CN101705318B - 高炉煤气余压能量回收装置的全自动升转速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉煤气余压能量回收装置的全自动升转速控制方法，该升速控制方法包括了转速检测系统，静叶伺服控制系统。转速检测系统的作用是检测煤气透平机的实时转速，为转速PID调节器提供一个转速测量值PV；静叶伺服控制系统的作用是执行转速PID调节器的输出指令，控制煤气透平静叶的开度；将两者同时输入PID调节器运算，PID调节器的输出MV最终控制静叶开度大小，实现机组的自动升转速控制，此过程中，自动升速曲线是核心部分。本发明区别于传统的手动升速方法，使机组的PLC/DCS控制系统的功能得到了充分发挥。大大节省了人力，目前根据所投运的现场验证，该全自动升速控制方法效果很好。
Description
技术领域
本发明属于高炉煤气余压能量回收装置领域，涉及一种控制方法，尤其是一种高炉煤气余压能量回收装置的全自动升转速控制方法。
背景技术
高炉冶炼是钢铁工业的支柱，高炉煤气余压能量回收装置的是高炉冶炼的重大节能装备，随着工业控制技术的快速发展，对于装备自动化程度要求在不断的提高，然而在传统的高炉煤气余压能量回收装置自动化水平不是很高，尤其是在机组的启动升速控制中多采用手动控制，这样操作难度大，同时耗费了大量的人力。采用全自动升速控制，可使操作人员在高炉煤气余压能量回收装置的升速过程中不需要任何人为的主动操作，这样可使操作人员摆脱复杂的操作过程，大大降低误操作的几率，提高高炉煤气余压能量回收装置升速过程的安全性。但是，如何做到高炉煤气余压能量回收装置的全自动升速控制，同时要求高炉煤气余压能量回收装置要平稳、安全，则是需要亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高炉煤气余压能量回收装置的全自动升转速控制方法，该方法给出了一种解决全自动升转速及调速的控制思路和实现方法，能够避免高炉煤气余压能量回收装置在升速的过程对高炉的炉顶压力所产生的较大影响。
为实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种高炉煤气余压能量回收装置的全自动升转速控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
1)首先通过高炉煤气流量变化规律，根据透平机组自身临界转速的特点，设计出一个透平机组初步升速曲线，再根据工业现场的实际情况对透平机组初步升速曲线进行修正，形成一个最终的透平机组升速曲线，该透平机组升速曲线为一个转速的设定值的连续变化趋势，包括用于柔性轴机组的升速曲线和用于刚性轴机组的升速曲线，实现机组的自动升转速控制；
2)实现全自动升转速控制方法的转速控制系统包括转速检测系统、静叶伺服控制系统；转速检测系统至少包括机组转速传感器和转速PID调节器；静叶伺服控制系统是一个静叶伺服控制器、位置传感器、静叶伺服阀组成的闭环反馈控制系统，转速PID调节器连接在比较器上，通过比较器和静叶伺服控制器相连；其中，转速传感器的作用是检测煤气透平机的实时转速，为转速PID调节器提供一个转速测量值PV；静叶伺服控制系统的作用是执行转速PID调节器的输出指令，控制煤气透平静叶的开度。
全自动升转速控制步骤如下：
用于柔性轴机组的升速曲线，整个自动升速曲线分为8个阶段：
第一阶段，透平转速从0r/min上升到400r/min，此阶段转速以每分钟75转的速率上升，持续时间为5.5分钟；
第二阶段，也叫做过临界转速阶段，当转速稳定后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟540转的速率上升，直到2350r/min，此阶段速率的增加是为了使机组迅速通过一阶临界转速，避免共振所产生的停机；
第三阶段，为了避免转速的惯性上升对于机组造成不安全影响，此阶段将要使转速稳定到2350转，时间为2.5分钟；
第四阶段，从2350转/min匀速上升到2450转/min；
第五阶段，在2450转/min的速度上稳定2分钟；
第六阶段，当转速稳定后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟250转的速率上升，直到转速达到2900r/min；
第七阶段，稳定机组转速到2900r/min，持续6分钟到10分钟，为机组完成相关的电气操作提供条件；
第八阶段，使转速再次增加100转，达到机组的额定转速3000r/min，机组升转速控制完成；
用于刚性轴机组的升速曲线，整个自动升速曲线分为7阶段，省去了过临界转速阶段；
第一阶段，透平转速从0r/min上升到400r/min，此阶段转速以每分钟75转的速率上升，持续时间5.5分钟；
