摘要 介紹了浙大中控JX-300X DCS在杭鋼1#高爐TRT中的應(yīng)用，包括系統(tǒng)的硬件組成、實(shí)現(xiàn)功能和實(shí)際運(yùn)行的效果。并提供一些經(jīng)驗(yàn)供類似的小高爐TRT工程借鑒。
Application of JX-300X DCS to TRT of No.1 BF of HZISCG
Abstract: The application of JX-300X DCS to TRT of No.1 BF of HZISCG is introduced,which includes the configuration、function and the real result of the control system. And some useful experiences of the project that may be valuable for the similar projects are provided.
一、 概述
高爐煤氣余壓發(fā)電的原理是利用透平膨脹機(jī)將原來(lái)?yè)p耗在減壓閥組上高爐煤氣的壓力能和一部分潛熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變?yōu)殡娔茌斔徒o電網(wǎng)。高爐煤氣余壓發(fā)電不僅回收了高爐煤氣一部分能量，減少了噪音，同時(shí)改善了高爐頂壓的調(diào)節(jié)品質(zhì)，更利于高爐的生產(chǎn)。高爐煤氣余壓透平發(fā)電（TRT）是冶金行業(yè)中公認(rèn)的節(jié)能手段，回收的能量約占高爐風(fēng)機(jī)所需能量的30%。
杭州鋼鐵廠1＃高爐項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)TRT裝置在小高爐上的首次應(yīng)用，經(jīng)過(guò)多家單位的通力合作，2003年4月底開(kāi)車成功、并網(wǎng)發(fā)電。該項(xiàng)目的成功實(shí)施對(duì)小高爐上應(yīng)用TRT有極大的促進(jìn)作用。
1#高爐的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，1#高爐采用干法除塵，煤氣壓力和溫度相對(duì)較高，這些都是應(yīng)用TRT的有利條件。
表1 杭州鋼鐵集團(tuán)公司1#高爐主要技術(shù)參數(shù)
二、工藝流程及系統(tǒng)配置
2.1工藝流程
杭鋼1#高爐TRT工藝流程如圖1所示。高爐煤氣經(jīng)過(guò)除塵裝置后，經(jīng)入口電動(dòng)碟閥、入口插板閥、快速切斷閥后，進(jìn)入透平機(jī)，然后經(jīng)出口插板閥、出口電動(dòng)碟閥到煤氣管網(wǎng)，在入口插板閥之前，透平出口之后并聯(lián)著旁通快開(kāi)閥組，旁通閥組在正常停機(jī)和緊急停機(jī)時(shí)，進(jìn)行高爐頂壓控制。
圖1 杭鋼 1#高爐TRT工藝流程示意圖
2.2系統(tǒng)配置
為保證TRT機(jī)組長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，杭州鋼鐵集團(tuán)公司1#高爐TRT控制系統(tǒng)采用浙大中控的JX-300X DCS系統(tǒng)。浙大中控的JX-300X DCS系統(tǒng)，充分應(yīng)用了最新信號(hào)處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠的軟件平臺(tái)和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用了高性能的微處理器和成熟的先進(jìn)控制算法，具有高速可靠的數(shù)據(jù)輸入、輸出、運(yùn)算、過(guò)程控制功能和聯(lián)鎖邏輯控制功能，能適應(yīng)更廣泛更復(fù)雜的應(yīng)用要求，是一個(gè)全數(shù)字化、結(jié)構(gòu)靈活、功能完善的新型開(kāi)放式集散控制系統(tǒng)。
項(xiàng)目由一個(gè)工程師站、一個(gè)操作員站、一個(gè)控制站組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)湟?jiàn)圖2。其中通訊網(wǎng)絡(luò)和主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡及重要的模擬量輸入、輸出通道采用冗余配置，保證系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。
圖2 杭鋼1#高爐TRT控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
系統(tǒng)配置清單如下：
三、控制要求與實(shí)現(xiàn)
