TRT静叶控制装置的制作方法

trt静叶控制装置
技术领域
1.本技术涉及余压余热发电技术领域，具体地，涉及一种trt静叶控制装置。


背景技术：

2.高炉煤气余压透平发电装置(blast furnace top gas recovery turbine unit，简称trt)，是利用高炉冶炼产生的副产品
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高温高压的高炉煤气，通过煤气驱动煤气透平机带动发电机发电，将煤气的动能和势能转化为机械能，最终再转化为电能储存或接入电网，实现高炉煤气的余压余温二次利用，现在是作为节能减排以及cdm(清洁发展机制)倡导的环保产品。
3.高炉炉顶压力是高炉冶炼正常生产过程中的一个重要控制参数，炉顶压力的稳定性直接影响高炉的安全、稳定生产以及还影响产量。通常，如果冶炼工艺未设置trt装置，则高炉炉顶压力是由减压阀组来调节；若设置了trt装置，则高炉炉顶压力由trt来调节，准确来说是由trt静叶来控制高炉顶压。因此trt不仅承担了煤气余压余温发电重任，同时承担着高炉炉顶压力的稳定、安全和高精度调节重任。
4.在高炉正常生产过程中，由于trt装置规模的选择与高炉正常生产时煤气压力、煤气发生量的独一匹配性，trt静叶是一直运行在安全高效区内的。若高炉因某些原因需要减产运行，则高炉顶压和高炉煤气发生量都会较大幅度的降低，或高炉生产不稳定时高炉顶压波动会比较大，为了保证高炉炉顶压力达到高炉生产需求以及稳定炉顶压力，则trt静叶开度会大幅度降低，此时trt静叶开度会一直处于安全高效区外，随着静叶开度越来越小，发电效率会大幅度下降，同时由于静叶开度变小，流经静叶的煤气流速会升高，会对trt叶片形成高速冲刷效果，而高炉煤气本身含大量的尘埃颗粒和酸性物质，高速冲刷易导致叶片磨损腐蚀断裂，减少叶片使用寿命。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的至少一个不足，本技术提供一种trt静叶控制装置。
6.第一方面，提供一种trt静叶控制装置，包括：控制阀、控制阀伺服控制器、控制阀电液伺服阀、静叶位置传感器、trt机组控制系统；
7.静叶位置传感器用于获取trt静叶的开度测量值，并将静叶开度测量值发送至trt机组控制系统；
8.当静叶开度测量值小于第一设定值α时，trt机组控制系统向控制阀伺服控制器发送关阀指令信号；控制阀伺服控制器接收到关阀指令信号后，通过控制阀电液伺服阀控制控制阀关阀，直至静叶开度测量值不小于第一设定值α时，控制阀的关阀动作停止，控制阀处于保位状态；
9.当静叶开度测量值大于第二设定值θ时，trt机组控制系统向控制阀伺服控制器发送开阀指令信号；控制阀伺服控制器接收到开阀指令信号后，通过控制阀电液伺服阀控制控制阀开阀，若静叶开度测量值一直不小于第二设定值θ，则持续开阀操作直至控制阀全
开；若在开阀过程中静叶开度测量值小于第二设定值θ，则控制阀的开阀动作停止，控制阀处于保位状态；若在开阀过程中静叶开度测量值小于第一设定值α，执行静叶开度测量值小于第一设定值α时的关阀操作。
10.在一个实施例中，第一设定值α和第二设定值θ满足以下关系：2α≥θ≥1.3α。
11.在一个实施例中，控制阀的关阀速率a和控制阀的开阀速率b，满足以下关系：trt静叶调节速率＞关阀速率a＞开阀速率b。
12.在一个实施例中，trt静叶调节速率等于关阀速率a的3～10倍，关阀速率a等于开阀速率b的1～5倍。
13.第二方面，提供一种高炉顶压pid控制装置，包括：高炉顶压pid控制回路和trt静叶控制装置；trt静叶控制装置为根据上述的trt静叶控制装置。
14.在一个实施例中，高炉顶压pid控制回路包括静叶伺服控制器、静叶电液伺服阀、trt静叶执行器、高炉炉顶压力传感器；
