高炉TRT启动阀控制技术应用分析.pdf

2 0 1 6 年第 2 期 总 第 1 9 2期 冶 金 动 力 M E T AI ．L U RG I C AL P 01wER 高炉 T R T启动阀控制技术应用分析 侯军 ，申世武 ， 张锐博 ， 李明亮 1 ． 广西华锐钢铁工程设计咨询有限责任公司， 广西柳州， 5 4 5 0 0 2 ； 2 ． 柳州钢铁股份有限公司， 广西柳州， 5 4 5 0 0 2 【 摘要】 根据高炉 ，I R T 启机存在的问题， 比较高炉 T R T 启机两个方案， 推荐采用“ 取消快切电动阀， 改为 液动快关调节阀作为机组启动调速阀的设计方案” ， 并从仪表检测系统、 P L C程序编制、 启机试验、 启停机操作 流程以及启动阀设备技术选型进行了分析。 【 关键词】 高炉 r R T ； 启动阀； 程序编制； 应用 【 中图分类号】 T K 2 2 9 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 6 0 2 0 0 3 3 0 4 Ap p l i c a t i o n An a l y s i s o f t h e Co n t r o l Te c h n o l o g y f 0 r TRT S t a r t i n g Va l v e o f Bl a s t F u r n a c e Ho u J u n ，S h e n S h i w u ，Z h a n g Ru i h o ，L i Mi n g l i a n g j ．G u a n g x i Hu a r u i l m“a n d S t e e l P r o J e c t D e s t ＆ C o n s u l t a t i o n C o ． L t d ． ，L i u z h o u ,G u t m i 5 4 5 0 0 2 ； 2 ． L i u z h o u I r o n a n d S t e e l Co． ， L t d ． ， L i u z h o t t , G u a n g x i 5 4 5 0 0 2 ,C h i n a 【 A b s t r a c t ] A c c o r d i n g t o t h e e x i s t i n g p r o b l e ms i n t h e b l a s t f u ma c e T R T s t a r t u p a n d c o mp a r i n g t h e t w o T RT s t a r t u p s o l u t i o n s ．t h e d e s i g n p r o g r a m o f“ a d o p t i n g t h e h y d r a u l i c q u i c k c l o s e v a l v e i n s t e a d o f t h e f a s t s w i t c h i n g e l e c t r i c v a l v e a s t h e s p e e d r e g u l a t i n g v a l v e o f the u n i t ” i s r e c o mme n d e d ．I t i s a l s o a n a l y z e d f r o m t h e a s p e c t s o f me t e r t e s t s y s t e m ， P L C p r o gra mmi n g ,s t a r t u p t e s t ，s t a r t s t o p o p e r a t i o n p r o c e s s a n d t e c h n i c al s e l e c t i o n o f s t a r t i n g v a l v e t y pe s ． 