专利名称：高炉煤气余压发电系统停机控制方法及其软件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤气或其它气体差压发电系统停机控制(正常停机和紧急停机)的方法，尤其涉及一种高炉煤气余压发电系统的自动停机控制的方法及其软件。
背景技术：
高炉煤气余压能量回收透平发电(简称高炉煤气余压发电，或称TRT)是我国钢铁行业极力推广的节能环保项目。它是利用高炉炉顶与煤气总管之间的压力差，将高炉煤气导入透平机膨胀做功，带动发电机发电，从而将在减压阀组上以噪音和热能形式消耗的压差能予以回收的节能技术。
建设TRT的原则是必须考虑既不影响高炉的正常生产，又要最大限度地发电。但是由于下述原因，使以前建设的不少TRT项目中存在着不是发电量上不去、影响经济效益，就是影响高炉正常生产等问题。
1、高炉炉顶压力是高炉炼铁系统最重要的参数，炉顶压力调节由高炉控制系统及减压阀组(一般为4个并联的阀门，即调节阀、量程阀、两个紧急阀)实现。由于高炉煤气含有大量灰尘与水分，故在减压阀组中，除自动控制用的两个减压阀(调节阀和量程阀)因经常处于调节动作，在顶压可调范围内好使外；另外两个紧急阀的阀门因正常生产时总是处于全关或固定开度位置，以致很难打开。如果让TRT长期满负荷发电，由于减压阀组的调节阀和量程阀长期处于关闭状态易卡住，一旦TRT因故障紧急停机时，同样存在打不开的可能。
2、对于TRT紧急停机控制，以往或现在其它单位(包括国外)的做法是让旁通快开阀在规定时间内全部打开，然后再在规定时间内慢关。这样往往造成旁通快开阀打开时，高炉顶压负偏差过大；当旁通快开阀慢关时，控制系统不顾高炉顶压变化情况，强行把煤气从TRT赶向高炉减压阀组，一旦减压阀组卡住或反应慢，必然而造成高炉顶压超高限，严重影响高炉生产。
利用煤气差压发电，紧急停机条件很多，因此TRT停机相对比较频繁，特别是试运行期间。TRT相对频繁的停机与高炉减压阀组本身的缺陷，必然影响了高炉的生产。这也是造成炼铁厂与TRT发电部门的矛盾的主要原因。
TRT如果不能最大限度地发电，工程投资难以回收，建设TRT也就失去了意义。TRT不能满负荷发电，原因往往并不在TRT本身，而是因为对高炉生产有影响后，炼铁厂只能限制TRT半负荷发电甚至停产。
发明内容
本发明的目的是根据高炉生产的特点、TRT控制系统以前存在的问题以及建设TRT必须遵循的原则，设计研究出能够彻底解决TRT停机和高炉减压阀组缺陷对高炉正常生产和TRT最大负荷发电的影响的新方法，即提供一种高炉煤气余压发电系统停机控制方法及其软件，从而既使高炉正常生产，又使TRT最大负荷地发电。
本发明由前馈控制15和高炉顶压控制16构成。这些公式与算法可以很方便地转化成对应的计算机软件(即综合控制功能软件的一部分)安装在不同的PLC(可编程控制器)、DCS(分散控制系统)或FCS(现场总线控制系统)中。
本发明的控制方法由如下2个步骤组成(正常停机仅用第2个步骤)，它是TRT停机控制的核心。
1、前馈控制OUT＝K*F 其中OUT-前馈调节输出值；F-前馈调节参照值，可为以下参数中的任意一个* 煤气流量* 可调静叶开度* 入口蝶阀开度* 发电功率* 减压阀组中调节阀与量程阀开度之和的倒数K-前馈调节系数，其大小取决于旁通快开阀的直径和前馈调节参照值。取值范围任意的正数。
2、炉顶压力过渡控制(以下两个公式任选一个即可)(1)P101SP1＝P101SP+N 其中P101SP-高炉送来顶压设定值；P101SP1-综合控制功能软件用顶压设定值；N-0～20kPa预设顶压偏差。
(2)P101a＝P101-N 其中P101-高炉送来顶压测量值；
P101 a-综合控制功能软件用顶压测量值；N-0～20kPa预设顶压偏差。
调节输出值送旁通快开阀(紧急停机)或可调静叶(正常停机)，由于高炉减压阀组调节处于自动等待状态，一旦顶压测量值偏高，则会自动慢慢打开减压阀组，从而实现顶压调节到高炉侧的平稳过渡。如果高炉减压阀组或调节系统故障，则由TRT旁通快开阀或可调静叶构成的顶压调节会一直持续进行，直至减压阀组调节正常。
