高炉TRT 静叶控制功能研究与优化

王馨薇

（山钢股份莱芜分公司能源动力厂，山东 济南 271104）

TRT 静叶作为高炉顶压控制的关键设备，是保障高炉安全运行的核心控制系统，由于TRT 静叶控制系统既扮演着输出电力能源的角色，同时，也关系到高炉的安全运营，因此，对TRT静叶控制系统的安全稳定性能提出了更高的要求。该冶金企业的2#—4#高炉在采用TRT 静叶控制系统之前，主要利用四阀组来控制高炉顶压，以至于大量势能损耗现象，增加了生产成本，自引进TRT 静叶控制系统后，大量势能实现回收再利用，高炉顶压得到有效控制，进而大幅降低了高炉炼铁成本。

1 高炉TRT的应用优势

1.1 有效控制高炉顶压，提高钢铁产品产量

高炉炼铁生产工序需要一个恒定的炉定压力的持续供给，才能保障钢铁产品质量与产量，而TRT 机组自带的静叶装置能够有效调节和控制炉顶压力，相比于减压阀组，其控制精度更高，这样一来，高炉炉顶压力就会始终保持在均匀稳定供给状态，这对提高钢铁产品的产量将起到积极的促进作用。

1.2 节约能源，回收利用率高

近年来，国家大力倡导节能降耗与绿色环保，旨在保护自然生态环境免遭破坏，而过去的减压阀组在运行过程中，将产生大量的余压，以至于损失了大量的电力能源。自引进TRT 控制机组后，生产过程中产生的余压将被重新转化为电能，输送至用户端，这样，钢铁企业既可以保障正常的生产工艺流程不受任何影响，同时，也能够获取额外的经济收入[1]。

1.3 降噪减振

采用TRT 控制机组后，高炉原有的减压阀全部处于关闭状态，当煤气燃料通过透平膨胀机时，设备噪声与振动将转变成做功的形式，转变为电能，而原减压阀装置已经停止运转，因此，减压阀组也不会产生噪音与振动现象。

2 高炉TRT静叶调节系统控制原理

高炉TRT 运行过程包括开机、运行与停机，在这三个运行阶段，TRT 的开机过程较为繁琐，涉及转速控制、功率控制以及顶压控制，其控制过程都需要借助于透平静叶来完成，只有协调好转速、功率与顶压三者之间的关系，才能大幅提升TRT 的开机成功率。而TRT 在正常运行状态下，主要对高炉顶压进行控制，替代了传统四阀组的控制顶压功能。

在TRT 自动控制系统当中，起到主控功能的自动控制装置包括伺服控制模块、伺服阀、静叶，该系统的自动控制原理如图1 所示。

在图1 当中，被调参量需要采集的参量包括TRT 开机运行后的转速、功率与高炉顶压设定值。而输出模件、伺服控制模块、伺服阀及静叶则属于输出执行机构。其中伺服控制模块的主要功能是接收主控室位置介于4mA～20mA 之间的电流信号，同时接收来自于位移传感器测量的静叶实际位置的反馈信号。这两个被控信号在伺服控制模块当中相互比较和转换，然后通过运算控制程序给伺服阀提供一个驱动信号，即伺服阀SV 的电流信号。受到伺服阀的控制，动力油能够驱动静叶运转，使静叶与阀门能够到达指定位置。另外，伺服控制模块同时输出一组4mA～20mA 的电流信号，并对静叶角度进行有效控制。伺服控制器工作原理如图2 所示。

3 高炉TRT静叶控制功能缺陷与优化措施

高炉TRT 静叶控制功能主要包括开机转速控制功能、联网功率控制功能以及正常运转时的顶压控制功能。虽然近年来，国内的TRT 静叶控制技术日渐纯熟，但是，在系统运行过程中，仍然暴露出许多亟待解决的问题与缺陷。

3.1 开机转速控制功能缺陷与优化措施

静叶是TRT 调节系统的执行机构，主要负责调节和控制开机转速。通过对某钢铁公司的2#—4#高炉TRT 静叶控制系统的研究分析发现，TRT 静叶在控制转速时，常常出现信号不稳定现象，导致TRT 的开机转控制失衡，进而影响了开机成功率。另外，与发达国家的TRT 静叶控制系统相比，国产TRT 的静叶调速精准度相对较低，而且开机转速仅仅依靠于静叶来完成，一旦静叶出现运行故障，开机成功率也将大打折扣。尤其在缺少启动阀辅助控制装置的情况下，TRT 静叶难以控制开机转速，这也使得TRT 调节系统的正常功能无法实现[2]。

通过对开机转速控制功能缺陷原因的具体分析，针对TRT静叶控制功能采取以下三种优化措施。

3.1.1 被调对象的可靠性处理

优化处理步骤是：首先采集3 个转速测量值信号，即被调对象，如果在采集的信号当中，每一个信号均出现故障，或者采集的这个转速的输入模板通道出现故障，都可判定为这个开机转速存在故障。如果在采集的3 个转速信号中，有2 个转速故障，则可以判定开机控制功能受限。而系统转速则由3 个转速信号进行3 取中处理后予以确定，这时，可以将被确定的系统转速作为坏质量判断的主要依据，即系统转速值如果在2s 之内，从+500 r/min 变化到-500 r/min，可以视为系统转速出现故障，应当及时予以处理。

3.1.2 通过PID 调节器予以调节

在处理开机转速设定值时，采取分段控制的原则，可以把升速率分为三个阶段，即第一阶段是2000 r/min 以前，其升速率为180 r/min；第二阶段是2000～2900 r/min 之间，其升速率为120 r/min；第三阶段是2900 r/min 以上，升速率为60 r/min。