【 Ke y w o r d s 】b l a s t f u rna c e T R T ；s t a r t i n g v a l v e ； p r o gra m mi n g ； a p p l i c a t i o n 1 前言 柳钢炼铁厂 2 高炉 T R T 启机情况 首先， 机组 升转速前需手动打开透平机静叶，且每一次静叶开 始动作、转子开始升速的设定值都不一样，操作繁 琐， 启机困难， 而且易造成误操作； 其次， 启机时间较 长， 需 1 h 左右， 导致配套励磁机因长期处于工作转 速下， 冷却不到位， 温度异常升高。T R T 机组越过临 界转速后转速失控， 容易超速跳机和 T R T并网较困 难。现机组从 1 1 0 0 r ／ m in时开始以4 5 r ／ s 加速越临 界， 转速到达 2 3 0 0 r ／ m i n 后开始减速， 静叶关回， 但 由于机组转子 赜性太大等原因，很容易导致机组超 速。 2 高炉 T R T起机方案比较 2 ． 1 某钢厂 T R T起机方案 国内某钢厂 T R T 启机方案 由专用启动阀启动 机组， 该阀门安装在快切阀后， 通过液动控制阀板开 度控制煤气流量从而达到控制转速的目的。机组升 速时静叶很少参与调节， 超出调速阀调整能力时， 静 叶才参与控制。启动阀安装位置示意图如图 1 。 2 _ 2 柳钢增设启动阀系统 将现有工艺布置的均压阀改成常闭式旁通阀， 同时取消快切阀 D N 2 5 0 ， 改为 D N 6 0 0液动快关调 节阀作为机组启动调速阀使用。 在机组开启时， 总管 快切阀不开启， 原有旁通阀控制顶压， 静叶预留开度 l 0 。 2 0 o 待试机调试时进行调整 ， 开启启动调速阀 冲转机组， 启动调速阀的开度由控制程序自动控制。 在冲转过程中，机组过临界后静叶可适当参与调节 转速。当机组达到工作转速 3 0 0 0 r ／ m i n后并网， 开 启快切阀， 快切阀全开后 ， 关 闭启动调速阀， 剩余操 作与现有一样 。增设启动阀系统示意图见图 2 。 2 ． 3 两种方案投资比较 国内某钢厂T R T 启机方案 增设的专用启动阀 安装在快切阀阀后的主煤气管道上，由于主管道煤 气管为 D N 2 0 0 0 ， 设备投资费用较高， 仅 D N 2 0 0 0 启 冶 金 动 力 ME TA I L UR GI CAL P OWE R 2 0 1 6 年第 2 期 总第 1 9 2期 图 2 柳钢增设启动 阀系统 示意图 动阀设备估价高达～ 5 0 万元，该控制程序软件由国 路、 煤气管路等。 外自动化公司提供， 程序设计、 土建及管道等费用初 启动调速阀控制信号有模拟量输人， 输出各 1 步估计一 3 6 0 万元， 总投资费用需要 4 1 0 万。设备、 点，开关量输入／ 输出各 1 点 ，所有信号送 2 高炉 程序及设计全部由国外 自 动化公司负责，投资费用 T R T原有 P L C系统 I O模块备用通道，原有 P L C系 高昂。 统已满足要求，无需对原有 P L C系统进行改造， 仅 柳钢增设启动阀系统将现有工艺布置的均压 需增加仪表电缆管线。 阀改成常闭式旁通阀， 同时取消快切阀 D N 2 5 0 ， 改 3 ． 2 安全联保措施 为 D N 6 0 0液动快关调节阀作为机组启动调速阀使 1 1 启动调速阀动力油回油管路与快切阀动力油 用。 D N 6 0 0 启动阀设备估价 l 5 万元， 程序修改及编 回油管路一起并入危急保安器保护。保证机组超速 制可由炼铁厂自 动化技术人员负责完成，程序编制 等意外情况下能快速泄油使阀门快关，快速切断煤 修改费用 1 万元。整个项目改造投资估算 3 0 万元 气， 保证机组安全。 含土建、 管道等 ， 投资省， 工期短， 建议采用后一种 2 为保证机组的安全， 启动调速阀增加一个安 方案 增设启动阀系统。 保电磁阀， 保证机组紧急停机时快速泄油并关闭。 3 仪表检测 系统 启动调速阀动力油回油管路与快切阀动力油回 3 ． 1 仪表及 P L C系统 油管路一起并入危急保安器保护。保证机组超速等 增加 D N 6 0 0 液动常闭型启动调速阀 液动快关 意外情况下能快速泄油使阀门快关， 快速切断煤气， 调节阀 1 套，带快关功能，附带液动控制系统、 油 保证机组安全。 为保证机组的安全， 启动阀增加一个 2 0 1 6年第 2 期 总第 1 9 2期 冶 金 动 力 ME T A U U R G I C A L P O WE R 3 5 安保电磁阀， 保证机组紧急停机时快速泄油并关闭。 