CN113337653A

CN113337653A - 一种trt与减压阀组协同的高炉顶压控制方法

Info

Publication number: CN113337653A
Application number: CN202110723581.1A
Authority: CN
Inventors: 张志刚; 陈文�; 卢世平; 夏建国; 洪曙; 张靖伟; 余建伍; 祝道朋; 陈昌武; 李利
Original assignee: Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2021-09-03

Abstract

本发明是一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法，包括以下步骤：1）在TRT发电运行状态下，观察减压阀组是否也参入了顶压的调节，如果参入了则对减压阀组的PID参数采用试凑法，直到不参与调节为止，记录下该参数组的具体数值，标记为B参数组；2）利用高炉检修机会，在复风阶段观察减压阀组单独控制顶压是否满足实际要求，记录下此时的减压阀组参数组具体数值，标记为A参数组；3）将A参数组和B参数组输入减压阀组的PID控制程序中；4）将TRT的PLC控制器与高炉的PLC控制器建立通讯，当TRT处于发电运行状态时，减压阀组采用B参数组PID进行控制，当TRT处于非发电运行状态时，减压阀组采用A参数组PID进行控制；本发明提高了TRT运行效率，提高了经济效益。

Description

一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法

技术领域

本发明涉及高炉生产及TRT运行技术领域，具体是一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法。

背景技术

进入21世纪以来，TRT技术在钢铁企业得到了前所未有的发展。如附图1所示，在装备TRT装置以前，高炉顶压靠减压阀组6进行控制，高炉1产生的煤气经过重力除尘器2后转化为荒煤气，再经过干法除尘器3转化为净煤气，高压净煤气通过减压阀组6泄压后回收提供给各用户单位使用，煤气所含的热压能全部作用在减压阀组的阀板上，不仅能量浪费掉了，而且增加了设备的磨损；将TRT7装置并联到减压阀组6两端后，高炉顶压则依靠透平机静叶进行控制，高炉1产生的高压煤气主要靠透平机组做功发电后降为低压煤气，不仅能回收同质的低压煤气给各用户单位使用，同时还能将高炉1的余热余压能量回收33%左右。因此，TRT7是目前国际上公认的有价值的二次能源回收装置。

然而在TRT技术实际应用的过程中，不同企业高炉的操作水平不同，其应用效果差距也较大。其中很显著的一个矛盾就是：TRT7和高炉1的减压阀组6都可以控制顶压，如果减压阀组6按没有TRT7装置参与控顶压的PID过程控制参数运行，那么当TRT7接管了高炉顶压后，因减压阀组6的动态响应性较好，事实上在顶压波动有较突然的趋势时，减压阀组6也进入了调节状态，最大开度能达到15%，从而使得煤气流有一部分从减压阀组6流失，没有使煤气全流量作用在透平机组做功，导致二次能源回收效率降低；如果调整减压阀组6的PID过程控制参数，遏制其动态响应性，那么在TRT7遇到某些因素突然停机，高炉工长的操作往往达不到“迅速将减压阀组打开的紧急应对措施”，非常容易造成高炉憋压冲顶的事故。

PID控制器问世至今以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。目前TRT静叶、TRT快开AB阀以及高炉减压阀组都是采用PID过程控制模型，TRT静叶是按高炉顶压设定值-1进行控制，高炉减压阀组按顶压设定值+1进行控制，TRT块开AB阀按顶压设定值+2进行控制，通过这种差异性的给定量来区分顶压控制的优先级别。但是在实际运行过程中，当TRT接管顶压控制权后，减压阀组经常有调节的动作，特别是炉况有波动的时候，有些减压阀的开度甚至到了15%，通过查阅PLC程序，发现即便是顶压反馈值没有超过减压阀组的给定量（顶压设定值+2），只要变化率有突变（反馈值与给定量差值的微分），微分环节就会有输出。所以仅靠顶压设定的差异量来区分顶压控制优先级别的方法是不够的，仍然会出现TRT具备顶压控制能力的前提下煤气从减压阀组流失的情况，减少了煤气利用率，降低了经济效益。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法，实现高炉控制系统能够智能判断各种情况，并自主决策采取措施。

