1、浅谈旁通阀组在控制高炉顶压中的应用摘 要通过 PLC 系统对本钢八炉煤气清洗系统的控制，本文详细介绍了各工况下旁通阀组对高炉顶压的前馈控制以及旁通阀组入口前压的控制，旁通阀组对高炉顶压的调节是以高炉顶压设定值为目标值，采用 PID 调节控制旁通阀开度，达到控制高炉炉顶压力稳定的目的。 关键词煤气清洗 高炉顶压 旁通阀组 TRT 中图分类号：TF573 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0255-01 一、引言 本钢燃气厂新建八炉煤气清洗控制系统和 TRT 发电系统，煤气清洗控制系统由我方进行软件编程，为高炉在炼铁过程中产生的煤气进行净化处理。该系统采用西门子 S7-
2、400PLC 控制系统。 二、控制流程 高炉冶炼的副产品高炉炉顶煤气经过除尘处理后进入环缝洗涤塔中洗涤，环缝洗涤塔分为上段和下段，煤气首先进入到上段进行洗涤，上段为预洗涤段，洗涤后的水比较脏，通过高架水槽回收到水厂进行再处理。其中的和液压阀以及 PID 调节阀均与预洗涤段的水位连锁控制，控制水位和水量。下段为洗涤段，洗涤后的水比较干净，可以由循环泵打到预洗涤段进行再次洗涤，循环使用。其中的液压阀以及 PID 调节阀与洗涤段的水位连锁控制，控制水位和水量。环缝洗涤塔净化处理后的煤气进入旋流脱水器进行脱水处理。然后煤气经过并联的旁通阀组和 TRT、消音器、填料脱水器、电动插板阀、电动蝶阀，最后进入
3、到净煤气主管提供给用户。 三、控制难点 本钢八号高炉采用环缝洗涤煤气净化设施，并同时设有 TRT（余压发电装置）以及与 TRT 配套的旁通阀组。由于这三者均具有对压力进行控制的能力，因此与传统的双文煤气清洗系统使用旁通阀组和 TRT 来协调控制炉顶压力的方式有所不同。由于高炉在生产过程中顶压的波动不能超出正常范围，因此旁通阀组对高炉顶压的控制以及旁通阀入口前压的控制很关键，即是重点也是难点。 四、旁通阀组应用 TRT（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，以下简称 TRT） 高炉煤气余压透平发电装置（即 TRT）是利用高炉冶炼的副产品高炉炉顶煤
4、气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能. 驱动发电机发电，来进行能量回收的一种节能装置。旁通阀组和 TRT 之间有很重要的关系，TRT 在未运行时、启动时、正常运行时、正常停车时，紧急停机时，旁通阀组对高炉顶压的控制以及旁通阀入口前压的控制中都发挥着重要的作用。 旁通阀组对高炉顶压的调节是以高炉顶压设定值为目标值，采用 PID调节控制旁通阀开度，达到控制高炉炉顶压力稳定的目的。 （一）控制目标 控制目标为炉顶煤气压力和各设备前压。 （1）炉顶煤气压力控制：即无论 TRT 处于何种工况，无论旁通阀组处于何种状态，只要高炉在运行，环缝洗涤器始终控制高炉炉顶压力。为保证高炉
5、炉顶压力的稳定，波动不能超出正常范围，旁通阀组分工况参与炉顶煤气压力的控制，达到控制高炉炉顶压力稳定的目的。高炉炉顶压力的调节系统主要由顶压调节系统和前馈控制组成。 （2）TRT 入口前压控制：只要 TRT 处于正常运行工况，透平可调静叶始终控制设备入口处煤气压力。 （3）旁通阀入口前压控制：在 TRT 正常启动与 TRT 正常停车期间，旁通阀组控制其入口处压力。 （二）控制权分工 由于高炉属于炼铁厂，而煤气清洗控制系统和 TRT 控制系统属于燃气厂，并且是分开的二个独立系统。为保证高炉炉顶压力的稳定和 TRT的正常运行，达到对炉顶压力精确控制的目的，对高炉中控室和 TRT 控制室以及煤气清洗
6、控制室的各控制系统的控制权操作分工如下： （1）环缝洗涤器控制权-高炉中控室 （2）透平静叶控制权-TRT 控制室 （3）旁通阀组控制权-煤气清洗控制室 （三）旁通阀组设置 旁通阀组是高炉顶压控制的重要手段，根据高炉炉容大小的不同，旁通阀组中阀门的口径和数量亦有区别，但其对高炉顶压控制的作用是相同的。本工程采用 DN1000 旁通阀，旁通阀组由三台 PID 调节控制阀组成，其中两台是快开控制阀。 TRT 装置与旁通阀组在煤气管网配置中既有串联也有并联的。TRT 串联在旁通阀组之后，正常运行时，旁通阀组全开。优点是适合泄漏量大，不易改造的旁通阀组。缺点是整个系统的安全性较并联来说较差。将 TRT
