TRT全流程顶压高精度控制技术的开发与应用重大科技攻关课题申请书及可行性研究报告.doc

TRT全流程顶压高精度控制技术的开发与应用重大科技攻关课题申请书及可行性研究报告.doc

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自动化部重大科技攻关

课题立项申请书

课题名称：

TRT全流程顶压高精度控制技术的开发与应用

申请单位：

铁区动力站

申报时间：

2009年2月2日

莱芜钢铁集团有限公司自动化部

填报说明

1．申报自动化部重大科技攻关课题应填报《自动化部重大科技攻关课题立项申请书》，并编写《自动化部重大科技攻关课题可行性研究报告》。

2．“课题立项申请书”经项目所在单位负责人签章后，与“可行性研究报告”、一并报送，同时报送电子文挡。

3．“课题立项申请书”和“可行性研究报告”的内容必须真实、所附材料齐全，要求项目研究、开发目标明确，内容重点突出，技术路线清晰，主要技术经济指标科学、合理，阶段目标和年度进展计划明确，实施方案具体，经费预算合理。

4．“课题立项申请书”中需详细说明的内容可加附页。

课题概况

课题名称

TRT全过程顶压高精度控制技术的开发与应用

所属领域

□1、自动化2、信息技术

课题负责人

姓名

李兴旺

性别

男

出生年月

1983.08

学历

本科

职称

助工

联系电话

13863458651

E-mail

lixingwang1983@

起始时间

2009年2月

终止时间

2009年9月

预期主要

成果形式

□□□

1、论文论著2、研究报告3、新产品或农业新品种4、新设备5、新材料

6、新工艺或方法7、软件8、其他

经费合计（万元）

申请课题的必要性和依据（说明国家产业、技术政策，国内外相关领域技术发展水平和趋势）

TRT技术是利用高炉炉顶煤气压力能和热能，通过膨胀透平做功，驱动发电机发电，回收能量的技术。

其英文全称为：

“TopgaspressureRecoveryTurbineunit”，缩写为TRT，全称为：

高炉炉顶煤气压力回收透平发电机组。

近年来，中小型高炉在大修技改中，采用了轴流式压缩机和无钟炉顶以及干法布袋除尘等先进工艺技术，为高炉强化冶炼提供了设备条件。

随炼铁生产的发展，精料工作的深化和高炉操作技能水平的提高，为高炉强化冶炼创造了可靠的基础。

从而，提高炉顶煤气压力，增加煤气流量，净化煤气质量已成现实，为安装TRT装置提供了必备条件。

因TRT装置是高炉的附属设备，它既是能理回收装置，又是高炉炉顶压力调节装置。

对炼铁生产来说应分清主次关系，当两者矛盾时，应服从高炉生产这个主流。

所以，在任何情况下，都不能影响高炉的正常生产，其次再考虑能量回收。

那么，在TRT机组运行时，就应按如下原则进行：

（1）在正常启动、运行、停机过程中，不得影响高炉正常生产；

（2）当TRT在运行中发生重大事故而紧急停机时，不能对高炉顶压造成大的波动，一般不得超过±5kpa;（3）不能单独向用户送电，只能与工厂电力系统并网运行；（4）在保证高炉炉况顺行稳定的前提下，尽量多发电；（5）必须做到整个高炉炼铁系统的工艺配套实施，包括水、电、风、汽及其管道、阀门、仪表等的同步设计，以防局部环节卡住，影响全流程畅通，只有这样才能保证分清高炉生产与顶压发电的主次关系，才能发挥TRT技术的应有作用。

本课题TRT多功能综合控制技术的开发与应用则是顺应了这一主流，以稳定顶压和保护机组安全为前提，从全方位入手，采用新的控制思路，提高了高炉炉顶顶压控制精度，提高了高炉顶压设定值，提高冶炼强度，降低焦煤比。

课题研究开发内容及目标（技术关键、技术路线和技术应用前景）

技术关键：

稳定高炉顶压是TRT的控制思想关键所在，根据新的控制思路，从以下几方面入手提高高炉顶压稳定性：

1、在正常运行工况下，提高静叶自动调节顶压控制精度，使顶压控制波动范围从传统的±3KPa，提高到±1KPa。

2、在TRT开机与高炉交接过程中，平滑升降速率，改变开机过程跳车保护控制方式，保证在交接过程中顶压波动控制在±1.5KPa之内。

3、改变在TRT重故障跳车时的控制思路，加入超前控制环节，减少停机对高炉顶压的冲击，在重故障跳车工况下，顶压波动控制在±2KPa之内。

4、增加在高炉极限工况下对高炉顶压的保护。

技术路线：

1、一键式开机

开机过程采用一键式开机模式，在TRT机组具备开机条件并且高炉工况允许情况下，按下申请启动按钮，程序自动给高炉发出申请启动信号，高炉同意后TRT机组自动进入开机过程，