15.高炉炉顶压力传感器用于获取高炉顶压测量值；
16.trt机组控制系统实时对高炉顶压设定值和高炉顶压测量值进行比较，并根据比较结果确定trt静叶所需要达到的开度值，trt机组控制系统将trt静叶所需要达到的开度值输出至静叶伺服控制器，作为静叶伺服控制器的静叶开度设定值；
17.静叶伺服控制器实时对静叶开度设定值和静叶位置传感器反馈的静叶开度测量值进行比较，并根据比较结果确定静叶开度变化值，静叶伺服控制器将静叶开度变化值输出至静叶电液伺服阀；
18.静叶电液伺服阀控制动力油来驱动静叶执行器，使得trt静叶的开度变化量达到静叶开度变化值，以控制高炉顶压。
19.相对于现有技术而言，本技术具有以下有益效果：
20.1、本技术的trt静叶控制装置，能有效的将trt静叶开度限制在安全高效区内，同时不影响高炉顶压控制的安全稳定性，可提高trt发电效率，延长trt叶片寿命。
21.2、本技术的控制回路独立设置，能与现有的高炉顶压pid控制回路完美融合，且在trt静叶处于安全高效区运行时本技术的控制回路仅处于在线监视状态，只有在trt静叶脱离安全高效区时本技术控制回路才会及时作用。
附图说明
22.本技术可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：
23.图1示出了典型trt效率曲线图；
24.图2示出了煤气透平机trt工艺系统流程图；
25.图3示出了高炉顶压pid控制回路图。
具体实施方式
26.在下文中将结合附图对本技术的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决
定可能会随着实施例的不同而有所改变。
27.在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本技术，在附图中仅仅示出了与根据本技术的方案密切相关的装置结构，而省略了与本技术关系不大的其他细节。
28.应理解的是，本技术并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。
29.图1示出了典型trt效率曲线图，参见图1，trt静叶开度在低于50％时发电效率会明显下降，而往往会因为高炉减产、高炉烘炉等各种因素导致trt静叶开度低于50％，甚至经常低于20％运行。因此通过控制手段将trt静叶开度限制在高效区内可大幅提高发电效率，起到节能减排效果。
30.图2示出了煤气透平机trt工艺系统流程图，参见图2，高炉炼铁副产品高炉煤气通过大管道引出，同时接入减压阀组(sv)和煤气透平机trt内，当煤气透平机trt还未投运前高炉顶压由减压阀组来控制，当煤气透平机trt投运后，减压阀组处于全关状态，高炉顶压完全由trt静叶控制，煤气透平机trt同时担任控制高炉顶压和高炉煤气发电两大重任。以往的煤气透平机trt工艺流程系统中不设置控制阀(tcv)，而本技术的控制方法需要在煤气透平机trt入口处设置1台控制阀(tcv)。这里，控制阀tcv为调节蝶阀，控制阀tcv调节性能好、精度高、响应速度快、距离trt入口近。
31.图3示出了高炉顶压pid控制回路图，参见图3，高炉顶压pid控制装置包括：高炉顶压pid控制回路和本技术的trt静叶控制装置；这里，当trt静叶处于安全高效区运行时，本技术的trt静叶控制装置仅处于在线监视状态，只有在trt静叶脱离安全高效区时，本技术的trt静叶控制装置才会及时作用，本技术的trt静叶控制装置用于控制trt静叶限制在安全高效区内，同时不影响高炉顶压pid控制回路的安全稳定性，可提高trt发电效率，延长trt叶片寿命。
32.在一个实施例中，trt静叶控制装置，包括：控制阀(tcv)、控制阀伺服控制器(zc2)、控制阀电液伺服阀(zv2)、静叶位置传感器、trt机组控制系统；静叶位置传感器用于获取trt静叶的静叶开度测量值，并将静叶开度测量值发送至trt机组控制系统。