3.1.3 优化静叶控制与启动阀程序

当高炉TRT 开机以后，启动阀与静叶协调配合，对开机转速进行调节和控制，在调节控制阶段，需要确保透平机的振动指标始终保持在标准范围之内，不能出现超标现象，同时借助于启动阀的辅助控制功能，对开机转速控制程序进行优化处理。具体处理步骤如下。

每一个TRT 调节控制系统都包括一个启动画面，在画面当中，有三个自动控制按钮，分别是：启动阀转速自动控制按钮、静叶转速自动控制按钮以及转速控制/转速保持按钮。当系统具备开机启动条件后，操作人员首先启动TRT 按钮，然后手动给定静叶3%的开度，转速控制在200 r/min 以下，当盘车脱开以后，按动启动画面中的静叶转速自动控制按钮，并通过观察启动画面确定透平进入转速控制状态。目标转速给定3000 r/min，启动阀自动开启至18%的开度，使实际转速由800 r/min 提升至1000 r/min。在保持这一转速的同时，透平入口与BDC 出口以及透平出口处的温差低于25℃，这说明暖机过程结束。这时，操作人员按动画面中的转速保持按钮，开机转速在暖机结束后实际上已经升高至2386 r/min，在保持这一转速时，应对系统的轴温以及轴振等参量进行检查，如果未发现异常情况则按动转速保持按钮。此时的转速达到2850 r/min，并自动保持。完成升速控制后，进入倒泵环节，操作人员按动转速保持按钮，使转速升高至3000 r/min，最后在征求高炉调度与电调同意后，进入到并网操作环节。

3.2 TRT 联网功率控制功能缺陷与优化措施

同样的，静叶作为执行机构，主要对系统联网功率进行有效调节和控制。在此期间，常常出现以下两种缺陷。第一，功率信号时有时无，导致功率控制流程受到影响。第二，当TRT 系统启动后，联网功率控制与高炉顶压控制协调性差，导致高炉顶压波动值较大，这对钢铁产品的产量势必会造成严重影响。针对这两种功能缺陷，可以采取以下优化措施。

3.2.1 被调对象的可靠性处理

这一阶段的被调对象主要是指功率测量信号。首先采集2 个功率测量值信号作为处理样本，来判断功率控制功能是否存在缺陷。如果采集的任意一个功率测量信号出现故障或者采集这个功率的输入模板通道存在故障，则可以判定为功率控制对象故障。而系统功率则由2 个功率测量信号进行2 取平均处理后予以确定。

3.2.2 优化功率自动控制逻辑

由于功率控制主要的受控对象是TRT 静叶开度，因此，在优化功率自动控制逻辑时，只需要以静叶开度为参照对象即可。首先升/降功率的条件应当兼顾考虑高炉顶压，顶压偏差控制在3.5kpa 之内，当偏差超过3.5kpa 时，静叶开度保持不变，这时，能够保证稳定可靠的升功率，并不会对高炉顶压造成影响，进而实现了功率的精准控制。为了确保高炉能够正常运转，需要在系统界面当中增设一个强制进入顶压控制按钮，使顶压控制功能在紧急状态下能够有效发挥。

3.3 正常运转顶压控制功能缺陷与优化措施

与开机转速控制功能以及功率控制功能类似，静叶作为执行机构主要负责调节和控制高炉顶压。较为常见的功能缺陷主要体现在三个方面。第一，顶压实际值与测量值信号不稳定，导致系统丧失调节功能。第二，TRT静叶与减压阀处于并联运行状态，如果彼此之间协调配合失衡就会产生较大的波动偏差，影响顶压调节过程。第三，受到高炉上料系统均压以及下密信号的影响，TRT 静叶在调节控制顶压时受到的干扰波动较大。因此，需要采取以下优化措施来消除顶压控制功能缺陷。

3.3.1 对顶压实际值与设定值信号进行优化处理

首先采集2 个顶压实际值信号，然后在采取加装隔离器的方式，使实际值与设定值信号实现远距离传输，需要注意的是，对于采集到的2 个顶压实际值信号应当作高选处理。

3.3.2 构建有料钟高炉TRT 顶压自动控制模型

模型构建主要包括两个步骤，第一步是建立TRT 炉顶压力常规控制模型，第二步是建立主炉均压信号与料流信号干扰高炉炉顶压力的TRT 顶压控制模型。在第一步中，在选定高炉炉顶压设定值时，应将原设定值减去0.8kPa～1.5kPa，差值作为设定参考值，然后对静叶PID 参数进行调整，以保证高炉炉顶压力能够得到有效控制。在第二步中，构建控制模型的主要参量是炉顶均压阀的动作信号以及炉顶料流阀的动作信号，结合高炉炼铁工艺，将高炉运转过程中与上料工序相关联的均压信号与下密信号一并引入到TRT 控制模型当中，并作为调节炉顶压力的补偿信号，与此同时，建立自定义炉顶压力调节补偿功能块，在经过调试试验后，可以投入正常运转。

4 结语

通过对国内某冶金企业2#—4#高炉TRT 静叶控制系统功能的研究和分析发现，开机转速控制功能缺陷、功率控制缺陷以及顶压控制缺陷都是由静叶故障引起，因此，在制订静叶控制功能优化方案时，主要围绕静叶的各项控制参数展开。通过优化措施的具体落实，转速信号、功率信号以及顶压控制信号不稳的问题得到有效解决，静叶控制系统的各项参量趋于稳定，并且高炉能够持续保持正常运转状态。