TRT进入转速PID控制模式，转速PID控制静叶开度以控制升速，PID设定值由升速曲线控制逐步提高，自动低速暖机，快速通过临界，转速达到2950转后自动进入准同期工况，在准同期工况下转速PID接受来自自动准同期装置的升速、降速信号，调整与网频的α角度，调整初功率，并网后，TRT机组自动进入升功率工况，将按照设定好的升功率速率增大通过静叶的煤气流量，提升功率，通过TRT的煤气流量达到一定量时，TRT自动投入顶压调节工况，该工况下，顶压自动调节PID接受来自于高炉主控PLC自动控制系统的顶压设定值和顶压测量值信号进行自动调节，TRT进入正常运行工况，开机过程完成。

停机

准备就绪

申请启动

自动升速

升功率

顶压调节

开机完成

跳车保护

顶压交接

2、小负荷跳车

在启动过程中可能会出现TRT重故障跳车工况，按照传统的控制方式，此时旁通阀按照煤气流量快开一定开度后投入自动调节，调节对象为高炉顶压，PID设定值为高炉传送过来的信号，在实际运行当中我们发现，此方式有两大缺点：

（1）煤气流量测量元件为威力巴流量计，在管道内流通小流量时测量数值不准确。

以老区4#TRT为例，升速过程TRT煤气流量小于30000Nm3,，而采用的的煤气流量计量程为0～260000Nm3,升速过程中大部分时间流量处于测量不到的状态，如此时停机，旁通阀并不会打开，对高炉炉顶压力必然会有一定的影响。

（2）在开机过程中，投入顶压调节之前高炉减压阀组自动阀处于自动调节状态，此时如TRT重故障跳车，旁通阀投入自动调节，就会进入高炉减压阀组自动阀和TRT旁通阀同时处于自动调节状态，调节对象都是高炉顶压。

减压阀组自动阀PID的超调量成为TRT旁通阀PID的外扰，TRT旁通阀PID的超调量成为减压阀组自动阀PID的外扰，会出现两个PID争夺顶压控制权的现象，使顶压不稳定。

为了在开机过程中更好的控制高炉顶压，我们采用了新的控制思路，在开机过程中根据转速的上升和功率计算出此时通过TRT的煤气流量，根据流量计算出旁通的预计开度，在出现重故障跳车工况时，快切速关的同事迅速将旁通阀打开预计开度卸压，并保持该位置不动，直到顶压稳定后，线性关闭至全关，将顶压控制任务全部交给高炉减压阀组，完成停机过程。

3、静叶顶压自动调节优化

我们对TRT静叶顶压自动调节各方面进行了优化：

（1）TRT静叶顶压自动调节PID的设定值和测量值均来自于高炉传输的硬线4～20mA信号，在传输过程中难免会有一定的波动，实际运行中我们发现顶压设定值的误差在-0.4～0.4KPa间，测量值与此近似，两个数值出现反向误差时，可产生一个-0.8～0.8的偏差。

严重影响了控制质量。

为此我们加入了滤波程序段，对数值进行滤波，减小传输误差。

（2）对静叶开度测量LVDT传感器进行反复校准，同时对伺服控制器进行调校，优化伺服控制器参数，提高静叶的调节精度和反应速度。

（3）对静叶顶压自动调节PID的PID参数进行优化，提高控制精度。

通过一系列的优化，顶压控制精度从传统的±3KPa，提高到±1KPa。

4、重要数据多重冗余保护

TRT静叶顶压自动调节PID的设定值和测量值均来自于高炉传输的单路硬线4～20mA信号，安全性差，一旦出现信号中断现象，将造成静叶瞬间快开或者快关现场，对高炉顶压影响严重，在引入多重冗余保护技术后，可解决此问题，原有的硬线4～20mA信号保留，作为首选信号，同时通过以太网从高炉主控PLC读取一路数据，并用透平入口煤气压力计算出一个数据，两路数据作为备用，在硬线信号出现故障后，无扰转入备用信号，保证顶压的稳定。

