CN102010921B - 有料钟高炉trt顶压自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动控制领域，公开了一种能够满足高炉炉顶压力控制精度的有料钟高炉TRT顶压自动控制方法，其采用现有无料钟高炉TRT顶压自动控制模型，包括对高炉炉顶压力进行并联控制的减压阀组的顶压PID调节系统和TRT装置的静叶PID调节系统，通过优化静叶开度PID调节系统的PID参数，减压阀组顶压PID调节系统采用双PID调节参数，来提高TRT装置的调节精度，减少高炉炉顶压力振荡，并将炉顶均压信号及炉顶上料信号引入到静叶PID调节系统，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿，从而成功地将无料钟高炉TRT顶压自动控制模型用于有料钟高炉，在保证高炉炉顶压力控制精度，保证高炉正常生产的基础上实现了TRT装置的有效运行，提高了生产效率。

Description

有料钟高炉TRT顶压自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种高炉TRT顶压自动控制方法，尤其是一种有料钟高炉TRT顶压自动控制方法。

背景技术

高炉煤气在经调压阀组减压后并入高炉煤气低压管网系统供用户使用。TRT装置就是利用高压高炉煤气到低压煤气用户的差压的能量进行节能发电的一套装置，其工作原理是：由高炉布袋除尘器出来的高压高温、干燥洁净的煤气，在高炉煤气减压阀组前被引出，经过TRT装置的入口蝶阀、插板阀、快速切断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，叶栅出口的气体经过扩压器进行扩压，以提高其背压达到一定值，然后经排气蜗壳排出透平机进入高炉煤气低压管网系统。通常用于高炉的透平机为轴流反动式透平机，其第一级静叶为可调，用以调节进入透平机的煤气流量，并控制高炉炉顶压力。

在TRT装置的煤气进出口之间另设置有一根旁通管，旁通管上设置一个液动快开阀。当TRT出现重大故障时，TRT入口前的紧急切断阀在小于1s的时间内关闭，此时联锁相对应的高炉快开阀(该阀响应时间约1～4s)打开，使高压煤气短时间内快速泄压至煤气管道低压侧，避免炉顶压力突然升高，同时高炉自动调节炉顶压力，炉顶压力转至高炉侧控制，使TRT系统安全脱离高炉煤气系统，保证高炉正常运行。

有料钟高炉的高炉上料系统与无料钟高炉的高炉上料系统有较大的区别。主要体现在：

首先，两种高炉上料制度不同：无料钟高炉上料通过布料器布料，对高炉炉内来说基本上是不间断上料，上料比较均匀；有料钟高炉是分批分次上料，每一批料直接通过高炉大、小钟开关直接放入高炉炉内，上料相对集中，布料不均匀，每次间隔1～8min，根据炉况的变化，上料时间间隔不同，而且每次间隔不一。

其次，高炉上料系统冷却方式不同：无料钟高炉气密箱可以采用间接冷却或者氮气冷却；而有料钟高炉的大、小钟采用蒸汽冷却，特别是其连杆的冷却必须采用蒸汽冷却和润滑。

再次，高炉上料系统容积不同，相对来说有料钟高炉的上料系统容积较大，在进行上料系统均压时，需要的煤气量较大。

由于上述区别的存在，现有技术中已经存在分别针对有料钟高炉和无料钟高炉专门开发的高炉TRT顶压自动控制模型。无料钟高炉TRT顶压自动控制模型通常采用由减压阀组顶压PID调节和TRT装置的静叶PID调节对高炉炉顶压力进行并联控制的模型，在TRT运行时主要由TRT静叶实现高炉炉顶压力控制，在TRT不运行时主要由减压阀组实现高炉炉顶压力控制。静叶PID调节主要是对TRT装置中透平机第一级静叶开度的调节。

