高爐TRT 靜葉控制功能研究與優(yōu)化

王馨薇

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東 濟南 271104）

TRT 靜葉作為高爐頂壓控制的關(guān)鍵設(shè)備，是保障高爐安全運行的核心控制系統(tǒng)，由于TRT 靜葉控制系統(tǒng)既扮演著輸出電力能源的角色，同時，也關(guān)系到高爐的安全運營，因此，對TRT靜葉控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能提出了更高的要求。該冶金企業(yè)的2#—4#高爐在采用TRT 靜葉控制系統(tǒng)之前，主要利用四閥組來控制高爐頂壓，以至于大量勢能損耗現(xiàn)象，增加了生產(chǎn)成本，自引進TRT 靜葉控制系統(tǒng)后，大量勢能實現(xiàn)回收再利用，高爐頂壓得到有效控制，進而大幅降低了高爐煉鐵成本。

1 高爐TRT的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 有效控制高爐頂壓，提高鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)量

高爐煉鐵生產(chǎn)工序需要一個恒定的爐定壓力的持續(xù)供給，才能保障鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量，而TRT 機組自帶的靜葉裝置能夠有效調(diào)節(jié)和控制爐頂壓力，相比于減壓閥組，其控制精度更高，這樣一來，高爐爐頂壓力就會始終保持在均勻穩(wěn)定供給狀態(tài)，這對提高鋼鐵產(chǎn)品的產(chǎn)量將起到積極的促進作用。

1.2 節(jié)約能源，回收利用率高

近年來，國家大力倡導(dǎo)節(jié)能降耗與綠色環(huán)保，旨在保護自然生態(tài)環(huán)境免遭破壞，而過去的減壓閥組在運行過程中，將產(chǎn)生大量的余壓，以至于損失了大量的電力能源。自引進TRT 控制機組后，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余壓將被重新轉(zhuǎn)化為電能，輸送至用戶端，這樣，鋼鐵企業(yè)既可以保障正常的生產(chǎn)工藝流程不受任何影響，同時，也能夠獲取額外的經(jīng)濟收入[1]。

1.3 降噪減振

采用TRT 控制機組后，高爐原有的減壓閥全部處于關(guān)閉狀態(tài)，當煤氣燃料通過透平膨脹機時，設(shè)備噪聲與振動將轉(zhuǎn)變成做功的形式，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，而原減壓閥裝置已經(jīng)停止運轉(zhuǎn)，因此，減壓閥組也不會產(chǎn)生噪音與振動現(xiàn)象。

2 高爐TRT靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制原理

高爐TRT 運行過程包括開機、運行與停機，在這三個運行階段，TRT 的開機過程較為繁瑣，涉及轉(zhuǎn)速控制、功率控制以及頂壓控制，其控制過程都需要借助于透平靜葉來完成，只有協(xié)調(diào)好轉(zhuǎn)速、功率與頂壓三者之間的關(guān)系，才能大幅提升TRT 的開機成功率。而TRT 在正常運行狀態(tài)下，主要對高爐頂壓進行控制，替代了傳統(tǒng)四閥組的控制頂壓功能。

在TRT 自動控制系統(tǒng)當中，起到主控功能的自動控制裝置包括伺服控制模塊、伺服閥、靜葉，該系統(tǒng)的自動控制原理如圖1 所示。

在圖1 當中，被調(diào)參量需要采集的參量包括TRT 開機運行后的轉(zhuǎn)速、功率與高爐頂壓設(shè)定值。而輸出模件、伺服控制模塊、伺服閥及靜葉則屬于輸出執(zhí)行機構(gòu)。其中伺服控制模塊的主要功能是接收主控室位置介于4mA～20mA 之間的電流信號，同時接收來自于位移傳感器測量的靜葉實際位置的反饋信號。這兩個被控信號在伺服控制模塊當中相互比較和轉(zhuǎn)換，然后通過運算控制程序給伺服閥提供一個驅(qū)動信號，即伺服閥SV 的電流信號。受到伺服閥的控制，動力油能夠驅(qū)動靜葉運轉(zhuǎn)，使靜葉與閥門能夠到達指定位置。另外，伺服控制模塊同時輸出一組4mA～20mA 的電流信號，并對靜葉角度進行有效控制。伺服控制器工作原理如圖2 所示。

3 高爐TRT靜葉控制功能缺陷與優(yōu)化措施

高爐TRT 靜葉控制功能主要包括開機轉(zhuǎn)速控制功能、聯(lián)網(wǎng)功率控制功能以及正常運轉(zhuǎn)時的頂壓控制功能。雖然近年來，國內(nèi)的TRT 靜葉控制技術(shù)日漸純熟，但是，在系統(tǒng)運行過程中，仍然暴露出許多亟待解決的問題與缺陷。