5、顶压高旁通参与

在高炉出现故障状况，如崩料、打水等情况时，通过TRT的煤气流量瞬间增大，对透平

机造成冲击，轴向位移增大，严重时甚至会造成轴瓦损坏的严重后果。

为了解决此问题，我们引入顶压高旁通参与逻辑，在高炉顶压瞬间增大5KPa以上时，主旁通阀迅速打开15％，并根据顶压状况迅速打开，直到顶压稳定，再根据顶压情况关小，以保护机组安全。

6、顶压超高旁通参与

在某些严重高炉故障情况下，一个旁通参与并不能迅速减少静叶负担，顶压会持续升高至高于设定值10KPa以上，此时副旁通阀迅速打开，并根据顶压状况迅速打开，直到顶压稳定，再根据顶压情况关小，以保护机组安全。

7、TRT重故障跳车旁通调节顶压

在TRT重故障跳车后，主旁通承担了顶压调节的任务，高炉顶压由旁通顶压控制PID自动调节，但控制精度比静叶差，为了解决此问题，我们采取与提高静叶顶压调节顶压PID类似的方式，对高炉顶压设定值信号进行滤波处理，调节旁通调节阀参数，优化旁通顶压调节PID参数，提高控制精度。

8、旁通调节顶压工况下高炉顶压保护

TRT重故障跳车后，主旁通承担了顶压调节的任务，此时如高炉出现故障状况，如崩料、打水等情况时，主旁通无法迅速稳定高炉顶压，此时副旁通快速打开一定开度，能起到泄压的作用。

技术应用前景：

本系统提高了高炉顶压控制精度，使高炉顶压设定值有了提高的空间，提高了冶炼强度，降低了焦煤比，提高了高炉产量，性能稳定可靠，操作维护方便，在降低能耗、高产稳产、安全生产、保护环境等方面发挥了重要作用，可在全国冶金行业广泛推广应用。

课题实施的条件（1、基础设施条件；2、科研开发力量；3、组织管理体系；4、资金筹措；5、科技合作交流）

目前，我们已经基本掌握了系统的图纸资料，并能够深入现场进行部分研究工作；我们成立了攻关课题小组，主要由5名工程师和5名助工组成；主要的资金花费主要在外出学习方面，需要对类似系统和设备进行考察，与相关设备厂家和技术人员进行现场的技术交流。

课题主要技术经济指标（包括经济、社会、环境的预期效益）

综合上述几项，年创经济效益为：

1、提高了TRT安全性，减少了停机次数，提高了发电量，按每年减少4次计算：

2、在高炉出现故障时，能保证高炉顶压的稳定，减少高炉休风次数，提高了高炉产量，按每年减少10次计算：

3、本系统功能强大，系统稳定，安全容错，高度自动控制功能降低了司炉工的劳动强度，减少工人数量，工人工资按40000元/人计算，年可减少开支：

4.0（万元）×3（人）=12.0万元。

合计：

×××+×××+×××+×××≈×××万元

课题实施的分阶段目标和年度进展计划

1、工艺设备的研究掌握；

2、程序的深入优化和完善；

3、课题组成员的技术交流和共同掌握；

主要要参加人员

负责人

姓名

性别

出生年月

学历

职称（职务）

业务专业

工作单位

李兴旺

男

1983.08

本科

助理工程师

自动化

铁区车间

主要研究人员

自动化部重大科技攻关

课题可行性研究报告

课题名称：

TRT全过程顶压高精度控制技术的开发与应用

编制单位：

铁区动力站

编制人：

李兴旺

编制时间：

2009年2月日

莱芜钢铁集团有限公司自动化部

编制提纲

一、概述

简述课题提出的背景、技术开发状况、现有产业规模和市场形势以及国家产业技术政策；课题的主要用途、性能；实施的目的意义，主要研发内容和技术难点。

二、技术可行性分析

1、课题的技术路线、工艺的科学性、合理性，关键技术的先进性论述。

2、课题技术水平与国内外同类的比较。

三、立项成熟程度

1、课题研发的前期工作情况及技术基础。

2、对引进技术的消化、吸收、创新和后续开发能力。

四、市场需求情况和风险分析

国内市场需求规模和产品的发展前景、在国内市场的竞争优势和市场占有率。

五、经费概算和使用计划

1、经费概算。

2、经费使用计划。

六、经济、社会和环境效益预测

课题完成后的预期经济、社会和环境效益。

七、实施进度计划

1、实施工艺路线或技术途径。

2、分阶段实施内容和具体目标以及年度进展计划。

3、实施的保障措施。

4、应用及产业化前期措施。

八、编制说明

1、编制单位名称、地址、联系人、联系电话等基本情况

2、编制人员姓名、年龄、专业、工作单位、职务职称等基本情况