3 发电机并网以后 ， 因启动调速阀通径小 ， 煤量 流量不足， 如果此时进入强制顶压控制 ， 必定导致静 叶角度大幅动作。 为避免静叶角度大幅动作， 此时顶 压还需保持旁通阀控制， 静叶角度保持不变 发电机 有可能逆功率运行 ， 待快切阀开到位顶压控制自动 切换到由静叶控制。 3 ． 3 控制程序编制 控制程序编制建议 由炼铁厂 自动化技术人员根 据要求进行编制， 主要内容如下 对开停机条件的优化 ，把原开机条件 中快切阀油 压大于2 ．5 M P a 取消，对停机条件中快切阀油压小 于 2 ．5 M P a 做适当修改，保证在快切阀开到位后快 切阀油压参与机组保护 。对原开机过程 中转速控制 部分程序进行优化等。 对原开机过程中转速控制部分程序进行优化。 开机过程中， 转速在 2 3 0 0 r ／ ra i n以下 ， 静叶打开一 定的角度，转速完全由启动调速阀控制。转速大于 2 3 0 0 r ／ m i n 后， 静叶与调速阀一起参与控制， 只是控 制死区大小不一样， 调速阀优先动作，静叶作为辅 调 ， 保证机组不超速。同时在机组开机升速过程中， 对静叶、 启动调速阀的开度设定上下限， 增加转速失 控等保护条件， 填补在升速过程中无法检测危急保 安器动作、 无快切阀油压保护的空白， 不影响机组开 机并且能够有效保护机组的安全。 4 启动阀技术要求 1 阀体技术要求 三偏心全金属硬密封结构，阀体不锈钢 3 0 4 材 质 介质温度超过 2 5 0 C 的话介意用不锈钢阀体， 以 免长期高温造成阀座变形， 导致泄漏量变大 ， 阀座 不锈钢堆焊司钛立合金 S t e l l i t e ，蝶板整体堆焊司钛 立合金S t e u i t e ， 阀轴不锈钢材质， 阀轴刚度能承受液 压快切要求，长期使用不变形，轴承全黄铜自润滑 式 ， 阀门切断时密封零泄漏 ， 适用温度 ≤4 0 0 ℃。 2 液压技术要求 液压缸为双作用式， 内置可调节弹簧， 在压力油 低于弹簧力时阀门能自行快速切断， 快速切断时间 0 ． 5 1 s 。阀门在正常操作时， 要求能进行开关角度的 精确控制。液压缸内置伺服传感器 ，调节精度 0 ．0 1 m m ， 4 2 0 m A模拟量输入输出， 传感器应耐压耐 腐蚀。液压缸密封件要求频繁调节及快速切断工况 下无内漏、 外漏。 配油路块， 滤芯过滤精度 5 u m， 液压 阀类通径 1 0 m m 。 配液压缸配套油缸接头、 油管等 必须附件。 3 其他要求 仪表检测电缆采用截面为 1 ． 5 ra m 2 阻燃控制屏 蔽电缆， 现场至控制室的电缆沿原有桥架敷设、 局部 穿镀锌管保护，仪表电缆敷设严禁与电气动力电缆 同一层桥架敷设。 自动化仪表选型结合经济实用、 质 量可靠、 性能完善、 检测精确的原则， D N 6 0 0 液动常 闭型启动调速阀采用国产优质的液动旁通快开调节 阀， 带快关功能， 附带液动控制系统、 油路、 煤气管路 等。 5 启动阀开机试车 为保证开机过程中能够稳定控制转速， 在改造 后第一次开机过程中，需在顶压大于 1 8 0 k P a 条件 下进行以下试验。 1 静叶打开 5 ％的开度 ， 控制转速在 1 0 0 0 r ／ ra i n ， 查看调速阀开度情况。静叶角度打开到8 ％， 查 看调速阀开度情况。 以此方法做试验， 保证机组转速 稳定在 1 0 0 0 r ／ m i n 时， 调速阀开度约为 1 0 ％。最终 确定在开机过程中静叶的初始角度。 2 在试验过程 中 ， 在 1 0 0 0 r ／ mi n的转速下调 整转速控制参数。 3 在开机升速过程中进行拍飞锤、 紧急停机等 试验。 简要开停机过程见图3 开停机流程图。 开机条件满足 I 静 叶 打 开 到 初 始 角 度l 调速阀控制方式切换到自动 申 请开机 转速自动／ 手动升速 ’L 发 电机并 网 上 打开快切阀 静叶控制顶压 手动关闭调速阀 图 3 开停机流程图 6 应用效果 定静叶、通过启动调速阀调节煤气量来控制启 机转速， 减少启机时对小角度开启叶片冲刷， 延长了 叶片寿命圆 。小流量煤气冲转机组， 下转第3 9 页 2 0 1 6 年第 2 期 总 第 1 9 2期 冶 金 动 力 ME r A L L U R G 1 0 P O WE R 3 9 收， 提高回收蒸汽量， 减少汽轮机启动时间。 