第二阶段，当转速稳定在400r/min后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟300转的速率上升，直到2350r/min；
第三阶段，从2350转/min匀速上升到2450转/min；
第四阶段，在2450转/min的速度上稳定2分钟；
第五阶段，当转速稳定2450转/min后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟250转的速率上升，直到转速达到2900r/min；
第六阶段，稳定机组转速到2900r/min，持续6分钟到10分钟，为机组完成相关的电气操作提供条件；
第七阶段，使转速再次增加100转，达到机组的额定转速3000r/min，机组升转速控制完成。
本发明方法已经在高炉煤气余压能量回收装置中得到逐步的应用，目前根据所投运机组的现场验证，该自动升速控制方法效果很好。
附图说明
图1是全自动升速曲线；
图2是全自动升速逻辑框图；
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明的高炉煤气余压能量回收装置的全自动升转速控制方法，首先通过对于高炉煤气流量变化规律的研究，以及透平机组自身临界转速的特点分析，设计出一个初步的升速曲线，再根据工业现场的实际情况进行修正，形成一个最终的升速曲线。所谓升速曲线即为一个转速的设定值的连续变化趋势。实现此过程控制的转速控制系统包括转速检测系统、静叶伺服控制系统。
转速检测系统至少包括机组转速传感器和转速PID调节器。转速传感器的作用是检测煤气透平机的实时转速，为转速PID调节器提供一个转速测量值PV，该测量值的准确性直接影响转速PID调节器的输出，所以该组转速传感器选用了灵敏度和精度高的产品，以保证煤气透平转速测量值的准确性；自动升速曲线为转速PID提供了一个实时转速设定值SV，将转速PV和SV同时输入转速PID调节器运算，转速PID调节器的输出MV最终控制静叶开度大小，实现机组的自动升转速控制，此过程中，自动升速曲线是核心部分。自动升速曲线实现了高炉煤气余压能量回收装置的全自动升速和调速控制。
静叶伺服控制系统的作用是执行转速PID调节器的输出指令，控制煤气透平静叶的开度，该系统是一个伺服控制器、位置传感器、伺服阀组成的闭环反馈控制系统(参见图2)。
在实际操作过程中，在实现全自动升转速的基础上同时也保留了原手动升转速的功能。
根据煤气透平机的结构特点，分为刚性轴和柔性轴结构，煤气透平机的额定工作转速为3000r/min，对于刚性轴机组，其一阶临界转速在3000r/min以上，对于柔性轴机组，其一阶临界转速在3000r/min以内。所以对于机组的升速曲线必须分为以上两种情况。
以下是发明人给出的具体的例子。
参见图1，依照机组的特点分为两种升速曲线，即用于柔性轴机组的升速曲线和用于刚性轴机组的升速曲线。图中的黑色折线1至8和紫色折线9代表了升速曲线，红色曲线(几乎与黑色折线重合)代表了转速的实时测量值，蓝色曲线(最下方的曲线)代表了静叶开度的变化趋势。
第一种为适用于柔性轴机组的升速曲线，整个自动升速曲线分为8个阶段：
第一阶段，透平转速从0r/min上升到400r/min，此阶段转速以每分钟75转的速率上升，持续时间为5.5分钟。
第二阶段，也叫做过临界转速阶段，当转速稳定后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟540转的速率上升，直到2350r/min，此阶段速率的增加是为了使机组迅速通过一阶临界转速，避免共振所产生的停机。
第三阶段，为了避免转速的惯性上升对于机组造成不安全影响，此阶段将要使转速稳定到2350转大约2.5分钟。
第四阶段，从2350转/min匀速上升到2450转/min；
第五阶段，在2450转/min的速度上稳定2分钟；
第六阶段，当转速稳定后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟250转的速率上升，直到转速2900r/min。
第七阶段，稳定机组转速到2900r/min，大约持续6分钟到10分钟，为机组完成相关的电气操作提供条件。
第八阶段，使转速再次增加100转，达到机组的额定转速3000r/min，机组升转速控制完成。
第二种为适用于刚性轴机组的升速曲线，整个自动升速曲线分为7阶段，省去了过临界转速阶段。
第一阶段，透平转速从0r/min上升到400r/min，此阶段转速以每分钟75转的速率上升，持续时间约5.5分钟。
第二阶段，当转速稳定在400r/min后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟300转的速率上升，直到2350r/min。