本发明的具体方案是：一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法，包括以下步骤：

1）在TRT发电运行状态下，且煤气发生量不超过机组调节能力情况时，观察减压阀组是否也参入了顶压的调节，如果参入了则对减压阀组的PID参数采用“试凑法”，直到不参与调节为止，记录下该参数组的具体数值，标记为B参数组；

2）利用高炉检修机会，在复风阶段观察减压阀组单独控制顶压是否满足实际要求，记录下此时的减压阀组参数组具体数值，标记为A参数组；

3）将A参数组和B参数组输入减压阀组的PID控制程序中；

将TRT的PLC控制器与高炉的PLC控制器建立通讯，当TRT处于发电运行状态且入口蝶阀的开度大于20%时，减压阀组自动采用B参数组PID进行控制，当TRT处于非发电运行状态或入口蝶阀的开度小于20%时，减压阀组自动采用A参数组PID进行控制。

4）所述步骤2）中若生产计划无法满足要求，则放慢装炉速度以满足加热负荷变化小于20%的要求。

进一步的，所述步骤1）中调整B参数组时用试凑法调节微分环节的数值，数值越小动态响应越滞后，调整到TRT的静叶开度在90%以下时，减压阀组不动作即可。

进一步的，所述步骤2）中调整A参数组时用试凑法调节微分环节的数值，数值越大动态响应性越好，调整到顶压测量值在设定标准值的±5Kpa范围内波动即可。

进一步的，所述TRT的启机步序中最后一步为“控制顶压”，当TRT的PLC控制器检测到TRT处于该步序时判定为TRT处于发电运行状态，TRT的停机步序包括“收到停机指令”、“计时N秒内完成停机”，当TRT的PLC控制器检测到TRT处于以上停机步序中任一步时判定TRT处于非发电运行状态。

本发明的工作原理如下：在TRT处于发电运行状态的前提下，当高炉顶压实际值超过设定值，在一定范围内，优先通过TRT控制顶压，在TRT的控制能力范围内，减压阀组采用B参数组PID控制，基本上不参与顶压控制，使煤气基本上全部从TRT流过，从而提高煤气的利用效率；若顶压实际值超出了TRT的控制能力范围，则减压阀组逐渐参与顶压控制，使顶压值恢复到设定值范围内；若顶压实际值持续升高，超出了TRT及减压阀组的控制能力范围，则快开阀自动开启进行泄压；

在TRT处于停机状态或恢复工作初期时，TRT暂时不具备控制顶压的能力，此时系统自动选择采用A参数组PID控制减压阀组，当入口蝶阀开度大于20%，TRT恢复运行时，系统自动切换采用B参数组PID控制减压阀组。

本发明相比现有技术具有以下优点：1、提高了高炉顶压控制系统自动化、智能化程度，实现了顶压控制权的自动装换，消除了高炉工长和TRT操作人员两个岗位之间协同操作的繁琐程度，杜绝了人为误操作；2、提高了高炉系统安全性，避免顶压过高对炉顶设备的冲击，避免冲顶后对环保及生产节奏的不良影响；3、大大减少了TRT控顶压过程中煤气流从减压阀组流失的能源浪费，提高了TRT二次能源回收效率，具有可观的经济效益。

附图说明

图1是现有高炉顶压控制系统结构示意图；

图2是本发明控制系统示意图；

图中：1-高炉，2-重力除尘器，3-干法除尘器，4-入口蝶阀，5-快开阀，6-减压阀组，7-TRT，8-高炉的PLC控制器，9-TRT的PLC控制器。

具体实施方式

本实施例是一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法，包括以下步骤；

1、对于减压阀组和TRT具体的硬件情况、控制程序等，各钢铁企业可能不尽相同，但是对于TRT的发电运行、电动运行、停机这3种工况状态是一样的，通过3种不同状态的工艺条件特征，用“TRT状态标志位”的二进制值来区分TRT的发电运行状态和非发电运行状态。

2、在TRT发电运行状态下，且煤气发生量不超过机组调节能力情况时，观察减压阀组是否也参入了顶压的调节，如果参入了则对减压阀组的PID参数采用试凑法，直到不参与调节为止，记录下该参数组的具体数值，标记为B参数组。