2 烧结生产正常， 高炉短时间休风时， 机组不 停 ， 正常发电， 煤气打循环 ， 高炉复风后 ， 煤气即可引 入， 不必等顶压到正常值， 提高煤气余压回收率， 减 少启动时段减压阀组的能量损失和噪声。 3 烧结和高炉同步短时间检修， 如果机组没有 需同步检修的项 目 ， 亦可实现不停机， 此时通人空载 冷却蒸汽， 煤气打循环， 一旦烧结、 炼铁恢复， 即可正 常发电． 6 ． 3自动化控制系统模式 除常规设备控制外 ，不 同于常规汽轮发电机组 和 T R T 发电机组的单机控制， S T R T发电机组控制 系统同时控制汽轮机与T R T发电机组运行， 在保证 高精度高炉顶压控制的同时，协调汽轮机与透平机 安全稳定高效运行。 S T R T发电机组控制系统允许用煤气透平机或 者汽轮机分别独立启动。 在使用煤气透平机启动时， 可以精确控制煤气透平静叶开度，将转速稳定在 3 0 0 0 r ／ m i n ， 机组并网发电后， 汽轮机通过 5 0 5 调速 器调节功率， 煤气透平静叶调节高炉顶压。 在使用汽 轮机启动时， 通过 5 0 5控制器调节转速 ， 并 网之后煤 气透平静叶调节高炉顶压 ，汽轮机 5 0 5调速器调节 汽轮机功率 。 S T I L T发 电机组汽轮机所有联锁保护停机信号 发给发电机、 煤气透平机 ， 使煤气透平机、 发电机同 步联锁保护， 同理， 煤气透平、 发电机所有联锁保护 停机信号发给汽轮机， 使汽轮机能同步联锁保护。 7 S T R T发电机组实施效果 S T R T发电机组 2 0 1 2年 5月 2 4日投运 ， 已安全 运行 3年。炉顶煤气流量 、 压力在设计范围内， 但煤 气温度比设计温度低了约 4 0℃，主要是因为高炉 燃料比降低；烧结余热蒸汽实际参数为 1 ． 3 M P a 、 3 0 0 o C ， 与设计参数 1 ． 8 M P a 、 3 6 5℃相差较大， 烧结 蒸汽设计流量 4 0 t ／ h ， 实际流量约为 3 3 t ／ ll ， 相差也 较大。 烧结蒸汽参数偏离设计值， 跟烧结系统运行有 关 ， 与 S T R T集成无关 。烧结蒸汽参数偏离设计值 ， 主要是烧结燃料 比降低 ， 环冷漏风 ， 进入环冷的烧结 矿温度低于设计值等原因造成。 S T R T发电机组设计运行功率 1 8 2 0 0 k W， 2 0 1 4 年实际运行平均功率 1 4 0 0 0 k W，日发电量平均 3 3 ．6 万 k Wh ， 月发电量平均 1 0 0 8 万 k Wh ， 年发电量 1 2 0 9 6万 k Wh 。吨铁发电量 4 6 ． 8 9 k Wh ／ t 、 吨矿发 电 量 1 8 ． 9 5 k Wl l ／ t 。 实际运行表明， S T I L T发电机组汽轮机与煤气透 平机之间可以不安装离合器， 节约投资 2 8 0 万元， 减 少机组故障点。与传统发电系统建设相比， S T R T发 电机组节约投资约 1 7 0 0 万元，节约工业用地约 5 0 0 0 m 2 ， 每年节约运行成本约 8 O万元 ， 各项指标国 内领先， 能量回收效率提高 7 ％， 给企业带来可观的 经济效益。 收稿 日期 2 0 1 5 1 0 2 1 作者简介 张清慧 1 9 6 7 一 ， 男， 汉族， 工程师， 现从事动力系统管理 工作。 上接第 3 5 页 机组转速控制更精准， 避免超速， 减 少叶片动作频次。解决 2 炉 T R T 无法自动升速， 手 动启机成功率不高、 耗时较长等现象。 降低启机过程 中励磁机非工作转速时间， 提高机组运行台时、 设备 安全运行能力。 提高操作工人的工作效率， 规范化操 作， 降低运行成本。 [ 参 考 文 献】 [ 1 】1 刘俊杰， 汪尊光， 邬纳新． 高炉T R T 快切阀控制系统安全隐患的改 造叨． 冶金动力． 2 0 0 9 ， 3 2 2 2 3 【 2 】 王娟， 尚永茂， 王猛． 快开旁通阀在 1 IR T 顶压调节控制中的应用 叨． 山东冶金． 2 0 0 7 年0 6 期 6 2 6 3 收稿 日期 2 0 1 5 - 1 1 _ 2 4 作者简介 侯军， 1 9 7 6 一 ， 男， 广西桂平人， 工程师， 学士学位， 现从 事电气设计工作。