DCS在TRT发电装置自动控制中的应用

DCS在TRT发电装置自动控制中的应用摘要:介绍了DCS在天津钢管公司1000m3高炉配套TRT发电装置中的应用，包括系统的硬件组成、实现功能和实际运行的效果。关键词:TRT；转速；控制;DCS0引言TRT发电装置全称高炉煤气余压回收透平发电装置（BlastFurnaceGasTopPressureRecoveryTurbineUnit），是利用高炉煤气所具有的压力能、热能，通过透平机鼓胀，使压力能、热能转化为机械能，驱动发电机发电的一种装置，这种装置既回收了减压阀组白白泄放的能量，又净化了煤气，降低了噪音，大大改善了高炉炉顶的控制品质。该装置具备结构简单、污染少、容量大、寿命长、节能等优点，在能源综合利用中获得了广泛地应用。在对高炉TRT装置的控制中，存在两点与安全生产直接相关的重要因素：一是并入电网前对转速的稳定控制；一是充分保证高炉炉顶压力的稳定。文章介绍的高炉TRT控制软件包及控制系统在设计中综合考虑了TRT运行过程中可能出现的不稳定因素，并结合控制工艺的要求使用了一些独特的专家控制方案，来满足TRT安全、高效的要求。天津钢管公司1000m3高炉配套TRT发电装置的实际使用表明，整套软件包及控制系统的应用达到了令人满意的效果，在采用全部回收发电的同时，能充分保证炉顶压力的稳定，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很好的促进作用。1工艺流程及系统配置1．1工艺流程天津钢管公司1000In3高炉TRT工艺流程如图1所示。高炉煤气经过除尘装置后，经入口电动碟阀、人口插板阀、快速切断阀后，进入透平机，然后经出口插板阀、出口电动碟阀到煤气管网，在入口插板阀之前，透平出口之后并联着旁通快开阀组，旁通阀组在正常停机和紧急停机时，进行高炉顶压控制。1．2系统配置为保证TRT机组长期安全、稳定地运行，天津钢管公司1000高炉TRT控制系统采用了Honey．well公司的Plantscape中小型DCS系统。此系统充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，具有高速可靠的数据输人、输出、运算等过程控制功能和联锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用要求，是一个全数字化、结构灵活、功能完善的新型开放式集散控制系统。项目由一个工程师站、一个操作员站、一个控制站组成，系统结构拓扑图见图2。其中通讯网络和主控制卡、数据转发卡及重要的模拟量输入、输出通道采用冗余配置，保证系统安全高效运行。2控制要求与实现TRT装置的自控功能主要包括启动联锁控制、自动升速控制、正常调顶压控制、正常停机控制、紧急停机控制等，而各过程中保持高炉顶压的稳定是装置实现自动化的关键。本项目利用PlantscapeDCS系统提供的图形化组态功能，编制了用户控制软件包，很好地实现了上述要求。2．1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，IRT启动、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。2．2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3所示。升转速过程主要依靠DCS控制启动阀、人口电动碟阀、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4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，全开人口电动碟阀，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±8r／min。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，DCS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Ⅱ，高炉的减压阀组同时也逐渐关小，以完成升功率过程。在升功率过程中，如果高炉顶压出现波动，DCS通过调节静叶开度，调节升功率的速度，来保证高炉顶压及时恢复正常。2．3正常停机TRT正常停机时，经过TRT降功率过程，煤气逐步由，IRT转移至旁通阀组，旁通阀组和静叶同时调节高炉顶压，旁通阀组和静叶也是由综合回路来控制的，两个旁通阀中的一个作为调节阀，另外一个作为量程阀，量程阀按照调节阀的开度和高炉顶压的变化来动作，工程师可以任选一个作为调节阀。功率降到零功率后，发电机解列，快速切断阀慢关，静叶以一定的速度关闭，配合高炉逐步将煤气由旁通阀组转移至高炉减压阀组。2．4紧急停机只要任何一个紧急停机条件满足时，TRT即进入紧急停机状态。TRT紧急停机时，快速切断阀在1秒内快关，旁通快开阀快速打开到某一开度，使煤气改从旁通快开阀流过，避免了高炉炉顶压力的急剧波动。此时旁通快开阀的开度根据紧急停机时的静叶开度和煤气流量运算后得出。随后DCS通过旁通阀调节高炉顶压，配合高炉将煤气逐步转移到减压阀组，直至完全由减压阀组来控制高炉顶压。3投运效果天津钢管公司1000rn3高炉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”或“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，DCS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±5kPa范围内，紧急停机时高炉顶压波动在±10kPa范围内。4结束语天津钢管公司1000m3高炉TRTDCS控制系统投运至今，性能可靠，运行平稳。特别是利用DCS系统提供的图形化组态软件包实现了TRT全自动启机，正常停机和紧急停机的自动控制，保证了TRT机组安全高效运行，保证了高炉顶压平稳正常。从TRT的顺利投运，可看出DCS系统在高炉TRT上的应用具有如下优点：1）可靠性高，软硬件性能稳定。2）操作简单，维护方便。纯中文的组态和监控画面，为维护人员、操作人员提供了良好的人机接口。全自动启停和控制，更是大大降低了对人员素质的依赖，避免了误操作可能性。3）通讯网络和主要控制部件都更加需要采用热冗余，在提高系统安全性的基础上，提高了系统的性价比。目前天津钢管公司1000m3高炉TRT平均发电功率在3500kW左右，预计2～3年收回全部投资，经济效益十分可观。参考文献《能量回收透平装置技术与应用》（陕西鼓风机有限公司）