3、利用高炉检修机会，在复风阶段（该阶段TRT不参与顶压控制）观察减压阀组单独控制顶压是否满足实际要求，通常要达到顶压测量值在给定量的±5Kpa以内，记录下此时的减压阀组参数组具体数值，标记为A参数组。

4、TRT的PLC控制器9以“TRT状态标志位”的二进制值作为程序判定条件，当值为1时TRT的PLC控制器9向高炉的PLC控制器8通讯，控制减压阀组6按A参数组进行控制，当值为0时控制减压阀组6按B参数组进行控制。

5、在实际运行该技术前，必须先进行“模拟测试”，“模拟测试”必须在高炉检修且TRT停机状态下进行，先构架程序段，并不实际连线，通过“强制所需的工艺条件”为手段，同时设置临时的中间变量来检验其功能逻辑是否正常。

6、当“模拟测试”顺利通过，则利用高炉复风后的初期组织“实际测试”，实际测试前先去掉“强制”和临时中间变量，然后将编辑的程序正确连线，组织电气及操作人员在TRT和高炉值班室两个岗位配合，保持通讯通畅，将减压阀组调节画面打开，将直径最大的减压阀开度调到50%，做好高炉憋压的应急准备工作。待TRT启机并网接管顶压后，由高炉工长向TRT操作人员发出“TRT急停”指令，并关注高炉是否有憋压的趋势（超过顶压设定值10Kpa，并且数值没有回落的现象），如果有则迅速将先前设定开度的减压阀切换到“手动”状态，使该减压阀迅速打开泄压，人为干预稳定后，继续通过试凑法增强减压阀组的动态响应性，直至测试成功。

7、如果多次测试仍无法达到预期效果，就要利用休风机会测试是否因减压阀组和液压回路本身的问题而动态响应过于滞后，测试每一台减压阀组从全关到全开两个方向动作的时长，时长不得超过10秒。

8、“实际测试”通过后，还要经常观察顶压控制曲线，按每日观察满一周后曲线特征无变化，则拉长观察周期按每周进行观察，曲线特征无变化后，则固化为每月进行一次观察。如曲线特征有细微差异并开始逐渐加剧，则需要用试凑法进行微调，微调完成后从每日观察重新开始观察周期。该措施主要是为了及时消除各种设备长期运行磨损后失去其固有特性，而造成的控制偏差。

本实施例所述试凑法也称为工程整定方法，属于工程生产中常用方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。工程整定方法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

本实施例选用A参数组或B参数组的前提条件分析如下：

TRT的状态又可分为3种：发电运行状态、电动运行状态、停机状态。这3种状态中只有在发电运行状态时，TRT才需要控制高炉顶压；其它两种状态时，高炉顶压则必须交还给减压阀组进行控制。

首先从TRT的启机步序来看：

然后从TRT的停机步序来看：

最后从TRT发电运行转电动运行步序以及电动运行转发电运行步序来看：

因为高炉顶压控制权属于在TRT和减压阀组二者中必选其一，以“TRT状态标志位”的二进制值来表达高炉顶压控制权归属，根据上文TRT所列的3种状态工艺条件，筛选其中必要条件来决定高炉顶压控制权归属：

其中需要特别注意的是：高炉短时休风≦4小时的时候，TRT正常情况下不需要停机，只转为电动运行即可，待高炉复风后顶压值≧100Kpa后，将TRT转为发电运行，这样就避免了繁琐的启机过程。当TRT处于电动运行状态时，不改变启机步号和停机步号的值；但是在高炉复风后，TRT从“电动运行状态”转换到“发电运行状态”的过程中，入口蝶阀开度过小时，煤气流通量受限，过早地将顶压控制权交给TRT，可能会造成高炉憋压现象，所以入口蝶阀开度判断条件的范围取10%～30%，实际应用中采用的是20%

当TRT状态标志位=1时，减压阀组采用A参数组PID控制，当TRT状态标志位=0时，减压阀组采用B参数组PID控制。

宝武集团鄂城钢铁有限公司的2号炉TRT透平机为10050KW的机组，匹配15000kw的发电机组。透平机设计的转换效率为86%，发电机组的转换效率为97%，其综合转换效率为83.42%，但是在全行业实际生产中，转换效率最高才达到70%。采集从2019年1月到2020年3月（一共456天）得出2号TRT小时发电功率=9106.35KW，计算得出实际转换效率=60.71%。

