專利名稱：高爐煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)控制方法及其軟件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤氣或其它氣體差壓發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)控制(正常停機(jī)和緊急停機(jī))的方法，尤其涉及一種高爐煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)的自動停機(jī)控制的方法及其軟件。
背景技術(shù)：
高爐煤氣余壓能量回收透平發(fā)電(簡稱高爐煤氣余壓發(fā)電，或稱TRT)是我國鋼鐵行業(yè)極力推廣的節(jié)能環(huán)保項目。它是利用高爐爐頂與煤氣總管之間的壓力差，將高爐煤氣導(dǎo)入透平機(jī)膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而將在減壓閥組上以噪音和熱能形式消耗的壓差能予以回收的節(jié)能技術(shù)。
建設(shè)TRT的原則是必須考慮既不影響高爐的正常生產(chǎn)，又要最大限度地發(fā)電。但是由于下述原因，使以前建設(shè)的不少TRT項目中存在著不是發(fā)電量上不去、影響經(jīng)濟(jì)效益，就是影響高爐正常生產(chǎn)等問題。
1、高爐爐頂壓力是高爐煉鐵系統(tǒng)最重要的參數(shù)，爐頂壓力調(diào)節(jié)由高爐控制系統(tǒng)及減壓閥組(一般為4個并聯(lián)的閥門，即調(diào)節(jié)閥、量程閥、兩個緊急閥)實現(xiàn)。由于高爐煤氣含有大量灰塵與水分，故在減壓閥組中，除自動控制用的兩個減壓閥(調(diào)節(jié)閥和量程閥)因經(jīng)常處于調(diào)節(jié)動作，在頂壓可調(diào)范圍內(nèi)好使外；另外兩個緊急閥的閥門因正常生產(chǎn)時總是處于全關(guān)或固定開度位置，以致很難打開。如果讓TRT長期滿負(fù)荷發(fā)電，由于減壓閥組的調(diào)節(jié)閥和量程閥長期處于關(guān)閉狀態(tài)易卡住，一旦TRT因故障緊急停機(jī)時，同樣存在打不開的可能。
2、對于TRT緊急停機(jī)控制，以往或現(xiàn)在其它單位(包括國外)的做法是讓旁通快開閥在規(guī)定時間內(nèi)全部打開，然后再在規(guī)定時間內(nèi)慢關(guān)。這樣往往造成旁通快開閥打開時，高爐頂壓負(fù)偏差過大；當(dāng)旁通快開閥慢關(guān)時，控制系統(tǒng)不顧高爐頂壓變化情況，強(qiáng)行把煤氣從TRT趕向高爐減壓閥組，一旦減壓閥組卡住或反應(yīng)慢，必然而造成高爐頂壓超高限，嚴(yán)重影響高爐生產(chǎn)。
利用煤氣差壓發(fā)電，緊急停機(jī)條件很多，因此TRT停機(jī)相對比較頻繁，特別是試運(yùn)行期間。TRT相對頻繁的停機(jī)與高爐減壓閥組本身的缺陷，必然影響了高爐的生產(chǎn)。這也是造成煉鐵廠與TRT發(fā)電部門的矛盾的主要原因。
TRT如果不能最大限度地發(fā)電，工程投資難以回收，建設(shè)TRT也就失去了意義。TRT不能滿負(fù)荷發(fā)電，原因往往并不在TRT本身，而是因為對高爐生產(chǎn)有影響后，煉鐵廠只能限制TRT半負(fù)荷發(fā)電甚至停產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是根據(jù)高爐生產(chǎn)的特點、TRT控制系統(tǒng)以前存在的問題以及建設(shè)TRT必須遵循的原則，設(shè)計研究出能夠徹底解決TRT停機(jī)和高爐減壓閥組缺陷對高爐正常生產(chǎn)和TRT最大負(fù)荷發(fā)電的影響的新方法，即提供一種高爐煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)控制方法及其軟件，從而既使高爐正常生產(chǎn)，又使TRT最大負(fù)荷地發(fā)電。
本發(fā)明由前饋控制15和高爐頂壓控制16構(gòu)成。這些公式與算法可以很方便地轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的計算機(jī)軟件(即綜合控制功能軟件的一部分)安裝在不同的PLC(可編程控制器)、DCS(分散控制系統(tǒng))或FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))中。