但是，目前还未见将无料钟高炉TRT顶压自动控制模型用于有料钟高炉的有关报道。

为减少软件编程的工作量，考虑将无料钟高炉的高炉TRT顶压自动控制模型用于有料钟高炉，但在实际应用该自动控制模型时，产生了以下新问题：

第一，有料钟高炉均压、开大小钟时需要的煤气量较大，此时经过TRT的煤气量会突然减少，要求TRT静叶能够快速关闭，均压、关大小钟完成后，经过TRT的煤气量会突然增加，要求TRT静叶能够快速开，以实现对高炉炉顶压力的控制精度。而高炉每次上料要经过四次突变过程，四次突变为均压、均压完成、上料、上料完成，上述时间在1～8min内完成。由于上述突变的存在，有料钟高炉炉顶压力的控制模型与无料钟高炉炉顶压力的控制模型存在较大的区别，有料钟高炉上料对顶压干扰比无料钟高炉上料对顶压的干扰大得多，采用无料钟高炉炉顶压力的控制模型不能适应有料钟高炉的生产，达不到高炉炉顶压力控制精度(控制精度要求在设定值的-4～+2kpa)。

第二，为了解决第一个问题的存在，减压阀组的调节精度要求高，灵敏性高，稍微炉顶压力发生变化，减压阀组的跟踪阀就会跟踪。如果TRT静叶调节速度慢，减压阀组又在随时跟踪炉顶压力，首先会影响高炉炉顶压力的调节精度，从而影响高炉生产，其次会影响TRT发电量和发电负荷，影响生产效益，因此TRT静叶调节速度必须快于减压阀组调节速度。当TRT静叶调节速度加快，同时减压阀组调节速度也非常快，两者调节容易产生重叠，互相争夺高炉炉顶压力的控制权，产生系统振荡和干扰。静叶开度在0～100％开关，减压阀组跟踪阀也在0～100％开关，高炉炉顶压力经常出现-20～+20kpa波动，不仅不能满足高炉炉顶压力控制精度，导致TRT强制下网，而且经常造成高炉被迫减风，恢复炉况，影响到高炉的生产。

发明内容

为了克服现有无料钟高炉TRT顶压控制模型用于有料钟高炉时控制精度达不到要求的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够满足高炉炉顶压力控制精度的有料钟高炉TRT顶压自动控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：有料钟高炉TRT顶压自动控制方法，采用现有无料钟高炉TRT顶压自动控制模型，所述控制模型包括对高炉炉顶压力进行并联控制的减压阀组的顶压PID调节系统和TRT装置的静叶PID调节系统，在高炉正常运行阶段的高炉炉顶压力设定值以下确定TRT装置调控高炉炉顶压力的目标值，优化静叶PID调节系统的PID参数，提高静叶PID调节系统灵敏度，同时，在顶压PID调节系统中，以TRT装置的运行模式为区别，设置双PID调节参数：当TRT装置运行时，其以第一套PID调节参数进行调控，当TRT装置不运行时，其转入第二套PID调节参数进行调控，第一套PID调节参数的调节和反应速度、调节精度低于第二套PID调节参数；将炉顶均压信号及炉顶上料信号引入到静叶PID调节系统，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿：在炉顶均压信号到达后，对TRT静叶开度按第一设定斜率进行斜率补偿，直到第一设定时间届满或虽第一设定时间未届满但炉顶上料信号到达，在炉顶上料信号到达后，对TRT静叶开度在第二设定时间内按第一设定速率进行斜率补偿，由炉顶均压信号及炉顶上料信号产生的补偿是叠加补偿，从任一次补偿开始后至第三设定时间届满时，TRT静叶开度按照第二设定速率进行斜率恢复。

在所述控制模型中增加炉顶压力偏差值补偿控制模块，当炉顶压力偏差超出设定偏差范围时，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿；当炉顶压力偏差进入设定偏差范围时，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿恢复。

所述TRT装置调控高炉炉顶压力的目标值比高炉正常运行阶段的高炉炉顶压力设定值低0.8～1.5kpa。

本发明的有益效果是：通过优化高炉TRT顶压自动控制模型中的静叶开度PID调节系统的PID参数，减压阀组顶压PID调节系统采用双PID调节参数，来提高TRT装置的调节精度，减少高炉炉顶压力振荡，并将炉顶均压信号及炉顶上料信号引入到静叶PID调节系统，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿，从而成功地将无料钟高炉TRT顶压自动控制模型用于有料钟高炉，在保证高炉炉顶压力控制精度，保证高炉正常生产的基础上实现了TRT装置的有效运行，提高了生产效率。

