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DEH纯电调技术在攀钢#1、#2、#3高炉TRT系统的应用

  • 摘要:高炉煤气余压回收透平发电装置(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit,TRT)是利用高炉炉顶煤气具有的压力能和热能,使煤气通过透平膨胀机膨胀做功,驱动发电机发电,进行能量回收的一种装置。在TRT的控制中并网前的转速控制和充保证高炉炉顶压力的控制与安全生产息息相关,HOLLiAS DEH在攀钢#1、#2、#3高炉发电装置中的成功应用,整个HOLLiAS DEH控制系统的应用达到了令人满意的效果。TRT装置不但能保证炉顶压力的稳定,而且能充分回收炉顶煤气能量发电。HOLLiAS DEH对充分发挥机组的能量回收能力和保证安全生产、提高经济效益起到了重要作用。

高炉煤气余压回收透平发电装置(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine UnitTRT)是利用高炉炉顶煤气具有的压力能和热能,使煤气通过透平膨胀机膨胀做功,驱动发电机发电,进行能量回收的一种装置。在TRT的控制中并网前的转速控制和充保证高炉炉顶压力的控制与安全生产息息相关,HOLLiAS DEH在攀钢#1#2#3高炉发电装置中的成功应用整个HOLLiAS DEH控制系统的应用达到了令人满意的效果。TRT装置不但能保证炉顶压力的稳定,而且能充分回收炉顶煤气能量发电。HOLLiAS DEH对充分发挥机组的能量回收能力和保证安全生产、提高经济效益起到了重要作用。

工艺流程及系统配置

l  工艺流程

攀钢1#高炉TRT工艺流程如图1所示。高炉煤气经过除尘装置后,在高炉煤气减压阀组前将高压高炉煤气引出,经过TRT装置的入口蝶阀、插板阀等阀门后进入透平机入口,通过预流器使高炉煤气转成轴向进入叶栅,高炉煤气在静叶栅和动叶栅组成的流道中不断地膨胀作功,压力和温度逐级降低,并转化成动能作用于工作轮上使之转动,工作轮通过联轴器带动发电机一起转动而发电。减压阀组在正常停机和紧急停机时,进行高炉顶压控制。

1攀钢#1#2#3高炉TRT工艺流程图

l  系统配置

攀钢1#高炉TRT控制系统为杭州和利时自动化有限公司的HOLLiAS DEH控制系统,采用国际上最流行的现场总线ProfiBus-DP来连接主控单元和I/O模件,既满足高速传输,又经济实用。HOLLiAS DEH控制系统由三大部分组成,电控部分、软件部分和执行机构。电控部分包括一台完成操作画面设计、控制逻辑组态的计算机——工程师站;一台完成操作监视的计算机——操作员站,一个电子控制柜。电子控制柜由一对冗余主控单元组成的现场控制站,其中安装了专用的测速模块、伺服模块以及DCS系统常用的DIDOAIAO模块,用于处理各种I/O信号。软件部分包括系统软件和应用软件两种,系统软件为由和利时公司开发设计的MACSV系统,应用软件为该项目的控制逻辑组态及操作画面,由云南阳光基业软件有限公司与和杭州和利时自动化有限公司的工程技术人员设计完成。执行机构部分由成都发动机(集团)公司成套供货,油动机采用14MPa压力油提供动力。

采用工业以太网作为冗余高速数据通讯网络,将工程师站、操作员站及控制站连接起来。其系统结构拓扑图见图2:


2:攀钢#1#2#3高炉TRT控制系统结构示意图

电液伺服控制系统

电液伺服系统由动力油系统、伺服控制模块、伺服阀和静叶的开度测量装置组成,伺服控制模块接受到主控单元计算来的0~100%阀位给定值后经D/A转换为0~5VDC给定电压。从LVDT来的4~20mA阀位反馈电流信号经伺服控制模块转换为0~5VDC阀位反馈电压。给定电压与反馈电压比较放大后,输出伺服控制信号到DDV634伺服阀。伺服阀通过改变油动机工作腔室与压力油、排油间的通路面积,来控制油动机活塞开启、关闭的速度。当给定与反馈电压偏差为正时,DDV阀正向偏离断流位置,油动机开大。当给定与反馈电压偏差为负时,DDV阀负向偏离断流位置,油动机关小。平衡时,给定与反馈电压相等,DDV阀处于断流位置,油动机开度维持不变。

伺服控制模块具有自动整定功能。伺服控制模块经自动整定后,阀位给定信号0~100%使阀位给定电压对应油动机全关——全开的LVDT电压值,同样油动机行程模入信号为油动机全关——全开的LVDT电压值对应0~100%