本發(fā)明的控制方法由如下2個步驟組成(正常停機(jī)僅用第2個步驟)，它是TRT停機(jī)控制的核心。
1、前饋控制OUT＝K*F 其中OUT-前饋調(diào)節(jié)輸出值；F-前饋調(diào)節(jié)參照值，可為以下參數(shù)中的任意一個* 煤氣流量* 可調(diào)靜葉開度* 入口蝶閥開度* 發(fā)電功率* 減壓閥組中調(diào)節(jié)閥與量程閥開度之和的倒數(shù)K-前饋調(diào)節(jié)系數(shù)，其大小取決于旁通快開閥的直徑和前饋調(diào)節(jié)參照值。取值范圍任意的正數(shù)。
2、爐頂壓力過渡控制(以下兩個公式任選一個即可)(1)P101SP1＝P101SP+N 其中P101SP-高爐送來頂壓設(shè)定值；P101SP1-綜合控制功能軟件用頂壓設(shè)定值；N-0～20kPa預(yù)設(shè)頂壓偏差。
(2)P101a＝P101-N 其中P101-高爐送來頂壓測量值；
P101 a-綜合控制功能軟件用頂壓測量值；N-0～20kPa預(yù)設(shè)頂壓偏差。
調(diào)節(jié)輸出值送旁通快開閥(緊急停機(jī))或可調(diào)靜葉(正常停機(jī))，由于高爐減壓閥組調(diào)節(jié)處于自動等待狀態(tài)，一旦頂壓測量值偏高，則會自動慢慢打開減壓閥組，從而實現(xiàn)頂壓調(diào)節(jié)到高爐側(cè)的平穩(wěn)過渡。如果高爐減壓閥組或調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障，則由TRT旁通快開閥或可調(diào)靜葉構(gòu)成的頂壓調(diào)節(jié)會一直持續(xù)進(jìn)行，直至減壓閥組調(diào)節(jié)正常。
本發(fā)明所涉及到的綜合功能控制軟件(10)包括升速控制(11)、升功率控制(12)、發(fā)電運(yùn)行控制及高爐頂壓調(diào)節(jié)(13)，同時還包括分別調(diào)用緊急停機(jī)控制和正常停機(jī)控制(14)；停機(jī)控制由前饋控制(15)和高爐頂壓控制(16)組成。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果①停機(jī)過程為全自動完成，操作工只須監(jiān)視控制過程即可。
②完全克服了以往停機(jī)控制方法的不足，因此高爐系統(tǒng)可以安全放心地生產(chǎn)。
③根據(jù)馬鋼和最近投產(chǎn)的上海一鋼2500m3高爐TRT工程運(yùn)行情況，由于采用了新的停機(jī)控制方法，TRT系統(tǒng)也可最大限度地發(fā)電，發(fā)電功率達(dá)到或大于設(shè)計能力(8000KW以上)，通過目前的電價和TRT年運(yùn)行時間可知，2～3年內(nèi)即可回收全部投資，為用戶取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1-TRT系統(tǒng)的組成及其工藝流程圖。
其中
1-高爐；2-除塵器；3-煤氣清洗；4-入口碟閥；5-減壓閥組；BF-液壓插板閥；8-緊急切斷閥；6-透平機(jī)；7-發(fā)電機(jī)；9-快開慢關(guān)旁通閥，簡稱旁通快開閥；10-綜合控制功能軟件。
圖2-TRT系統(tǒng)的控制程序框圖(主要為停機(jī)控制程序框圖)。
其中11-升速控制； 12-升功率控制；13-發(fā)電運(yùn)行控制及高爐頂壓調(diào)節(jié)；14-正常停機(jī)；15-前饋控制； 16-高爐頂壓控制；17-關(guān)可調(diào)靜葉；18-關(guān)入出口插板閥。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明由圖1可知，從高爐1送出的高壓煤氣經(jīng)除塵器2及煤氣清洗3處理后，一路經(jīng)減壓閥組5送煤氣總管上；另一路依次經(jīng)入口碟閥4、入口液壓插板閥BF、緊急切斷閥8進(jìn)入透平機(jī)6膨脹做功，透平機(jī)6帶動發(fā)電機(jī)7發(fā)電，膨脹后的低壓煤氣經(jīng)出口插板蝶閥BF，送到減壓閥組5后的煤氣總管上。
在入口液壓插板閥BF之后，出口液壓插板閥BF之前，緊急切斷閥8及透平機(jī)6處并聯(lián)有一旁通管，其上設(shè)置有快開慢關(guān)旁通閥(簡稱旁通快開閥9)，作為TRT緊急停機(jī)時，TRT與減壓閥組5之間的平穩(wěn)過渡之用，以確保高爐爐頂壓力不產(chǎn)生大的波動。