7、与旁通阀组进行并联，正常运行时，旁通阀组全关。 并联运行时旁通阀组进行如下设置： 设置 2#旁通阀为 PID 调节控制阀，接受来自高炉中控室的允许控制信号，根据高炉顶压的设定值自动调整炉顶压力。 设置 1#、3#旁通阀为两台快开控制阀，一用一备，当 TRT 发生故障紧急停机时，快开控制阀能够自动快速开启，如果在规定时间 3 秒内该阀没有自动开启到位，备用快开控制阀自动开启。以保证炉顶压力的波动范围在允许值之内。 （四）各工况旁通阀组的应用 （1）TRT 未运行时 高炉投产初期 TRT 系统还未投入使用和 TRT 长期停车时属于这种状况，这时 TRT 进出口管道的 阀门处于全关状态。旁通阀组的三
8、个旁通阀处于全开状态，使高炉煤气畅通。炉顶压力由环缝洗涤器来控制。 （2）TRT 启动时 TRT 启动时，2#旁通阀自动调节旁通阀组的前压，以提高并稳定 TRT入口处的煤气压力，满足 TRT 各种负荷启动的压力要求。TRT 启动前 1#、3#旁通阀处于全开状态，首先自动在 2 分钟内逐渐将 3#旁通阀由全开状态关至全关状态。3#旁通阀全关到位后，自动在 2 分钟内逐渐将 1#旁通阀由全开状态关至全关状态。2#旁通阀因为要自动跟踪前压，会自动调节至某一角度以保证TRT 各种负荷启动要求的压力，待压力稳定后，在 TRT 控制室可按程序逐步开启 TRT 静叶角度，随着 TRT 静叶角度的不断开大，2
9、#旁通阀会自动调节逐渐关小。当 TRT 启动成功并且静叶自动控制前压时，2#旁通阀按照高炉顶压设定压力自动进行调节，使环缝洗涤器调节的高炉顶压更加稳定。 （3）TRT 正常运行时 旁通阀组是高炉顶压控制的重要手段，八炉配套 TRT 装置与高炉旁通阀组属于并联配置，TRT 在正常运行时，1#、3#旁通阀在全关状态，2#旁通阀按照高炉顶压设定压力自动进行调节。 TRT 正常运行时的顶压调节原理： TRT 对高炉顶压的调节以 TRT 侧的高炉顶压设定值为目标值，采用 PID 调节控制 TRT 静叶开度，达到控制高炉炉顶压力稳定的目的。静叶比旁通阀组调节目标值低 3kPa 左右，以保证静叶调节的优先性
10、。TRT 运行时，静叶在自动状态，旁通阀组1#、3#快开阀同样保持自动状态，并且全部在关闭状态。1#旁通快开阀在自动位置，3#旁通快开阀在备用位置，一旦静叶调节出现问题，顶压波动超出正常范围，在自动位置的 1#旁通快开阀会自动参与顶压调节。如果自动位置的 1#旁通快开阀有故障，在备用位置的 3#旁通快开阀会自动替代有故障的 1#旁通快开阀。 （4）TRT 正常停机时 TRT 正常停车与 TRT 正常启动相反（可逆过程） ，首先将 TRT 控制入口前压，转移到旁通阀组的前压控制，此时 2#旁通阀自动由全关状态开至某一角度（此时 1#、3#旁通阀处于全关状态，2#旁通阀跟踪前压） ，随着 TRT
11、静叶角度的不断关小，2#旁通阀会自动逐渐开大。然后可按程序逐步停止 TRT 的运行。当 TRT 正常停车完成后，自动在 2 分钟内逐渐将1#旁通阀由全关状态开至全开状态，1#旁通阀全开到位后，自动在 2 分钟内逐渐将 3#旁通阀由全关状态开至全开状态。2#旁通阀按照高炉顶压设定压力自动进行调节，会自动调节逐渐开大，这样就将 TRT 控制入口前压，转移到旁通阀组的前压控制。 （5）TRT 紧急停机时 在 TRT 事故时需要紧急停机时，TRT 系统给出跳闸信号给煤气清洗控制系统，煤气清洗控制系统根据 TRT 系统给出的前馈信号，将其作为旁通阀的开度信号，将 3#旁通阀快速（0.5 秒）开到对应角度
12、，若 3#旁通阀故障，延时 3 秒自动切换到 1#旁通阀，待高炉顶压稳定后，快开阀自动在 90 秒内开至全开状态，最后 2#旁通阀自动在 90 秒内开至全开状态。在整个紧急停车过程中，炉顶压力始终由高炉中控室控制环缝来实现，旁通阀组不必进行前压控制。 TRT 紧急停机时是旁通阀组对高炉顶压的前馈控制：对通过 TRT 的高炉煤气流量进行测量和温压补偿校正，以此信号控制旁通快开阀的开度。在机组正常运行时，旁通快开阀全关；当机组发生重故障时由两旁通快开阀进行顶压控制，两旁通快开阀快速打开相应开度（本机组两旁通快开阀无论在手动位置还是在自动位置，有重故障时均能快速打开） ，在静叶及快切阀快速关闭对高炉产生作用之前，快速打开，使高炉煤气形成畅通，消除这一不安全因素。 五、结束语 通过以上各工况的分析，旁通阀组无论是对高炉顶压的控制还是对TRT 系统的控制都是非常关键和重要的。该系统自动化程度高，运行稳定可靠，具有开放性、互联性和互操作性，实现了所有 设备的远程集中监控，满足了稳定生产的要求，提高了企业的经济效益。