TRT裝置的自控，主要包括啟動(dòng)聯(lián)鎖、自動(dòng)升速控制、正常調(diào)頂壓、正常停機(jī)控制、緊急停機(jī)控制等，而各過(guò)程中保持高爐頂壓的穩(wěn)定是裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵。
本項(xiàng)目利用JX-300X DCS系統(tǒng)提供的圖形化組態(tài)功能，編制了用戶控制軟件包，很好地實(shí)現(xiàn)了上述要求。
3.1 啟動(dòng)聯(lián)鎖
TRT機(jī)組的啟動(dòng)必須滿足特定的條件，并按照一定的步驟順序進(jìn)行，當(dāng)條件不滿足時(shí)，則“啟動(dòng)聯(lián)鎖”程序?qū)⑼度脒\(yùn)行，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)閥和入口電動(dòng)碟閥鎖閉。TRT機(jī)組正常啟動(dòng)的條件主要有：高爐同意TRT啟動(dòng)、電氣允許TRT啟動(dòng)、潤(rùn)滑油壓力大于設(shè)定值、動(dòng)力油壓力大于設(shè)定值、透平靜葉全關(guān)等。如上述任何一個(gè)條件不滿足，TRT機(jī)組將（在“啟動(dòng)聯(lián)鎖”程序的保護(hù)下）無(wú)法正常啟動(dòng)。
3.2 全自動(dòng)啟機(jī)
啟動(dòng)過(guò)程主要分為升轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)、升功率。為保證機(jī)組安全，TRT啟機(jī)必須按照一定順序有步驟的進(jìn)行，如圖3所示。
升轉(zhuǎn)速過(guò)程主要依靠DCS控制啟動(dòng)閥、入口電動(dòng)碟閥、透平靜葉之間協(xié)同動(dòng)作，使轉(zhuǎn)速按照一定的升速曲線自動(dòng)升至并穩(wěn)定在目標(biāo)值， 保證發(fā)電機(jī)并網(wǎng)順利進(jìn)行。升速曲線由4段不同斜率的直線組成，開(kāi)始時(shí)，啟動(dòng)閥控制回路的設(shè)定值按照一定的速率自動(dòng)增加，依靠PID調(diào)節(jié)來(lái)控制啟動(dòng)閥逐步打開(kāi)，轉(zhuǎn)速升到某一定值后，全開(kāi)入口電動(dòng)碟閥，關(guān)閉啟動(dòng)閥，靜葉控制轉(zhuǎn)速回路自動(dòng)投入，按照升速曲線繼續(xù)升速，使得透平的轉(zhuǎn)速升到目標(biāo)值，并保持穩(wěn)定，等待并網(wǎng)。只要參數(shù)整定正確，轉(zhuǎn)速可以很好的跟蹤轉(zhuǎn)速曲線，本裝置升速過(guò)程中轉(zhuǎn)速波動(dòng)控制在±8 r/min。
并網(wǎng)成功后，TRT進(jìn)入升功率過(guò)程，此過(guò)程中TRT和高爐的減壓閥組共同控制高爐頂壓，DCS系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)靜葉開(kāi)度，不僅要保證高爐頂壓，還要保證升功率過(guò)程順利進(jìn)行。來(lái)自高爐的頂壓測(cè)量值、設(shè)定值與升速參數(shù)共同用于TRT控制系統(tǒng)對(duì)靜葉的控制，隨著靜葉開(kāi)度的增大，使得煤氣負(fù)荷逐漸轉(zhuǎn)移到TRT，高爐的減壓閥組同時(shí)也逐漸關(guān)小，以完成升功率過(guò)程。在升功率過(guò)程中，如果高爐頂壓出現(xiàn)波動(dòng)，DCS通過(guò)調(diào)節(jié)靜葉開(kāi)度，調(diào)節(jié)升功率的速度，來(lái)保證高爐頂壓及時(shí)恢復(fù)正常。全自動(dòng)啟機(jī)過(guò)程的程序框圖如下：
圖3 TRT全自動(dòng)啟機(jī)過(guò)程
3.3正常停機(jī)
TRT正常停機(jī)時(shí)，TRT經(jīng)過(guò)降功率過(guò)程，煤氣逐步由TRT轉(zhuǎn)移至旁通閥組，旁通閥組和靜葉同時(shí)調(diào)節(jié)高爐頂壓，旁通閥組和靜葉也是由綜合回路來(lái)控制的，兩個(gè)旁通閥中的一個(gè)作為調(diào)節(jié)閥，另外一個(gè)作為量程閥，量程閥按照調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度和高爐頂壓的變化來(lái)動(dòng)作，工程師可以任選一個(gè)作為調(diào)節(jié)閥。功降到零功率后，發(fā)電機(jī)解列（發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)脫離），快速切斷閥慢關(guān)，靜葉以一定的速度關(guān)閉，配合高爐逐步將煤氣由旁通閥組轉(zhuǎn)移至高爐減壓閥組。
3.4緊急停機(jī)