经过实际检测分析发现，减压阀组和TRT都处于自动状态时，当煤气发生量产生波动时，减压阀组与静叶同步参与调节，减压阀组最大开度可达15%，也就是说在动态稳顶压过程中，又有一部分煤气发生量从减压阀组旁路流走。从而针对这一现象进行改进工作，

PID传递函数为：

OUT（t)=GAIN·e(t)·[1+T/TI+TD/T]

式中：GAIN为比例增益，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。

由于在动态控制顶压时，减压阀组与静叶同步参与控制，因此必须提高静叶的积极性，对顶压受煤气发生量突变引起的变化趋势，提前响应，着重调整静叶的微分环节，而PID参数调整没有定式，只能在观察波形趋势、动作的过程中，逐步试出来，其参数试调中TD的修订过程为：

1→1.01→1.05→1.1→1.2→1.5→1.8→2.0→2.5→3.0→4.0→5.0→6.0→4.0→4.5→3.5→4.3→5.0→7.0

调整后，静叶的动作比减压阀组的动作更为积极，减压阀组原来最大开度可达15%，调整后最大开度为8%；另一个明显的作用是，顶压曲线在微观细节上观察（时间粒度调到最小值），其趋势更为平顺，即时性更好。

为了进一步遏制动态稳顶压过程中的煤气流损失，采取了减少减压阀组的微分时间常数、适时微调静叶的微分时间常数的方法，其值修正变化过程为：

A阀：6→5→4→3→2→1

B阀：6→5→4→3→2→1

C阀：6（处于手动状态，未调整）

D阀：5→4→3→2→1→0.5→0.2

静叶：7→6→5.5→5→5.5

通过调整后，在动态稳顶压过程中，静叶动作积极，减压阀组基本处于关位。只有当静叶达到极限值或者有突然崩料造成的煤气发生量剧烈增加时，旁通快开阀和减压阀组才参与调节，达到遏制动态稳顶压时煤气流损失的效果，又保障了在炉况异常时旁通快开阀和减压阀组的参与。

分析调整后的数据，发现高炉日煤气发生量、日发电量、煤气发电转换率都有提高，2号TRT煤气发电转换率提高到2.8493%，曲线呈上翘趋势，这说明上述举措有效遏制了动态稳顶压时的煤气流损失，达到初步效果。

Claims

1.一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法，其特征是：包括以下步骤：

1）在TRT发电运行状态下，且煤气发生量不超过机组调节能力情况时，观察减压阀组是否也参入了顶压的调节，如果参入了则对减压阀组的PID参数采用试凑法，直到不参与调节为止，记录下该参数组的具体数值，标记为B参数组；

3）将A参数组和B参数组输入减压阀组的PID控制程序中；

4）将TRT的PLC控制器与高炉的PLC控制器建立通讯，当TRT处于发电运行状态且入口蝶阀的开度大于20%时，减压阀组自动采用B参数组PID进行控制，当TRT处于非发电运行状态或入口蝶阀的开度小于20%时，减压阀组自动采用A参数组PID进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法，其特征是：步骤1）中调整B参数组时用试凑法调节微分环节的数值，数值越小动态响应越滞后，调整到TRT的静叶开度在90%以下时，减压阀组不动作即可。

3.根据权利要求1所述的一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法，其特征是：所述步骤2）中调整A参数组时用试凑法调节微分环节的数值，数值越大动态响应性越好，调整到顶压测量值在设定标准值的±5Kpa范围内波动即可。

4.根据权利要求1所述的一种TRT与减压阀组协同的高炉顶压控制方法，其特征是：TRT的启机步序中最后一步为“控制顶压”，当TRT的PLC控制器检测到TRT处于该步序时判定为TRT处于发电运行状态，TRT的停机步序包括“收到停机指令”、“计时N秒内完成停机”，当TRT的PLC控制器检测到TRT处于以上停机步序中任一步时判定TRT处于非发电运行状态。