第三阶段，从2350转/min匀速上升到2450转/min；
第四阶段，在2450转/min的速度上稳定2分钟；
第五阶段，当转速稳定后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟250转的速率上升，直到转速达到2900r/min。
第六阶段，稳定机组转速到2900r/min，大约持续6分钟到10分钟，为机组完成相关的电气操作提供条件。
第七阶段，使转速再次增加100转，达到机组的额定转速3000r/min，机组升转速控制完成。
本高炉煤气余压能量回收装置的全自动升转速控制方法，安全易操作，达到了行业的先进水平，在升速过程中避免了对于高炉生产的较大影响，且安全可靠，经多个现场验证，得到了非常理想的效果。
本发明区别于传统的手动升速方法，使机组的PLC/DCS控制系统的功能得到了充分发挥。随着钢铁企业自动化的发展，高炉煤气余压能量回收装置的全自动启动和升速控制得到了广泛应用，大大节省了人力，目前根据所投运的现场验证，该全自动升速控制方法效果很好。
Claims (1)
1.一种高炉煤气余压能量回收装置的全自动升转速控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
1)首先通过高炉煤气流量变化规律，根据透平机组自身临界转速的特点，设计出一个透平机组初步升速曲线，再根据工业现场的实际情况对透平机组初步升速曲线进行修正，形成一个最终的透平机组升速曲线，该透平机组升速曲线为一个转速的设定值SV的连续变化趋势，包括用于柔性轴机组的升速曲线和用于刚性轴机组的升速曲线；
2)实现全自动升转速控制方法的转速控制系统包括转速检测系统、静叶伺服控制系统；转速检测系统至少包括机组转速传感器和转速PID调节器；静叶伺服控制系统是一个静叶伺服控制器、位置传感器、静叶伺服阀组成的闭环反馈控制系统，转速PID调节器连接在比较器上，通过比较器和静叶伺服控制器相连；其中，转速传感器的作用是检测煤气透平机的实时转速，为转速PID调节器提供一个转速测量值PV；透平机组升速曲线为转速PID调节器提供了一个实时转速设定值SV，将转速PV和转速测量设定值SV同时输入转速PID调节器运算，转速PID调节器的输出MV最终控制静叶开度大小，实现机组的自动升转速控制；静叶伺服控制系统的作用是执行转速PID调节器的输出指令，控制煤气透平静叶的开度；
全自动升转速控制步骤如下：
用于柔性轴机组的升速曲线，整个自动升速曲线分为8个阶段：
第一阶段，透平转速从0r/min上升到400r/min，此阶段转速以每分钟75转的速率上升，持续时间为5.5分钟；
第二阶段，也叫做过临界转速阶段，当转速稳定后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟540转的速率上升，直到2350r/min，此阶段速率的增加是为了使机组迅速通过一阶临界转速，避免共振所产生的停机；
第三阶段，为了避免转速的惯性上升对于机组造成不安全影响，此阶段将要使转速稳定到2350转，时间为2.5分钟；
第四阶段，从2350转/min匀速上升到2450转/min；
第五阶段，在2450转/min的速度上稳定2分钟；
第六阶段，当转速稳定后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟250转的速率上升，直到转速达到2900r/min；
第七阶段，稳定机组转速到2900r/min，持续6分钟到10分钟，为机组完成相关的电气操作提供条件；
第八阶段，使转速再次增加100转，达到机组的额定转速3000r/min，机组升转速控制完成；
用于刚性轴机组的升速曲线，整个自动升速曲线分为7阶段，省去了过临界转速阶段；
第一阶段，透平转速从0r/min上升到400r/min，此阶段转速以每分钟75转的速率上升，持续时间5.5分钟；
第二阶段，当转速稳定在400r/min后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟300转的速率上升，直到2350r/min；
第三阶段，从2350转/min匀速上升到2450转/min；
第四阶段，在2450转/min的速度上稳定2分钟；
第五阶段，当转速稳定2450转/min后，增大升速曲线的斜率，使转速以每分钟250转的速率上升，直到转速达到2900r/min；
第六阶段，稳定机组转速到2900r/min，持续6分钟到10分钟，为机组完成相关的电气操作提供条件；
第七阶段，使转速再次增加100转，达到机组的额定转速3000r/min，机组升转速控制完成。
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