TRT甩負(fù)荷模擬實(shí)驗(yàn)

郭啟元，宋景全

1 TRT簡(jiǎn)介

TRT即高爐煤氣余壓發(fā)電裝置，是用高爐冶煉的副產(chǎn)品—高爐爐頂煤氣具有的壓力、熱能,通過(guò)透平膨脹機(jī)做功,轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能，是國(guó)際上認(rèn)可的非常有價(jià)值的二次能源利用裝置，是冶金企業(yè)一項(xiàng)重要的能源回收方法,可回收高爐鼓風(fēng)機(jī)耗能的30%左右，即回收了損失在減壓閥門(mén)中的節(jié)流能量。這種回收方式不消耗任何燃料，還降低了環(huán)境污染，發(fā)電成本低、能源的再利用率高,在能源綜合利用得到較為廣泛地應(yīng)用，是高爐冶煉的配套節(jié)能項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)效益很客觀。TRT發(fā)電裝置是利用高爐的剩余煤氣，利用差壓能及熱能經(jīng)透平膨脹作功，透平轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電，回收了鼓風(fēng)機(jī)消耗能量30%左右，把在減壓閥門(mén)中損失的能量回收了起來(lái)。TRT技術(shù)日益成熟,但是TRT在甩負(fù)荷調(diào)試技術(shù)方面還不是很完善。TRT發(fā)電機(jī)組是必須保證高爐的穩(wěn)定、安全運(yùn)行為前提的，發(fā)電并網(wǎng)后用透平靜葉調(diào)節(jié)對(duì)高爐頂壓力進(jìn)行穩(wěn)定、安全的控制。若TRT發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)緊急事故，例如：機(jī)組重故障會(huì)使TRT機(jī)組緊急性停機(jī)，也就是TRT甩負(fù)荷停機(jī)，緊急停機(jī)聯(lián)鎖速斷閥在1 s內(nèi)快速關(guān)閉，此時(shí)旁通快開(kāi)閥迅速打開(kāi)至某一預(yù)設(shè)開(kāi)度，使煤氣由透平轉(zhuǎn)至旁通快開(kāi)閥流過(guò)，并配合高爐將煤氣漸漸轉(zhuǎn)移到減壓閥組調(diào)節(jié)，最終由減壓閥組來(lái)控制高爐頂壓，使高爐頂壓不大幅波動(dòng)、憋壓，旁通快開(kāi)閥的預(yù)設(shè)開(kāi)度是根據(jù)緊急停機(jī)時(shí)的靜葉開(kāi)度和煤氣流量大小與旁通閥的特性線性關(guān)系進(jìn)行綜合運(yùn)算后得出的，但是修正系數(shù)是需要根據(jù)甩負(fù)荷實(shí)際測(cè)試得出。

2 工藝流程

來(lái)自高爐爐頂?shù)母邷?、高壓荒煤氣，?jīng)重力除塵、干式除塵后，一路經(jīng)入口電動(dòng)碟閥、入口插板閥、快切閥，然后經(jīng)透平機(jī)膨脹作功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，自透平機(jī)出來(lái)的煤氣，再進(jìn)入低壓煤氣管網(wǎng)，同時(shí)有一路是經(jīng)過(guò)減壓閥組進(jìn)入主管網(wǎng)的，也就是TRT系統(tǒng)與減壓閥組系統(tǒng)并聯(lián)。TRT正常運(yùn)行時(shí)，煤氣完全通過(guò)差壓發(fā)電裝置進(jìn)入主管網(wǎng)，高爐頂壓力由透平靜葉調(diào)節(jié)，減壓閥組的3個(gè)DN800的調(diào)節(jié)閥及1個(gè)DN500的調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉，詳見(jiàn)流程圖1。

圖1 TRT系統(tǒng)工藝流程圖

3 TRT甩負(fù)荷模擬實(shí)驗(yàn)

3.1 單體試車(chē)

