关键词：小高炉 TRT DCS
高炉煤气余压发电原理是利用透平膨胀机将原损耗在减压阀组上高炉煤气的压力能和一部分潜热能转换为机械能，再通过发电机将机械能变为电能输送给电网。高炉煤气余压发电不仅回收了高炉煤气一部分能量，减少了噪音，同时改善了高炉顶压的调节品质，更利于高炉生产。高炉煤气余压透平发电(TRT)是冶金行业中公认的节能手段，回收能量约占高炉风机所需能量的30%。
杭州钢铁厂1＃高炉项目是国内TRT装置在小高炉上的首次应用，经多家单位的通力合作，2003年4月底开车成功、并网发电。该项目的成功实施对在小高炉上应用TRT有极大促进作用。1#高炉主要技术参数见表1，采用干法除尘，煤气压力和温度相对较高，这些都是应用TRT的有利条件。
一 系统配置 
杭钢1#高炉TRT工艺流程如图1。高炉煤气经除尘装置后，经入口电动碟阀、入口插板阀、快速切断阀后，进入透平机，然后经出口插板阀、出口电动碟阀到煤气管网，在入口插板阀前、透平出口后并联有旁通快开阀组，旁通阀组在正常和紧急停机时，进行高炉顶压控制。 
为保证TRT机组长期安全、稳定运行，杭钢1#高炉TRT控制系统采用浙大中控JX-300X DCS系统。项目由一个工程师站、一个操作员站、一个控制站组成，系统结构拓扑见图2，其中通信网络和主控制卡、数据转发卡及重要的模拟量输入、输出通道采用冗余配置，保证系统安全高效运行。系统配置清单如表2。 
二 控制要求与实现
TRT装置的自控主要包括启动联锁、自动升速控制、正常调顶压、正常停机控制、紧急停机控制等，各过程中保持高炉顶压的稳定是装置实现自动化的关键。本项目利用JX-300X DCS系统提供的图形化组态功能，编制用户控制软件包，实现上述要求。
(1)启动联锁
TRT机组的启动须满足特定条件，并按一定步骤顺序进行，当条件不满足时，则“启动联锁”程序将投入运行，实现启动阀和入口电动碟阀锁闭。TRT机组正常启动条件主要有：高炉同意TRT启动、电气允许TRT启动、润滑油压力大于设定值、动力油压力大于设定值、透平静叶全关等。如上述任一个条件不满足，TRT机组将(在“启动联锁”程序的保护下)无法正常启动。
(2)全自动启机
启动过程主要分为升转速、并网、升功率。为保证机组安全，TRT启机须按一定顺序有步骤进行，如图3。
升转速过程主要依靠DCS控制启动阀、入口电动碟阀、透平静叶间协同动作，使转速按一定升速曲线自动升至并稳定在目标值，保证发电机并网顺利进行。升速曲线由4段不同斜率的直线组成，开始时，启动阀控制回路的设定值按一定速率自动增加，依靠PID调节来控制启动阀逐步打开，转速升到某一定值后，全开入口电动碟阀，关闭启动阀，静叶控制转速回路自动投入，按照升速曲线继续升速，使得透平转速升到目标值，并保持稳定，等待并网。只要参数整定正确，转速就可很好跟踪转速曲线，本装置升速过程中转速波动控制在±8r/min。
并网成功后，TRT进入升功率过程，此过程中TRT和高炉的减压阀组共同控制高炉顶压，DCS负责调节静叶开度，要保证高炉顶压和升功率过程顺利进行。来自高炉的顶压测量值、设定值与升速参数共同用于TRT控制系统对静叶的控制，随着静叶开度的增大，使得煤气负荷逐渐转移到TRT，高炉的减压阀组同时也逐渐关小，以完成升功率过程。在升功率过程中，如高炉顶压出现波动，DCS通过调节静叶开度来调节升功率的速度，以保证高炉顶压及时恢复正常。高炉顶压控制趋势如图4。
(3)正常停机
TRT正常停机时，须经过降功率过程，煤气逐步由TRT转移至旁通阀组，旁通阀组和静叶同时调节高炉顶压，它们也是由综合回路来控制的，旁通阀一个作为调节阀，另一个作为量程阀，量程阀按调节阀开度和高炉顶压的变化动作，工程师可任选一个作为调节阀。待降到零功率后，发电机解列(发电机与电网脱离)，快速切断阀慢关，静叶以一定速度关闭，配合高炉逐步将煤气由旁通阀组转移至高炉减压阀组。
(4)紧急停机
只要任一紧急停机条件满足时，TRT即进入紧急停机状态。TRT紧急停机时，快速切断阀在1s内快关，旁通快开阀快速打开到某一开度，使煤气改从旁通快开阀流过，避免高炉炉顶压力急剧波动。此时，旁通快开阀开度根据紧急停机时的静叶开度和煤气流量运算后得出。随后DCS通过旁通阀调节高炉顶压，配合高炉将煤气逐步转移到减压阀组，直至完全由减压阀组控制高炉顶压。
三 投运效果
杭钢1#高炉TRT实现了全自动运行，从自动升速、升功率到正常运行、正常停车，操作人员只需按下“启动”或“正常停车”按钮即可。当紧急停车条件被触发或按下“紧急停车”按钮，DCS自动实现紧急停车过程中所需步骤。整个过程中控制效果良好，无需人工干预，正常运行时高炉顶压波动在±5kPa范围内，紧急停机时高炉顶压波动在±100kPa范围内，如图4所示。
目前杭钢1#高炉TRT平均发电功率在1500kW左右(高炉上现仍保留有直通管道，若将其密封，发电功率还可进一步提高)，预计2～3年收回全部投资，经济效益十分可观。
四 结束语
杭钢1#高炉TRT DCS自投运至今，性能可靠，运行平稳。特别是利用JX-300X DCS系统提供的图形化组态软件包实现了TRT全自动启机、正常停机和紧急停机的自动控制，保证了TRT机组安全高效运行以及高炉顶压平稳正常。该项目的顺利投运体现了JX-300X DCS系统的优点：(1)可靠性高，软硬件性能稳定。(2)操作简单，维护方便。纯中文的组态和监控画面，人机接口良好。全自动启停和控制，减少了误操作。(3)通信网络和主要控制部件都可以根据用需要采用热冗余，在提高系统安全性的基础上，提高了系统性价比。(4)客户服务及时，配品配件供应方便等。