對TRT系統(tǒng)的控制是由綜合控制功能軟件10實現(xiàn)的，其功能主要有
*輔助系統(tǒng)的啟動控制*主機(jī)的升速控制*升功率控制*爐頂壓力控制與最大限度地發(fā)電控制*TRT停機(jī)控制(正常停機(jī)和緊急停機(jī))其中停機(jī)控制是TRT系統(tǒng)最重要的控制之一。
由圖2可知，*TRT啟動準(zhǔn)備好后，即可進(jìn)行啟動升速控制11了。在升速過程(一般為10-30分鐘)中，綜合控制功能軟件10根據(jù)TRT系統(tǒng)各參數(shù)變化情況及高爐狀況，隨時自動調(diào)用緊急停機(jī)程序。
*TRT并網(wǎng)后，即進(jìn)行升功率控制12了。在升功率過程(一般為5-10分鐘)中，綜合控制功能軟件10根據(jù)TRT系統(tǒng)各參數(shù)變化情況及高爐狀況，隨時自動調(diào)用緊急停機(jī)程序。
*TRT升功率接近設(shè)計值后，即進(jìn)行發(fā)電運(yùn)行控制及高爐頂壓調(diào)節(jié)13了。在這個過程(為正常生產(chǎn))中，綜合控制功能軟件10根據(jù)TRT系統(tǒng)各參數(shù)變化情況及高爐狀況，隨時自動調(diào)用停機(jī)程序。
*按下TRT正常停機(jī)按鈕，即進(jìn)行正常停機(jī)14了。但在這個過程中，綜合控制功能軟件10根據(jù)TRT系統(tǒng)各參數(shù)變化情況及高爐狀況，隨時自動調(diào)用緊急停機(jī)程序。
*一旦緊急停機(jī)條件(一般有10-35個)發(fā)生，綜合控制功能軟件10即轉(zhuǎn)入TRT緊急停機(jī)控制——前饋控制15，根據(jù)OUT＝K*F開旁通快開閥一固定開度，同時快關(guān)緊急切斷閥。
——高爐頂壓控制16，根據(jù)P101SP1＝P101SP+N或P101a＝P101-N構(gòu)成的控制系統(tǒng)實現(xiàn)TRT控制爐頂壓力至高爐的平穩(wěn)過渡。
*關(guān)可調(diào)靜葉17和關(guān)入口蝶閥為緊急停機(jī)的后續(xù)步驟，它可與關(guān)緊急切斷閥同步執(zhí)行，也可分步執(zhí)行，可根據(jù)工程具體情況現(xiàn)場確定。
*關(guān)入出口插板閥18為緊急停機(jī)的后續(xù)步驟，一般為現(xiàn)場手動完成，有時為了縮短停產(chǎn)時間而不執(zhí)行。
本發(fā)明的一個具體實施例子——馬鋼2500m3高爐TRT工程。
當(dāng)滿足了啟機(jī)條件，綜合控制功能軟件10則按程序完成以下控制功能啟動準(zhǔn)備、TRT升轉(zhuǎn)速控制、并網(wǎng)、升功率控制、高爐爐頂壓力控制和TRT正常停機(jī)控制、緊急停機(jī)控制。在各個控制過程中，緊急停機(jī)程序隨時可起作用，即緊急停機(jī)程序優(yōu)先級最高。
馬鋼TRT自動停機(jī)條件共24個，比如當(dāng)下列的主要停機(jī)條件發(fā)生時，計算機(jī)內(nèi)綜合控制功能軟件10會使TRT立即停機(jī)*透平機(jī)軸振動大于0.16mm*透平機(jī)主軸軸向位移大于0.5mm*透平機(jī)轉(zhuǎn)速大于3240r/min*潤滑油最遠(yuǎn)點壓力小于70kPa*液壓系統(tǒng)壓力小于7.0MPa*透平機(jī)和發(fā)電機(jī)軸承溫度大于75℃*透平推力瓦溫度大于75℃*電力系統(tǒng)嚴(yán)重故障*透平機(jī)危急保安器油壓低于3.5Mpa*緊急停機(jī)按鈕按下(包括緊急切斷閥就地操作箱和控制室操作臺上的緊急停機(jī)按鈕)
*高爐爐頂放散閥打開等當(dāng)出現(xiàn)以上的任一停機(jī)聯(lián)鎖條件時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號使發(fā)電機(jī)7與電網(wǎng)解列，同時使緊急切斷閥8、可調(diào)靜葉JY關(guān)閉，旁通快開閥9進(jìn)入前饋調(diào)節(jié)狀態(tài)。前饋控制系統(tǒng)使旁通快開閥9打開一定開度(此開度是在緊急停機(jī)前通過綜合控制功能軟件10運(yùn)算獲得)，實現(xiàn)緊急切斷情況下TRT爐頂壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)與高爐爐頂壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)間的平穩(wěn)過渡。