只要任何一個(gè)緊急停機(jī)條件滿足時(shí)，TRT即進(jìn)入緊急停機(jī)狀態(tài)。TRT緊急停機(jī)時(shí)，快速切斷閥在1秒內(nèi)快關(guān)，旁通快開(kāi)閥快速打開(kāi)到某一開(kāi)度，使煤氣改從旁通快開(kāi)閥流過(guò)，避免了高爐爐頂壓力的急劇波動(dòng)。此時(shí)旁通快開(kāi)閥的開(kāi)度根據(jù)緊急停機(jī)時(shí)的靜葉開(kāi)度和煤氣流量運(yùn)算后得出。隨后DCS通過(guò)旁通閥調(diào)節(jié)高爐頂壓，配合高爐將煤氣逐步轉(zhuǎn)移到減壓閥組，直至完全由減壓閥組來(lái)控制高爐頂壓。
四、投運(yùn)效果
杭鋼1#高爐TRT實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)運(yùn)行，從自動(dòng)升速、升功率到正常運(yùn)行、正常停車，操作人員只需按下“啟動(dòng)”或“正常停車”按鈕即可。當(dāng)緊急停車條件被觸發(fā)或按下“緊急停車”按鈕，DCS系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)緊急停車過(guò)程中所需步驟。整個(gè)過(guò)程中控制效果良好，無(wú)需人工干預(yù)，正常運(yùn)行時(shí)高爐頂壓波動(dòng)在±5 kPa范圍內(nèi)，緊急停機(jī)時(shí)高爐頂壓波動(dòng)在±10 kPa范圍內(nèi)。
目前杭鋼1#高爐TRT平均發(fā)電功率在1500KW左右（高爐上現(xiàn)仍保留有直通管道，若將其密封，發(fā)電功率還可進(jìn)一步提高），預(yù)計(jì)2~3年收回全部投資，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
圖3 高爐頂壓控制趨勢(shì)圖
五、結(jié)束語(yǔ)
杭鋼1#高爐TRT集散控制系統(tǒng)投運(yùn)至今，性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。特別是利用JX-300X DCS系統(tǒng)的提供圖形化組態(tài)軟件包實(shí)現(xiàn)了TRT全自動(dòng)啟機(jī)，正常停機(jī)和緊急停機(jī)的自動(dòng)控制，保證了TRT機(jī)組安全高效運(yùn)行，保證了高爐頂壓平穩(wěn)正常。從杭鋼1#高爐TRT的順利投運(yùn)，可看出JX-300X DCS系統(tǒng)在小高爐TRT上的應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、 可靠性高，軟硬件性能穩(wěn)定。
2、 操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。純中文的組態(tài)和監(jiān)控畫面，為維護(hù)人員、操作人員提供了良好的人機(jī)接口。全自動(dòng)啟停和控制，更是大大降低了對(duì)人員素質(zhì)的依賴，避免了誤操作可能性。
3、 通訊網(wǎng)絡(luò)和主要控制部件都可以更加需要采用熱冗余，在提高系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)上，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。
3、客戶服務(wù)及時(shí)，配品配件供應(yīng)方便等優(yōu)勢(shì)。
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JX-300X系統(tǒng)說(shuō)明書，浙大中控技術(shù)有限公司
鄭煊，1976年出生，男，浙江衢州人，1996年畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校，從事自動(dòng)化儀表專業(yè)技術(shù)工作
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袁劍蓉,1970年出生，女，浙江省杭州市人，1992年畢業(yè)于浙江大學(xué)電機(jī)工程學(xué)系工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，工程師，從事自動(dòng)化控制專業(yè)技術(shù)工作，已發(fā)表論文2篇。
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羅志君,1966年出生，男，浙江省杭州市人，1987年畢業(yè)于浙江大學(xué)電機(jī)系工業(yè)電子技術(shù)專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，工程師，現(xiàn)從事自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)工作，已發(fā)表論文1篇。
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