單體調(diào)試是對(duì)TRT系統(tǒng)中單臺(tái)設(shè)備手動(dòng)、自控狀態(tài)下的獨(dú)立調(diào)試或者對(duì)分系統(tǒng)的調(diào)試。包括電動(dòng)閥、調(diào)節(jié)閥的現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)試驗(yàn)，潤(rùn)滑油、動(dòng)力油系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，盤(pán)車(chē)系統(tǒng)的投退，高、低配電系統(tǒng)調(diào)試，繼電保護(hù)系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)試，氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的單體調(diào)試等。

3.2 聯(lián)動(dòng)試車(chē)

聯(lián)動(dòng)試車(chē)是進(jìn)行TRT發(fā)電機(jī)組的整套系統(tǒng)啟動(dòng)、并網(wǎng)、升負(fù)荷、靜葉自動(dòng)調(diào)節(jié)和緊急停機(jī)試驗(yàn)，驗(yàn)證工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性和自控的核心控制程序調(diào)節(jié)的精確性，這是保證帶負(fù)荷聯(lián)動(dòng)試車(chē)成功的關(guān)鍵。

3.3 TRT甩負(fù)荷模擬實(shí)驗(yàn)

上述各項(xiàng)調(diào)試及試驗(yàn)合格后，進(jìn)入發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷階段，在發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后分別帶上最大負(fù)荷的10%、50%、100%負(fù)荷 (勵(lì)磁系統(tǒng)以手動(dòng)方式調(diào)節(jié))進(jìn)行緊急停機(jī)實(shí)驗(yàn)，也就是甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)。每次緊急停機(jī)高爐頂壓波動(dòng)值應(yīng)在正常范圍內(nèi)，否則應(yīng)對(duì)旁通閥的前饋預(yù)設(shè)開(kāi)度等控制系統(tǒng)的參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整直到滿是高爐正常生產(chǎn)的要求為止。

然而，這樣的反復(fù)開(kāi)機(jī)和緊急停機(jī)甩負(fù)荷的調(diào)試方法對(duì)高爐的安全生產(chǎn)不利，也是高爐方面無(wú)法接受的。在高爐的控制參數(shù)中，爐頂壓力是非常重要的參數(shù)之一。調(diào)節(jié)爐頂壓力主要靠調(diào)節(jié)煤氣量，爐頂壓力的控制精度直接影響高爐的順行及生鐵產(chǎn)量。高爐生產(chǎn)必須要保證頂壓穩(wěn)定，若高爐頂壓力波動(dòng)幅度較大，將導(dǎo)致熱風(fēng)壓力大幅度波動(dòng)，直接對(duì)給料速度、氣流分布、高爐運(yùn)行有較大影響，特別在爐況較差的情況下，高爐頂壓力大幅度波動(dòng)會(huì)造成高爐作料、滑料，嚴(yán)重影響高爐運(yùn)行及產(chǎn)量。

保證緊急停機(jī)試驗(yàn)時(shí)高爐頂壓穩(wěn)定的關(guān)鍵在于旁通閥前饋控制系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)設(shè)定要準(zhǔn)確，而這些參數(shù)又與旁通快開(kāi)閥、透平靜葉的流通能力特性等直接關(guān)聯(lián)、這就需要依據(jù)準(zhǔn)確的流通能力(CV值或C值)特性曲線，對(duì)前饋控制系統(tǒng)進(jìn)行的參數(shù)準(zhǔn)確預(yù)整定，使甩負(fù)荷緊急停機(jī)試驗(yàn)不影響高爐的生產(chǎn)，確保正常運(yùn)行時(shí)高爐的安全。

鑒于上述弊端，通鋼7#TRT在甩負(fù)荷調(diào)試上有了創(chuàng)新，運(yùn)用模擬甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試，既保證了高爐的安全與穩(wěn)定，又得出了準(zhǔn)確的有關(guān)參數(shù)，準(zhǔn)確整定了前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)，使TRT可以滿負(fù)荷發(fā)電運(yùn)行，又確保在TRT故障時(shí)不影響高爐的穩(wěn)定、安全。