附图说明

图1是高炉及其TRT装置的示意图。

图2是TRT装置的静叶PID调节系统的流程图。

图中标记为，1-高炉，2-除尘器，3-减压阀组，4-低压煤气管网，5-蝶阀，6-插板阀，7-紧急切断阀，8-TRT装置，9-发电机，10-常闭阀，11-顶压PID调节系统，12-静叶PID调节系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2所示，本发明的有料钟高炉TRT顶压自动控制方法借用了现有的无料钟高炉TRT顶压自动控制模型，所述控制模型包括对高炉炉顶压力进行并联控制的减压阀组3的顶压PID调节系统11和TRT装置8的静叶PID调节系统12，但其与现有无料钟高炉TRT顶压自动控制模型的主要区别在于：

第一，在高炉正常运行阶段的高炉炉顶压力设定值以下确定TRT装置8调控高炉炉顶压力的目标值，使静叶PID调节系统12的动作与高炉炉顶压力变化控制相适应，提高控制精度。

第二，优化静叶PID调节系统12的PID参数，使其能够满足高炉正常运行阶段对高炉炉顶压力的控制要求，因为，减压阀组3的跟踪阀动作相当灵敏，会随时跟踪，如果TRT装置8的静叶调节速度慢，首先影响高炉炉顶压力的调节精度，从而影响高炉生产，其次影响TRT装置8的发电量和发电负荷，从而影响生产效益，因此TRT装置8的静叶调节速度必须快于减压阀组调节速度，因而要优化静叶PID调节系统12的PID参数，提高静叶PID调节系统12的灵敏度。

同时，在减压阀组3的顶压PID调节系统11中，以TRT装置8的运行模式为区别，设置双PID调节参数：当TRT装置8运行时，顶压PID调节系统11以第一套PID调节参数进行调控，第一套PID调节参数的调节和反应速度、调节精度较低，可称为“弱PID调节参数”，此时减压阀组3跟踪阀的调节和反应速度、调节精度自动降低，基本不参与高炉炉顶压力的调节，只有在高炉炉顶压力实际值大大高于高炉炉顶压力设定值时，才参与高炉炉顶压力的调节；当TRT装置8不运行时，顶压PID调节系统11转入第二套PID调节参数进行调控，第二套PID调节参数可称为“强PID调节参数”，第二套PID调节参数的调节和反应速度、调节精度较第一套PID调节参数高，此时减压阀组3的跟踪阀的调节和反应速度、调节精度自动增加，进行高炉炉顶压力的调节。

上述的双PID调节参数保证了在TRT装置8运行时TRT装置8对高炉炉顶压力的主导控制权，保证高炉炉顶压力的调节精度，在保证高炉正常生产的同时多发电，确保生产效益。

第三，将炉顶均压信号及炉顶上料信号引入到静叶PID调节系统12，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿：在炉顶均压信号到达后，对TRT静叶开度按第一设定斜率进行斜率补偿，直到第一设定时间届满或虽第一设定时间未届满但炉顶上料信号到达，在炉顶上料信号到达后，对TRT装置8的静叶开度在第二设定时间内按第一设定速率进行斜率补偿，由炉顶均压信号及炉顶上料信号产生的补偿是叠加补偿，从任一次补偿开始后至第三设定时间届满时，TRT静叶开度按照第二设定速率进行斜率恢复；上述措施有效地适应了有料钟高炉在均压、均压完成、上料、上料完成四个突变发生时对高炉炉顶压力的影响，避免有料钟高炉炉顶压力的剧烈波动，保证了高炉的正常生产。所述的各设定斜率、设定速率、设定时间可由设备人员根据生产工艺进行确定和调整。

炉顶均压信号是指高炉炉顶均压阀动作信号，炉顶上料信号是指高炉炉顶料流阀动作信号。

进一步的，还可在所述控制模型中增加炉顶压力偏差值补偿控制模块，当炉顶压力偏差超出设定偏差范围时，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿；当炉顶压力偏差进入设定偏差范围时，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿恢复，从而确保有料钟炉顶压力得到有效的控制，保证高炉顺利生产。

根据控制系统的试运行，所述TRT装置8调控高炉炉顶压力的目标值宜确定得比高炉正常运行阶段的高炉炉顶压力设定值低0.8～1.5kpa，当二者的差值处于0.8～1.5kpa，TRT装置8的静叶PID调节系统12的动作能够与高炉炉顶压力变化控制相适应。该差值的具体数值可由本领域技术人员在实践中进行确定。

