摘要 介紹了浙大中控JX-300X DCS在杭鋼1#高爐TRT中的應用，包括系統的硬件組成、實現功能和實際運行的效果。并提供一些經驗供類似的小高爐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
高爐煤氣余壓發電的原理是利用透平膨脹機將原來損耗在減壓閥組上高爐煤氣的壓力能和一部分潛熱能轉換為機械能，再通過發電機將機械能變為電能輸送給電網。高爐煤氣余壓發電不僅回收了高爐煤氣一部分能量，減少了噪音，同時改善了高爐頂壓的調節品質，更利于高爐的生產。高爐煤氣余壓透平發電（TRT）是冶金行業中公認的節能手段，回收的能量約占高爐風機所需能量的30%。
杭州鋼鐵廠1＃高爐項目是國內TRT裝置在小高爐上的首次應用，經過多家單位的通力合作，2003年4月底開車成功、并網發電。該項目的成功實施對小高爐上應用TRT有極大的促進作用。
1#高爐的主要技術參數見表1，1#高爐采用干法除塵，煤氣壓力和溫度相對較高，這些都是應用TRT的有利條件。
表1 杭州鋼鐵集團公司1#高爐主要技術參數
二、工藝流程及系統配置
2.1工藝流程
杭鋼1#高爐TRT工藝流程如圖1所示。高爐煤氣經過除塵裝置后，經入口電動碟閥、入口插板閥、快速切斷閥后，進入透平機，然后經出口插板閥、出口電動碟閥到煤氣管網，在入口插板閥之前，透平出口之后并聯著旁通快開閥組，旁通閥組在正常停機和緊急停機時，進行高爐頂壓控制。
圖1 杭鋼 1#高爐TRT工藝流程示意圖
2.2系統配置
為保證TRT機組長期安全、穩定地運行，杭州鋼鐵集團公司1#高爐TRT控制系統采用浙大中控的JX-300X DCS系統。浙大中控的JX-300X DCS系統，充分應用了最新信號處理技術、高速網絡通信技術、可靠的軟件平臺和軟件設計技術以及現場總線技術，采用了高性能的微處理器和成熟的先進控制算法，具有高速可靠的數據輸入、輸出、運算、過程控制功能和聯鎖邏輯控制功能，能適應更廣泛更復雜的應用要求，是一個全數字化、結構靈活、功能完善的新型開放式集散控制系統。
項目由一個工程師站、一個操作員站、一個控制站組成，系統結構拓撲見圖2。其中通訊網絡和主控制卡、數據轉發卡及重要的模擬量輸入、輸出通道采用冗余配置，保證系統安全高效運行。
圖2 杭鋼1#高爐TRT控制系統結構示意圖
系統配置清單如下：
三、控制要求與實現
TRT裝置的自控，主要包括啟動聯鎖、自動升速控制、正常調頂壓、正常停機控制、緊急停機控制等，而各過程中保持高爐頂壓的穩定是裝置實現自動化的關鍵。
本項目利用JX-300X DCS系統提供的圖形化組態功能，編制了用戶控制軟件包，很好地實現了上述要求。
3.1 啟動聯鎖
TRT機組的啟動必須滿足特定的條件，并按照一定的步驟順序進行，當條件不滿足時，則“啟動聯鎖”程序將投入運行，實現啟動閥和入口電動碟閥鎖閉。TRT機組正常啟動的條件主要有：高爐同意TRT啟動、電氣允許TRT啟動、潤滑油壓力大于設定值、動力油壓力大于設定值、透平靜葉全關等。如上述任何一個條件不滿足，TRT機組將（在“啟動聯鎖”程序的保護下）無法正常啟動。
3.2 全自動啟機
啟動過程主要分為升轉速、并網、升功率。為保證機組安全，TRT啟機必須按照一定順序有步驟的進行，如圖3所示。
升轉速過程主要依靠DCS控制啟動閥、入口電動碟閥、透平靜葉之間協同動作，使轉速按照一定的升速曲線自動升至并穩定在目標值， 保證發電機并網順利進行。升速曲線由4段不同斜率的直線組成，開始時，啟動閥控制回路的設定值按照一定的速率自動增加，依靠PID調節來控制啟動閥逐步打開，轉速升到某一定值后，全開入口電動碟閥，關閉啟動閥，靜葉控制轉速回路自動投入，按照升速曲線繼續升速，使得透平的轉速升到目標值，并保持穩定，等待并網。只要參數整定正確，轉速可以很好的跟蹤轉速曲線，本裝置升速過程中轉速波動控制在±8 r/min。