3.1 開機轉(zhuǎn)速控制功能缺陷與優(yōu)化措施

靜葉是TRT 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，主要負責(zé)調(diào)節(jié)和控制開機轉(zhuǎn)速。通過對某鋼鐵公司的2#—4#高爐TRT 靜葉控制系統(tǒng)的研究分析發(fā)現(xiàn)，TRT 靜葉在控制轉(zhuǎn)速時，常常出現(xiàn)信號不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致TRT 的開機轉(zhuǎn)控制失衡，進而影響了開機成功率。另外，與發(fā)達國家的TRT 靜葉控制系統(tǒng)相比，國產(chǎn)TRT 的靜葉調(diào)速精準度相對較低，而且開機轉(zhuǎn)速僅僅依靠于靜葉來完成，一旦靜葉出現(xiàn)運行故障，開機成功率也將大打折扣。尤其在缺少啟動閥輔助控制裝置的情況下，TRT 靜葉難以控制開機轉(zhuǎn)速，這也使得TRT 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常功能無法實現(xiàn)[2]。

通過對開機轉(zhuǎn)速控制功能缺陷原因的具體分析，針對TRT靜葉控制功能采取以下三種優(yōu)化措施。

3.1.1 被調(diào)對象的可靠性處理

優(yōu)化處理步驟是：首先采集3 個轉(zhuǎn)速測量值信號，即被調(diào)對象，如果在采集的信號當中，每一個信號均出現(xiàn)故障，或者采集的這個轉(zhuǎn)速的輸入模板通道出現(xiàn)故障，都可判定為這個開機轉(zhuǎn)速存在故障。如果在采集的3 個轉(zhuǎn)速信號中，有2 個轉(zhuǎn)速故障，則可以判定開機控制功能受限。而系統(tǒng)轉(zhuǎn)速則由3 個轉(zhuǎn)速信號進行3 取中處理后予以確定，這時，可以將被確定的系統(tǒng)轉(zhuǎn)速作為壞質(zhì)量判斷的主要依據(jù)，即系統(tǒng)轉(zhuǎn)速值如果在2s 之內(nèi)，從+500 r/min 變化到-500 r/min，可以視為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)故障，應(yīng)當及時予以處理。

3.1.2 通過PID 調(diào)節(jié)器予以調(diào)節(jié)

在處理開機轉(zhuǎn)速設(shè)定值時，采取分段控制的原則，可以把升速率分為三個階段，即第一階段是2000 r/min 以前，其升速率為180 r/min；第二階段是2000～2900 r/min 之間，其升速率為120 r/min；第三階段是2900 r/min 以上，升速率為60 r/min。

3.1.3 優(yōu)化靜葉控制與啟動閥程序

當高爐TRT 開機以后，啟動閥與靜葉協(xié)調(diào)配合，對開機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)和控制，在調(diào)節(jié)控制階段，需要確保透平機的振動指標始終保持在標準范圍之內(nèi)，不能出現(xiàn)超標現(xiàn)象，同時借助于啟動閥的輔助控制功能，對開機轉(zhuǎn)速控制程序進行優(yōu)化處理。具體處理步驟如下。

每一個TRT 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)都包括一個啟動畫面，在畫面當中，有三個自動控制按鈕，分別是：啟動閥轉(zhuǎn)速自動控制按鈕、靜葉轉(zhuǎn)速自動控制按鈕以及轉(zhuǎn)速控制/轉(zhuǎn)速保持按鈕。當系統(tǒng)具備開機啟動條件后，操作人員首先啟動TRT 按鈕，然后手動給定靜葉3%的開度，轉(zhuǎn)速控制在200 r/min 以下，當盤車脫開以后，按動啟動畫面中的靜葉轉(zhuǎn)速自動控制按鈕，并通過觀察啟動畫面確定透平進入轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)。目標轉(zhuǎn)速給定3000 r/min，啟動閥自動開啟至18%的開度，使實際轉(zhuǎn)速由800 r/min 提升至1000 r/min。在保持這一轉(zhuǎn)速的同時，透平入口與BDC 出口以及透平出口處的溫差低于25℃，這說明暖機過程結(jié)束。這時，操作人員按動畫面中的轉(zhuǎn)速保持按鈕，開機轉(zhuǎn)速在暖機結(jié)束后實際上已經(jīng)升高至2386 r/min，在保持這一轉(zhuǎn)速時，應(yīng)對系統(tǒng)的軸溫以及軸振等參量進行檢查，如果未發(fā)現(xiàn)異常情況則按動轉(zhuǎn)速保持按鈕。此時的轉(zhuǎn)速達到2850 r/min，并自動保持。完成升速控制后，進入倒泵環(huán)節(jié)，操作人員按動轉(zhuǎn)速保持按鈕，使轉(zhuǎn)速升高至3000 r/min，最后在征求高爐調(diào)度與電調(diào)同意后，進入到并網(wǎng)操作環(huán)節(jié)。