3.3.1 模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程

TRT正常停機(jī)后，靜葉全關(guān)，快切閥、均壓閥均為全關(guān)狀態(tài)，與高爐聯(lián)系盡量避免影響頂壓波動(dòng)的其他因素，然后逐漸緩慢關(guān)減壓閥組1#閥，同時(shí)TRT運(yùn)行人員注意觀察頂壓趨勢(shì)，手動(dòng)緩慢調(diào)整主旁通快開(kāi)閥開(kāi)度，使頂壓保持相對(duì)穩(wěn)定。依次將1#、2#、3#、4#閥組全關(guān)，讓所有的煤氣都經(jīng)過(guò)旁通快開(kāi)閥，在操作過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)視記錄頂壓趨勢(shì)與減壓閥組和旁通快開(kāi)閥的開(kāi)度等數(shù)據(jù)，待全部操作完畢后再次記錄整理數(shù)據(jù)。觀察無(wú)異常后，將旁通閥漸關(guān)，逐漸開(kāi)減壓閥組，恢復(fù)至原狀態(tài)然后正式起機(jī)。正常起機(jī)、并網(wǎng)后逐漸升負(fù)荷，直至減壓閥組全關(guān)，記錄各負(fù)荷階段的靜葉角度與煤氣流量。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1

表1 逐漸關(guān)減壓閥組，配合關(guān)主旁通閥數(shù)據(jù)

由于高爐TRT系統(tǒng)的復(fù)雜性，為建立適合于頂壓控制的動(dòng)態(tài)模型，如圖2所示TRT系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖。

圖2 高爐TRT系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖

通過(guò)圖2來(lái)分析仿真實(shí)驗(yàn)，當(dāng)給旁通閥開(kāi)度一個(gè)階躍信號(hào)時(shí)，爐頂壓力是一個(gè)二階震蕩響應(yīng)，但是超調(diào)量較小，說(shuō)明旁通閥的開(kāi)度對(duì)于頂壓來(lái)說(shuō)，控制上比較有效，不至于使高爐頂壓出現(xiàn)較大的波動(dòng)，而現(xiàn)場(chǎng)控制中也正是利用旁通閥來(lái)調(diào)節(jié)爐頂?shù)膲毫Α?/p>

圖3為旁通閥開(kāi)度與頂壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)截圖，從圖3中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖分析旁通閥開(kāi)度對(duì)頂壓曲線的影響可知，旁通閥開(kāi)度增加，頂壓曲線是緩慢減小，并且在較短時(shí)間內(nèi)得到穩(wěn)定而且有一些滯后，但是旁通閥的開(kāi)度對(duì)于頂壓的控制卻起到了很好的效果，由圖中3～6 min的曲線可以分析出當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，頂壓的穩(wěn)態(tài)增益約為0.5左右，并且相對(duì)波動(dòng)幅度較小。

整理數(shù)據(jù)后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分析，根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計(jì)算得出旁通閥的最佳前饋預(yù)設(shè)開(kāi)度與比例倍數(shù)，將參數(shù)下載至控制系統(tǒng)下位機(jī)，全部模擬實(shí)驗(yàn)及調(diào)試均已完成。

圖3 旁通閥開(kāi)度與頂壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)截圖

4 結(jié)束語(yǔ)

TRT系統(tǒng)涉及的專(zhuān)業(yè)知識(shí)較多、內(nèi)容廣泛，參與調(diào)試的人員必須熟悉TRT各分系統(tǒng)技術(shù)資料、專(zhuān)業(yè)知識(shí)，調(diào)試前編制調(diào)試方案、異常情況的處理預(yù)案，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是要勇于實(shí)踐，同時(shí)還要做到規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，每一步調(diào)試過(guò)程的記錄要詳細(xì)，對(duì)調(diào)試過(guò)程的數(shù)據(jù)要認(rèn)真分析，在不斷提高理論水平的同時(shí)還要不斷探索新的試驗(yàn)方法，要及時(shí)跟上新的發(fā)展潮流和最前沿的科技，尤其是調(diào)試新技術(shù)。

[1]楊春節(jié).煉鐵高爐TRT系統(tǒng)頂壓動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào).2006.9.

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