33.当静叶开度测量值小于第一设定值α时，trt静叶此时处于安全高效区之外，trt机组控制系统向控制阀伺服控制器(zc2)发送关阀指令信号；控制阀伺服控制器(zc2)接收到关阀指令信号后，通过控制阀电液伺服阀(zv2)控制控制阀(tcv)关阀，直至静叶开度测量值不小于第一设定值α时，控制阀的关阀动作停止，控制阀处于保位状态；
34.当静叶开度测量值大于第二设定值θ时，trt机组控制系统向控制阀伺服控制器(zc2)发送开阀指令信号；控制阀伺服控制器(zc2)接收到开阀指令信号后，通过控制阀电液伺服阀(zv2)控制控制阀(tcv)开阀，若静叶开度测量值一直不小于第二设定值θ，则持续开阀操作直至控制阀(tcv)全开；若在开阀过程中静叶开度测量值小于第二设定值θ，则控制阀(tcv)的开阀动作停止，控制阀(tcv)处于保位状态；若在开阀过程中静叶开度测量值小于第一设定值α，执行静叶开度测量值小于第一设定值α时的关阀操作。
35.这里，α值的选择主要是对trt在不同静叶开度下进行流场数值模拟和耦合振动分析，查看其流动特性是否存在明显气流分离、涡流损失及性能下降，结合耦合振动分析结
果，对不同开度下气流力激振频率进行核算，甄别出需避开可能引起叶片共振失效的开度值，同时参考效率曲将α值选在效率明显下降的区域内，从而最终确定α的开度值，具体可以为20％～40％。
36.上述实施例中，trt静叶控制装置中根据静叶开度测量值，控制控制阀打开和关闭，能有效的将trt静叶开度限制在安全高效区内，同时不影响高炉顶压控制的安全稳定性，可提高trt发电效率，延长trt叶片寿命。
37.进一步地，为了使控制阀在α和θ调节区间内不会振荡，第一设定值α和第二设定值θ满足以下关系：2α≥θ≥1.3α；这里，α和θ的单位为百分比或角度，根据效率曲线图，我们通常采用百分比。
38.进一步地，控制阀的关阀速率a和控制阀的开阀速率b，满足以下关系：trt静叶调节速率＞关阀速率a＞开阀速率b。
39.进一步地，trt静叶调节速率等于关阀速率a的3～10倍，关阀速率a等于开阀速率b的1～5倍。这里，关阀速率a和开阀速率b的单位为开度/秒。
40.具体地，高炉顶压pid控制回路包括静叶伺服控制器、静叶电液伺服阀、静叶执行器、高炉炉顶压力传感器；参见图3，高炉顶压设定值sp来自于高炉dcs控制系统，高炉顶压反馈的高炉顶压测量值pv来自于安装在高炉炉顶的高炉炉顶压力传感器，trt机组控制系统实时对高炉顶压设定值sp和高炉顶压测量值pv进行比较，同时对比较结果进行计算，得出trt静叶所需要达到的开度值，trt机组控制系统将trt静叶所需要达到的开度值输出至静叶伺服控制器(zc1)作为静叶伺服控制器的静叶开度设定值；
41.静叶伺服控制器(zc1)实时对静叶开度设定值和静叶位置传感器反馈的静叶开度测量值进行比较，对比较结果进行计算得出静叶开度变化值，静叶伺服控制器将静叶开度变化值输出至静叶液压阀台上的静叶电液伺服阀zv1，由静叶电液伺服阀zv1控制动力油来驱动静叶执行器，使得trt静叶的开度变化量达到静叶开度变化值，从而达到控制高炉顶压的目的。
42.综上，本技术有效的避免了在高炉煤气压力和煤气发生量下降的情况下trt静叶偏离安全高效区运行的现象，通过实践证明，本技术有效的提高了trt机组发电效率，提升了trt机组安全生产系数，对冶金领域高炉冶炼工艺具有重要意义。