实施例：

现有的无料钟高炉TRT顶压自动控制模型用于有料钟高炉TRT顶压时采用本实用新型的控制方法。

针对TRT装置8的静叶PID调节系统12和减压阀组3的顶压PID调节系统11对炉顶压力的调节易重叠，造成高炉炉顶压力波动大的问题，以TRT装置8的运行模式为区别，将减压阀组3的顶压调节的PID设置为双PID调节参数，TRT装置8运行的TRT模式下，顶压PID调节系统11采用“弱PID调节参数”，TRT装置8不运行的高炉模式下，顶压PID调节系统11采用“强PID调节参数”。

将炉顶均压信号及炉顶上料信号引入到高炉TRT炉顶压力控制模型的静叶PID调节系统12，具体如下：

I、当炉顶均压信号到，选择炉顶均压信号到的那一刻开始斜率补偿，第一设定斜率为30％，且补偿为“负向补偿”，即将TRT静叶开度调整到炉顶均压信号到的那一刻静叶开度的70％；当高炉均压信号到后，持续20秒后高炉料流信号仍未到时，则只补偿均压信号到的那一刻静叶开度的30％，补偿时间为20秒，即第一设定时间为20秒。

II、如果20秒内高炉料流信号到达，按2％/S的速率进行速率补偿，补偿时间为6秒，亦即第一设定速率为2％/S，第二设定时间为6秒，速率补偿也是“负向补偿”，静叶开度在斜率补偿的基础上再叠加，在高炉料流信号到达后的6秒内将匀速将调整到炉顶均压信号到的那一刻静叶开度的58％，速率补偿的补偿速度及补偿时间可根据工艺情况进行调整。

斜率补偿量、速率补偿量均是在顶压调节常规PID输出的基础上叠加的。

III、从以上I、II项中任一发生补偿的条件开始计时35秒时间到，按0.45％/S的速率释放补偿量，即第二设定速率为0.45％/S，第三设定时间35秒，逐步将静叶开度由所有补偿完成后的开度调整回补偿前的开度。释放补偿量的速率和时间也可根据工艺情况进行调整。

Claims (2)

1.有料钟高炉TRT顶压自动控制方法，采用现有无料钟高炉TRT顶压自动控制模型，所述控制模型包括对高炉炉顶压力进行并联控制的减压阀组(3)的顶压PID调节系统(11)和TRT装置(8)的静叶PID调节系统(12)，其特征是：在高炉正常运行阶段的高炉炉顶压力设定值以下确定TRT装置(8)调控高炉炉顶压力的目标值，优化静叶PID调节系统(12)的PID参数，提高静叶PID调节系统(12)灵敏度，同时，在顶压PID调节系统(11)中，以TRT装置(8)的运行模式为区别，设置双PID调节参数：当TRT装置(8)运行时，其以第一套PID调节参数进行调控，当TRT装置(8)不运行时，其转入第二套PID调节参数进行调控，第一套PID调节参数的调节和反应速度、调节精度低于第二套PID调节参数；

将炉顶均压信号及炉顶上料信号引入到静叶PID调节系统(12)，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿：在炉顶均压信号到达后，对TRT静叶开度按第一设定斜率进行斜率补偿，直到第一设定时间届满或虽第一设定时间未届满但炉顶上料信号到达，在炉顶上料信号到达后，对TRT静叶开度在第二设定时间内按第一设定速率进行斜率补偿，由炉顶均压信号及炉顶上料信号产生的补偿是叠加补偿，从任一次补偿开始后至第三设定时间届满时，TRT静叶开度按照第二设定速率进行斜率恢复；

在所述控制模型中增加炉顶压力偏差值补偿控制模块，当炉顶压力偏差超出设定偏差范围时，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿；当炉顶压力偏差进入设定偏差范围时，进行炉顶压力的TRT静叶开度补偿恢复。

2.如权利要求1所述的有料钟高炉TRT顶压自动控制方法，其特征是：所述TRT装置(8)调控高炉炉顶压力的目标值比高炉正常运行阶段的高炉炉顶压力设定值低0.8～1.5kPa。

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