本发明所涉及到的综合功能控制软件(10)包括升速控制(11)、升功率控制(12)、发电运行控制及高炉顶压调节(13)，同时还包括分别调用紧急停机控制和正常停机控制(14)；停机控制由前馈控制(15)和高炉顶压控制(16)组成。
本发明具有以下优点和积极效果①停机过程为全自动完成，操作工只须监视控制过程即可。
②完全克服了以往停机控制方法的不足，因此高炉系统可以安全放心地生产。
③根据马钢和最近投产的上海一钢2500m3高炉TRT工程运行情况，由于采用了新的停机控制方法，TRT系统也可最大限度地发电，发电功率达到或大于设计能力(8000KW以上)，通过目前的电价和TRT年运行时间可知，2～3年内即可回收全部投资，为用户取得了很好的经济效益。
图1-TRT系统的组成及其工艺流程图。
其中
1-高炉；2-除尘器；3-煤气清洗；4-入口碟阀；5-减压阀组；BF-液压插板阀；8-紧急切断阀；6-透平机；7-发电机；9-快开慢关旁通阀，简称旁通快开阀；10-综合控制功能软件。
图2-TRT系统的控制程序框图(主要为停机控制程序框图)。
其中11-升速控制； 12-升功率控制；13-发电运行控制及高炉顶压调节；14-正常停机；15-前馈控制； 16-高炉顶压控制；17-关可调静叶；18-关入出口插板阀。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例详细说明由图1可知，从高炉1送出的高压煤气经除尘器2及煤气清洗3处理后，一路经减压阀组5送煤气总管上；另一路依次经入口碟阀4、入口液压插板阀BF、紧急切断阀8进入透平机6膨胀做功，透平机6带动发电机7发电，膨胀后的低压煤气经出口插板蝶阀BF，送到减压阀组5后的煤气总管上。
在入口液压插板阀BF之后，出口液压插板阀BF之前，紧急切断阀8及透平机6处并联有一旁通管，其上设置有快开慢关旁通阀(简称旁通快开阀9)，作为TRT紧急停机时，TRT与减压阀组5之间的平稳过渡之用，以确保高炉炉顶压力不产生大的波动。
对TRT系统的控制是由综合控制功能软件10实现的，其功能主要有
*辅助系统的启动控制*主机的升速控制*升功率控制*炉顶压力控制与最大限度地发电控制*TRT停机控制(正常停机和紧急停机)其中停机控制是TRT系统最重要的控制之一。
由图2可知，*TRT启动准备好后，即可进行启动升速控制11了。在升速过程(一般为10-30分钟)中，综合控制功能软件10根据TRT系统各参数变化情况及高炉状况，随时自动调用紧急停机程序。
*TRT并网后，即进行升功率控制12了。在升功率过程(一般为5-10分钟)中，综合控制功能软件10根据TRT系统各参数变化情况及高炉状况，随时自动调用紧急停机程序。
*TRT升功率接近设计值后，即进行发电运行控制及高炉顶压调节13了。在这个过程(为正常生产)中，综合控制功能软件10根据TRT系统各参数变化情况及高炉状况，随时自动调用停机程序。
*按下TRT正常停机按钮，即进行正常停机14了。但在这个过程中，综合控制功能软件10根据TRT系统各参数变化情况及高炉状况，随时自动调用紧急停机程序。
*一旦紧急停机条件(一般有10-35个)发生，综合控制功能软件10即转入TRT紧急停机控制——前馈控制15，根据OUT＝K*F开旁通快开阀一固定开度，同时快关紧急切断阀。
——高炉顶压控制16，根据P101SP1＝P101SP+N或P101a＝P101-N构成的控制系统实现TRT控制炉顶压力至高炉的平稳过渡。
*关可调静叶17和关入口蝶阀为紧急停机的后续步骤，它可与关紧急切断阀同步执行，也可分步执行，可根据工程具体情况现场确定。
*关入出口插板阀18为紧急停机的后续步骤，一般为现场手动完成，有时为了缩短停产时间而不执行。
本发明的一个具体实施例子——马钢2500m3高炉TRT工程。