43.以上所述，仅为本技术的各种实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种trt静叶控制装置，其特征在于，包括：控制阀、控制阀伺服控制器、控制阀电液伺服阀、静叶位置传感器、trt机组控制系统；所述静叶位置传感器用于获取trt静叶的开度测量值，并将所述静叶开度测量值发送至所述trt机组控制系统；当所述静叶开度测量值小于第一设定值α时，所述trt机组控制系统向所述控制阀伺服控制器发送关阀指令信号；所述控制阀伺服控制器接收到所述关阀指令信号后，通过所述控制阀电液伺服阀控制所述控制阀关阀，直至所述静叶开度测量值不小于第一设定值α时，所述控制阀的关阀动作停止，控制阀处于保位状态；当所述静叶开度测量值大于第二设定值θ时，所述trt机组控制系统向所述控制阀伺服控制器发送开阀指令信号；所述控制阀伺服控制器接收到所述开阀指令信号后，通过所述控制阀电液伺服阀控制所述控制阀开阀，若所述静叶开度测量值一直不小于第二设定值θ，则持续开阀操作直至所述控制阀全开；若在开阀过程中所述静叶开度测量值小于第二设定值θ，则所述控制阀的开阀动作停止，控制阀处于保位状态；若在开阀过程中所述静叶开度测量值小于第一设定值α，执行所述静叶开度测量值小于第一设定值α时的关阀操作。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一设定值α和所述第二设定值θ满足以下关系：2α≥θ≥1.3α。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制阀的关阀速率a和所述控制阀的开阀速率b，满足以下关系：trt静叶调节速率＞关阀速率a＞开阀速率b。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述trt静叶调节速率等于所述关阀速率a的3～10倍，所述关阀速率a等于所述开阀速率b的1～5倍。5.一种高炉顶压pid控制装置，其特征在于，包括：高炉顶压pid控制回路和trt静叶控制装置；所述trt静叶控制装置为根据权利要求1-4中任意一项所述的trt静叶控制装置。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高炉顶压pid控制回路包括静叶伺服控制器、静叶电液伺服阀、trt静叶执行器、高炉炉顶压力传感器；所述高炉炉顶压力传感器用于获取高炉顶压测量值；所述trt机组控制系统实时对高炉顶压设定值和所述高炉顶压测量值进行比较，并根据比较结果确定trt静叶所需要达到的开度值，所述trt机组控制系统将所述trt静叶所需要达到的开度值输出至所述静叶伺服控制器，作为所述静叶伺服控制器的静叶开度设定值；所述静叶伺服控制器实时对所述静叶开度设定值和静叶位置传感器反馈的静叶开度测量值进行比较，并根据比较结果确定静叶开度变化值，所述静叶伺服控制器将所述静叶开度变化值输出至所述静叶电液伺服阀；所述静叶电液伺服阀控制动力油来驱动所述静叶执行器，使得所述trt静叶的开度变化量达到所述静叶开度变化值，以控制高炉顶压。

技术总结
本申请涉及一种TRT静叶控制装置，包括：控制阀、控制阀伺服控制器、控制阀电液伺服阀、静叶位置传感器、TRT机组控制系统；本申请的TRT静叶控制装置，能有效的将TRT静叶开度限制在安全高效区内，同时不影响TRT静叶对高炉顶压控制的安全稳定性，本申请静叶控制装置核心是提高TRT发电效率，延长TRT叶片寿命；本申请TRT静叶控制装置的控制回路能与现有的高炉顶压PID控制回路完美融合，且在TRT静叶处于安全高效区运行时本TRT静叶控制回路仅处于在线监视状态，只有在TRT静叶脱离安全高效区时，本申请TRT静叶控制回路才会及时作用。TRT静叶控制回路才会及时作用。TRT静叶控制回路才会及时作用。


技术研发人员：张楠 洪杨 翁岩 杜妍 田渭蓉 贾江平 王东升 谢涛 黄美春 杨刚
受保护的技术使用者：西安陕鼓动力股份有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/7