當(dāng)旁通快開閥9的開度快速達(dá)到要求的開度后，即進(jìn)入爐頂壓力調(diào)節(jié)狀態(tài)，其壓力的測量值和設(shè)定值與TRT正常生產(chǎn)時一致，但綜合控制功能軟件10運(yùn)算調(diào)節(jié)的結(jié)果，迫使高爐煤氣從TRT流經(jīng)減壓閥組5。如果減壓閥組5卡住，完全由前饋控制系統(tǒng)進(jìn)行的爐頂壓力調(diào)節(jié)直至減壓閥組5恢復(fù)正常；如果減壓閥組5慢慢打開，旁通快開閥9會在保證爐頂壓力穩(wěn)定的前提下慢慢關(guān)閉，直至旁通快開閥9全關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種高爐煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)控制方法，其特征在于1)前饋調(diào)節(jié)OUT＝K*F其中OUT-前饋調(diào)節(jié)輸出值；F-前饋調(diào)節(jié)參照值，或為煤氣流量，或為可調(diào)靜葉開度，或為入口蝶閥開度，或為發(fā)電功率，或為減壓閥組中調(diào)節(jié)閥與量程閥開度之和的倒數(shù)；K-前饋調(diào)節(jié)系數(shù)，其大小取決于旁通快開閥的直徑和前饋調(diào)節(jié)參照值，取值范圍為任意的正數(shù)；2)高爐頂壓調(diào)節(jié)①或為P101SP1＝P101SP+N其中P101SP-高爐送來頂壓設(shè)定值；P101SP1-綜合控制功能軟件用頂壓設(shè)定值；N-0～20kPa，預(yù)設(shè)頂壓偏差；②或為P101a＝P101-N其中P101-高爐送來頂壓測量值；P101a-綜合控制功能軟件用頂壓測量值；N-0～20kPa，預(yù)設(shè)頂壓偏差。
2.實施權(quán)利要求1所述方法的軟件(10)，其特征在于一旦停機(jī)條件發(fā)生，綜合控制功能軟件(10)即轉(zhuǎn)入TRT停機(jī)控制，前饋控制(15)，根據(jù)OUT＝K*F開旁通快開閥一固定開度，同時快關(guān)緊急切斷閥(8)；高爐頂壓控制(16)，根據(jù)P101SP1＝P101SP+N或P101a＝P101-N構(gòu)成的控制系統(tǒng)實現(xiàn)TRT控制爐頂壓力至高爐的平穩(wěn)過渡；關(guān)可調(diào)靜葉(17)和關(guān)入口蝶閥為停機(jī)的后續(xù)步驟，它可與關(guān)緊急切斷閥(8)同步執(zhí)行，也可分步執(zhí)行，可根據(jù)工程具體情況現(xiàn)場確定；關(guān)入出口插板閥(18)為停機(jī)的后續(xù)步驟，一般為現(xiàn)場手動完成，有時為了縮短停產(chǎn)時間而不執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高爐煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)控制方法及其軟件；涉及一種煤氣或其它氣體差壓發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)控制(正常停機(jī)和緊急停機(jī))的方法，尤其涉及一種高爐煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)的自動停機(jī)控制方法及其軟件。本發(fā)明的控制方法由如下2個步驟組成，它是TRT停機(jī)控制的核心。1.前饋調(diào)節(jié)，OUT＝K＊F；2.爐頂壓力過渡調(diào)節(jié)(以下兩個公式任選一個即可)(1)P101SP1＝P101SP+N；(2)P101a＝P101－N。本發(fā)明停機(jī)過程為全自動完成，操作工只須監(jiān)視控制過程即可，完全克服了以往停機(jī)控制方法的不足，因此高爐系統(tǒng)可以安全放心地生產(chǎn)。
文檔編號C21B5/06GK1539998SQ200310111309
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者葉理德, 王貴良, 代玉平, 牛暉, 李寧 申請人:武漢鋼鐵設(shè)計研究總院