伺服控制模块还具有无扰复位功能。在伺服模块内部WATCH DOG动作时,阀位给定电压保持不变,可确保油动机不发生跳动。

其控制原理如图3所示:

3:攀钢#1#2#3高炉TRT伺服控制原理

控制要求与实现

TRT装置的自制功能主要包括启动联锁控制、自动升速控制、功率控制、正常调顶压控制、正常停机控制、紧急停机控制等。

启动联锁

TRT机组的启动必须满足特定的条件,并按照一定的步骤顺序进行,当条件不满足时,则启动联锁程序投入运行,实现启动阀和人口电动碟阀锁闭。TRT机组正常启动的条件主要有:高炉同意、电气允许Ⅱ启动、润滑油压力大于设定值、动力油压力大于设定值、透平静叶全关等。如上述任何一个条件不满足,TRT机组将在启动联锁程序的保护下无法正常启动。

全自动启机

启动过程主要分为升转速、并网、升功率。为保证机组安全,TRT启机必须按照一定顺序有步骤的进行,如图4


4:攀钢1#高炉TRT全自动启机过程

升转速过程主要依靠DEH控制启动阀、入口电动碟阀、透平静叶之间协同动作,使转速按照一定的升速曲线自动升至并稳定在目标值,保证发电机并网顺利进行。升速曲线由四段不同斜率的直线组成,开始时,启动阀控制回路的设定值按照一定的速率自动增加,依靠PID调节来控制启动阀逐步打开,转速升到某一定值后,全开入口电动碟阀,关闭启动阀,静叶控制转速回路自动投入,按照升速曲线继续升速,使得透平的转速升到目标值,并保持稳定,等待并网。只要参数整定正确,转速可以很好的跟踪转速曲线,在此装置升速过程中转速波动控制在±3 rmin

并网成功后,TRT进入升功率过程,此过程中TRT和高炉的减压阀组共同控制高炉顶压,DEH系统负责调节静叶开度,不仅要保证高炉顶压,还要保证升功率过程顺利进行。来自高炉的顶压测量值、设定值与升速参数共同用于TRT控制系统对静叶的控制,随着静叶开度的增大,使得煤气负荷逐渐转移到透平机 ,高炉的减压阀组同时也逐渐关小,以完成升功率过程。

正常运行期间,DEH采用炉顶压力控制方式。炉顶压力作为反馈信号与给定压力比较,经PID调节器运算后去控制油动机行程。如果高炉顶压升高,DEH通过开大静叶开度增加进汽量,增大发电功率;如果高炉顶压降低,DEH通过关小静叶开度减少进汽量,降低发电功率,最终维持高炉顶压稳定。

l  正常停机

正常停机时,DEH按照降功率曲线逐渐减小发电机功率,同时减压阀组为了维持炉顶压力其自动控制回路将随着发电机功率的减小逐渐开大。减压阀组逐步进入调顶压状态,当发电机功率下降到约为额定值的5%时,发电机解列。透平机静叶和快切阀同时关闭,组炉顶压力完全由减压阀控制zTRT正常停机结束。

l  重故障停机

当重故障信号发生时, TRT发解列信号,静叶和快切阀同时关闭,减压阀组的快开阀根据煤气流量打开一定的开度,同时,启动低压侧煤气管道冷却系统,冷却从快开阀中快速流过的高压高温煤气,顶压完全交由高炉侧控制,停机过程结束。

投运效果

攀钢高炉一期TRT实现了全自动运行,从自动升速、升功率到正常运行、正常停车,操作人员只需按下启动正常停车按钮即可。当紧急停车条件被触发或按下紧急停车按钮时,DEH系统自动实现紧急停车过程中所需步骤,整个过程控制效果良好,无需人工干预。正常运行时高炉顶压波动在±5 KPa范围内,紧急停机时高炉顶压波动在±10 kPa范围内。

小结

攀钢高炉一期TRT HOLLiAS DEH控制系统自投运至今,性能可靠,运行平稳。保证了TRT机组安全高效运行以及高炉顶压平稳可靠,该项目的顺利投运体现了HOLLiAS DEH控制系统的优点:

1)   采用纯电调伺服控制技术,动态响应好、控制精度高。

2)   操作简单、维护方便。纯中文的组态和监控画面,人机接口良好,全自动启停和控制,减少了误操作。

3)   通信网络和主要控制部件采用热冗余,提高了系统的可靠性和安全性。

发布时间:2017年3月15日 10:06  人气:   审核编辑(刘全乐)
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