并網成功后，TRT進入升功率過程，此過程中TRT和高爐的減壓閥組共同控制高爐頂壓，DCS系統負責調節靜葉開度，不僅要保證高爐頂壓，還要保證升功率過程順利進行。來自高爐的頂壓測量值、設定值與升速參數共同用于TRT控制系統對靜葉的控制，隨著靜葉開度的增大，使得煤氣負荷逐漸轉移到TRT，高爐的減壓閥組同時也逐漸關小，以完成升功率過程。在升功率過程中，如果高爐頂壓出現波動，DCS通過調節靜葉開度，調節升功率的速度，來保證高爐頂壓及時恢復正常。全自動啟機過程的程序框圖如下：
圖3 TRT全自動啟機過程
3.3正常停機
TRT正常停機時，TRT經過降功率過程，煤氣逐步由TRT轉移至旁通閥組，旁通閥組和靜葉同時調節高爐頂壓，旁通閥組和靜葉也是由綜合回路來控制的，兩個旁通閥中的一個作為調節閥，另外一個作為量程閥，量程閥按照調節閥的開度和高爐頂壓的變化來動作，工程師可以任選一個作為調節閥。功降到零功率后，發電機解列（發電機與電網脫離），快速切斷閥慢關，靜葉以一定的速度關閉，配合高爐逐步將煤氣由旁通閥組轉移至高爐減壓閥組。
3.4緊急停機
只要任何一個緊急停機條件滿足時，TRT即進入緊急停機狀態。TRT緊急停機時，快速切斷閥在1秒內快關，旁通快開閥快速打開到某一開度，使煤氣改從旁通快開閥流過，避免了高爐爐頂壓力的急劇波動。此時旁通快開閥的開度根據緊急停機時的靜葉開度和煤氣流量運算后得出。隨后DCS通過旁通閥調節高爐頂壓，配合高爐將煤氣逐步轉移到減壓閥組，直至完全由減壓閥組來控制高爐頂壓。
四、投運效果
杭鋼1#高爐TRT實現了全自動運行，從自動升速、升功率到正常運行、正常停車，操作人員只需按下“啟動”或“正常停車”按鈕即可。當緊急停車條件被觸發或按下“緊急停車”按鈕，DCS系統自動實現緊急停車過程中所需步驟。整個過程中控制效果良好，無需人工干預，正常運行時高爐頂壓波動在±5 kPa范圍內，緊急停機時高爐頂壓波動在±10 kPa范圍內。
目前杭鋼1#高爐TRT平均發電功率在1500KW左右（高爐上現仍保留有直通管道，若將其密封，發電功率還可進一步提高），預計2~3年收回全部投資，經濟效益十分可觀。
圖3 高爐頂壓控制趨勢圖
五、結束語
杭鋼1#高爐TRT集散控制系統投運至今，性能可靠，運行平穩。特別是利用JX-300X DCS系統的提供圖形化組態軟件包實現了TRT全自動啟機，正常停機和緊急停機的自動控制，保證了TRT機組安全高效運行，保證了高爐頂壓平穩正常。從杭鋼1#高爐TRT的順利投運，可看出JX-300X DCS系統在小高爐TRT上的應用具有如下優點：
1、 可靠性高，軟硬件性能穩定。
2、 操作簡單，維護方便。純中文的組態和監控畫面，為維護人員、操作人員提供了良好的人機接口。全自動啟停和控制，更是大大降低了對人員素質的依賴，避免了誤操作可能性。
3、 通訊網絡和主要控制部件都可以更加需要采用熱冗余，在提高系統安全性的基礎上，提高了系統的性價比。
3、客戶服務及時，配品配件供應方便等優勢。
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JX-300X系統說明書，浙大中控技術有限公司
鄭煊，1976年出生，男，浙江衢州人，1996年畢業于浙江工業大學浙西分校，從事自動化儀表專業技術工作
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袁劍蓉,1970年出生，女，浙江省杭州市人，1992年畢業于浙江大學電機工程學系工業電氣自動化專業，學士學位，工程師，從事自動化控制專業技術工作，已發表論文2篇。
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羅志君,1966年出生，男，浙江省杭州市人，1987年畢業于浙江大學電機系工業電子技術專業，學士學位，工程師，現從事自動化專業技術工作，已發表論文1篇。
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金小玲,1977年出生，女，浙江省杭州市人，1999年畢業于合肥工業大學精儀系精密儀器檢測專業，學士學位，從事自動化專業技術工作。
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