3.2 TRT 聯(lián)網(wǎng)功率控制功能缺陷與優(yōu)化措施

同樣的，靜葉作為執(zhí)行機構(gòu)，主要對系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功率進行有效調(diào)節(jié)和控制。在此期間，常常出現(xiàn)以下兩種缺陷。第一，功率信號時有時無，導(dǎo)致功率控制流程受到影響。第二，當TRT 系統(tǒng)啟動后，聯(lián)網(wǎng)功率控制與高爐頂壓控制協(xié)調(diào)性差，導(dǎo)致高爐頂壓波動值較大，這對鋼鐵產(chǎn)品的產(chǎn)量勢必會造成嚴重影響。針對這兩種功能缺陷，可以采取以下優(yōu)化措施。

3.2.1 被調(diào)對象的可靠性處理

這一階段的被調(diào)對象主要是指功率測量信號。首先采集2 個功率測量值信號作為處理樣本，來判斷功率控制功能是否存在缺陷。如果采集的任意一個功率測量信號出現(xiàn)故障或者采集這個功率的輸入模板通道存在故障，則可以判定為功率控制對象故障。而系統(tǒng)功率則由2 個功率測量信號進行2 取平均處理后予以確定。

3.2.2 優(yōu)化功率自動控制邏輯

由于功率控制主要的受控對象是TRT 靜葉開度，因此，在優(yōu)化功率自動控制邏輯時，只需要以靜葉開度為參照對象即可。首先升/降功率的條件應(yīng)當兼顧考慮高爐頂壓，頂壓偏差控制在3.5kpa 之內(nèi)，當偏差超過3.5kpa 時，靜葉開度保持不變，這時，能夠保證穩(wěn)定可靠的升功率，并不會對高爐頂壓造成影響，進而實現(xiàn)了功率的精準控制。為了確保高爐能夠正常運轉(zhuǎn)，需要在系統(tǒng)界面當中增設(shè)一個強制進入頂壓控制按鈕，使頂壓控制功能在緊急狀態(tài)下能夠有效發(fā)揮。

3.3 正常運轉(zhuǎn)頂壓控制功能缺陷與優(yōu)化措施

與開機轉(zhuǎn)速控制功能以及功率控制功能類似，靜葉作為執(zhí)行機構(gòu)主要負責(zé)調(diào)節(jié)和控制高爐頂壓。較為常見的功能缺陷主要體現(xiàn)在三個方面。第一，頂壓實際值與測量值信號不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)喪失調(diào)節(jié)功能。第二，TRT靜葉與減壓閥處于并聯(lián)運行狀態(tài)，如果彼此之間協(xié)調(diào)配合失衡就會產(chǎn)生較大的波動偏差，影響頂壓調(diào)節(jié)過程。第三，受到高爐上料系統(tǒng)均壓以及下密信號的影響，TRT 靜葉在調(diào)節(jié)控制頂壓時受到的干擾波動較大。因此，需要采取以下優(yōu)化措施來消除頂壓控制功能缺陷。

3.3.1 對頂壓實際值與設(shè)定值信號進行優(yōu)化處理

首先采集2 個頂壓實際值信號，然后在采取加裝隔離器的方式，使實際值與設(shè)定值信號實現(xiàn)遠距離傳輸，需要注意的是，對于采集到的2 個頂壓實際值信號應(yīng)當作高選處理。

3.3.2 構(gòu)建有料鐘高爐TRT 頂壓自動控制模型

模型構(gòu)建主要包括兩個步驟，第一步是建立TRT 爐頂壓力常規(guī)控制模型，第二步是建立主爐均壓信號與料流信號干擾高爐爐頂壓力的TRT 頂壓控制模型。在第一步中，在選定高爐爐頂壓設(shè)定值時，應(yīng)將原設(shè)定值減去0.8kPa～1.5kPa，差值作為設(shè)定參考值，然后對靜葉PID 參數(shù)進行調(diào)整，以保證高爐爐頂壓力能夠得到有效控制。在第二步中，構(gòu)建控制模型的主要參量是爐頂均壓閥的動作信號以及爐頂料流閥的動作信號，結(jié)合高爐煉鐵工藝，將高爐運轉(zhuǎn)過程中與上料工序相關(guān)聯(lián)的均壓信號與下密信號一并引入到TRT 控制模型當中，并作為調(diào)節(jié)爐頂壓力的補償信號，與此同時，建立自定義爐頂壓力調(diào)節(jié)補償功能塊，在經(jīng)過調(diào)試試驗后，可以投入正常運轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

通過對國內(nèi)某冶金企業(yè)2#—4#高爐TRT 靜葉控制系統(tǒng)功能的研究和分析發(fā)現(xiàn)，開機轉(zhuǎn)速控制功能缺陷、功率控制缺陷以及頂壓控制缺陷都是由靜葉故障引起，因此，在制訂靜葉控制功能優(yōu)化方案時，主要圍繞靜葉的各項控制參數(shù)展開。通過優(yōu)化措施的具體落實，轉(zhuǎn)速信號、功率信號以及頂壓控制信號不穩(wěn)的問題得到有效解決，靜葉控制系統(tǒng)的各項參量趨于穩(wěn)定，并且高爐能夠持續(xù)保持正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。