開度減少進汽量，降低發電功率，最終維持高爐頂壓穩定。
l 正常停機
正常停機時，DEH按照降功率曲線逐漸減小發電機功率，同時減壓閥組為了維持爐頂壓力其自動控制回路將隨著發電機功率的減小逐漸開大。減壓閥組逐步進入調頂壓狀態，當發電機功率下降到約為額定值的5%時，發電機解列。透平機靜葉和快切閥同時關閉，組爐頂壓力完全由減壓閥控制zTRT正常停機結束。
l 重故障停機
當重故障信號發生時， TRT發解列信號，靜葉和快切閥同時關閉，減壓閥組的快開閥根據煤氣流量打開一定的開度，同時，啟動低壓側煤氣管道冷卻系統，冷卻從快開閥中快速流過的高壓高溫煤氣，頂壓完全交由高爐側控制，停機過程結束。
投運效果
攀鋼高爐一期TRT實現了全自動運行，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或按下“緊急停車”按鈕時，DEH系統自動實現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±5 KPa范圍內，緊急停機時高爐頂壓波動在±10 kPa范圍內。
小結
攀鋼高爐一期TRT HOLLiAS DEH控制系統自投運至今，性能可靠，運行平穩。保證了TRT機組安全高效運行以及高爐頂壓平穩可靠，該項目的順利投運體現了HOLLiAS DEH控制系統的優點：
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