当满足了启机条件，综合控制功能软件10则按程序完成以下控制功能启动准备、TRT升转速控制、并网、升功率控制、高炉炉顶压力控制和TRT正常停机控制、紧急停机控制。在各个控制过程中，紧急停机程序随时可起作用，即紧急停机程序优先级最高。
马钢TRT自动停机条件共24个，比如当下列的主要停机条件发生时，计算机内综合控制功能软件10会使TRT立即停机*透平机轴振动大于0.16mm*透平机主轴轴向位移大于0.5mm*透平机转速大于3240r/min*润滑油最远点压力小于70kPa*液压系统压力小于7.0MPa*透平机和发电机轴承温度大于75℃*透平推力瓦温度大于75℃*电力系统严重故障*透平机危急保安器油压低于3.5Mpa*紧急停机按钮按下(包括紧急切断阀就地操作箱和控制室操作台上的紧急停机按钮)
*高炉炉顶放散阀打开等当出现以上的任一停机联锁条件时，控制系统发出信号使发电机7与电网解列，同时使紧急切断阀8、可调静叶JY关闭，旁通快开阀9进入前馈调节状态。前馈控制系统使旁通快开阀9打开一定开度(此开度是在紧急停机前通过综合控制功能软件10运算获得)，实现紧急切断情况下TRT炉顶压力调节系统与高炉炉顶压力调节系统间的平稳过渡。
当旁通快开阀9的开度快速达到要求的开度后，即进入炉顶压力调节状态，其压力的测量值和设定值与TRT正常生产时一致，但综合控制功能软件10运算调节的结果，迫使高炉煤气从TRT流经减压阀组5。如果减压阀组5卡住，完全由前馈控制系统进行的炉顶压力调节直至减压阀组5恢复正常；如果减压阀组5慢慢打开，旁通快开阀9会在保证炉顶压力稳定的前提下慢慢关闭，直至旁通快开阀9全关。
权利要求
1.一种高炉煤气余压发电系统停机控制方法，其特征在于1)前馈调节OUT＝K*F其中OUT-前馈调节输出值；F-前馈调节参照值，或为煤气流量，或为可调静叶开度，或为入口蝶阀开度，或为发电功率，或为减压阀组中调节阀与量程阀开度之和的倒数；K-前馈调节系数，其大小取决于旁通快开阀的直径和前馈调节参照值，取值范围为任意的正数；2)高炉顶压调节①或为P101SP1＝P101SP+N其中P101SP-高炉送来顶压设定值；P101SP1-综合控制功能软件用顶压设定值；N-0～20kPa，预设顶压偏差；②或为P101a＝P101-N其中P101-高炉送来顶压测量值；P101a-综合控制功能软件用顶压测量值；N-0～20kPa，预设顶压偏差。
2.实施权利要求1所述方法的软件(10)，其特征在于一旦停机条件发生，综合控制功能软件(10)即转入TRT停机控制，前馈控制(15)，根据OUT＝K*F开旁通快开阀一固定开度，同时快关紧急切断阀(8)；高炉顶压控制(16)，根据P101SP1＝P101SP+N或P101a＝P101-N构成的控制系统实现TRT控制炉顶压力至高炉的平稳过渡；关可调静叶(17)和关入口蝶阀为停机的后续步骤，它可与关紧急切断阀(8)同步执行，也可分步执行，可根据工程具体情况现场确定；关入出口插板阀(18)为停机的后续步骤，一般为现场手动完成，有时为了缩短停产时间而不执行。
全文摘要
本发明公开了一种高炉煤气余压发电系统停机控制方法及其软件；涉及一种煤气或其它气体差压发电系统停机控制(正常停机和紧急停机)的方法，尤其涉及一种高炉煤气余压发电系统的自动停机控制方法及其软件。本发明的控制方法由如下2个步骤组成，它是TRT停机控制的核心。1.前馈调节，OUT＝K＊F；2.炉顶压力过渡调节(以下两个公式任选一个即可)(1)P101SP1＝P101SP+N；(2)P101a＝P101－N。本发明停机过程为全自动完成，操作工只须监视控制过程即可，完全克服了以往停机控制方法的不足，因此高炉系统可以安全放心地生产。
文档编号C21B5/06GK1539998SQ200310111309
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者叶理德, 王贵良, 代玉平, 牛晖, 李宁 申请人:武汉钢铁设计研究总院