1、引言

高爐煤氣余壓能量回收透平發(fā)電裝置(簡稱TRT（Blast-FurnaceToppressureRecoveryTurbineUnit）)，是利用高爐爐頂的余壓，將高爐煤氣導入透平膨脹機作功，驅動發(fā)電機發(fā)電的一種能量回收裝置。該機既回收減壓閥組泄放的能量，又凈化煤氣、降低噪音、穩(wěn)定爐頂壓力，改善高爐生產的條件?？蓪崿F(xiàn)不生產任何污染、做到無公害發(fā)電，是現(xiàn)代國際、國內鋼鐵企業(yè)公認的節(jié)能環(huán)保裝置。它是利用高爐出口煤氣中所蘊含的壓力能和熱能，使透平膨脹機作功，驅動發(fā)電機發(fā)電的一種能量回收裝置。從而達到節(jié)能、降噪、環(huán)保的目的，具有很好的經濟效益和社會效益，是目前現(xiàn)代國際、國內鋼鐵企業(yè)公認的節(jié)能環(huán)保裝置。

高爐煉鐵以風為本。一些人認為有風就有鐵，實際上高鼓風量會受到一些條件的限制，特別是在強化冶煉和高爐爐料透氣性沒有得到優(yōu)先改善的情況下，高鼓風量煉鐵不但不會取得高產的效果，而且會使煉鐵的燃料增加，入爐焦比提高。目前我國一批中小高爐就是用大風量、高冶煉強度來實現(xiàn)高爐高產的。煉鐵學上高爐利用系數可以通過提高冶煉強度和降低燃料比兩種辦法實現(xiàn)。但采用大風量來提高高爐冶煉強度是有極限的，過大的風量會使爐料發(fā)生流態(tài)化，煤氣利用率下降，熔化的爐渣和鐵水會產生液泛現(xiàn)象，渣鐵滴落不下去，以至于煤氣失常而導致崩料和管道形成等不利于高爐正常生產的爐況。

高爐實現(xiàn)高效化生產的標志是低燃料比、高利用系數、長壽命，提高高爐頂壓是實現(xiàn)高效化的重要手段之一。因此，近年來國內外高爐煉鐵生產技術正向提高頂壓方向發(fā)展，這是最經濟、最簡單且最實用的一項技術。高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置是冶金行業(yè)一項重要的余壓余熱能量回收設備，它利用高爐爐頂煤氣的余壓和余熱，把煤氣導入透平膨脹機做功，驅動發(fā)電機發(fā)電，不僅可以回收煤氣的壓力和熱能，又可以凈化煤氣，降低噪聲污染。同時，該裝置在正常運轉時，能替代減壓閥組，很好地調節(jié)和穩(wěn)定爐頂壓力，對保障高爐順行、增產有良好的作用。

2、液伺服控制技術簡介

TRT自動控制系統(tǒng)分為主煤氣系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、電液伺服控制系統(tǒng)（動力油系統(tǒng)）、透平機軸運動檢測系統(tǒng)、氮氣密封系統(tǒng)和水系統(tǒng)等6個系統(tǒng)。

電液伺服控制技術作為連接現(xiàn)代微電子技術、計算機技術和液壓技術的橋梁，已經成為現(xiàn)代控制技術的重要構成。由于它具有線性好、死區(qū)小、靈敏度高，動態(tài)性能好、響應快、精度高等顯著優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。本文針對這一問題，利用電液伺服控制技術和計算機技術，設計了一套適用在TRT自控系統(tǒng)中的電液伺服控制系統(tǒng)。

3、液伺服控制系統(tǒng)的組成及工作原理

3.1電液伺服控制系統(tǒng)組成

電液伺服控制系統(tǒng)由液控單元、伺服油缸、動力油占三大部分組成。液控單元包括調速閥控制單元和透平靜葉控單元，每一單元均由電液伺服閥、點動用電磁閥、快關用電磁閥、油路塊及底座等組成。伺服油缸為雙活塞桿結構，摩擦力很小，密封性能良好。動力油站由油箱、變量油泵、濾油器、冷卻器、管道閥門、檢測儀表等組成。

3.2電液伺服控制系統(tǒng)的作用

電液伺服控制系統(tǒng)，在TRT裝置中，屬于幾個主要系統(tǒng)之一。根據主控室的指令，來實現(xiàn)TRT的開、停、轉速控制、爐頂壓力以及過程檢測等系統(tǒng)控制。要實現(xiàn)以上系統(tǒng)的功能控制，最終將要反映在控制透平機的轉速上。要控制透平機的轉速，就要控制調速閥或透平靜葉的開度。而控制靜葉或調速閥開度的手段就是電液伺服控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的精度、誤差，直接影響著TRT系統(tǒng)各階段過程的控制。由此可見，該系統(tǒng)在TRT中的地位和作用是十分重要的。

3.3電液伺服控制系統(tǒng)的工作原理

如圖1所示由機、電、液供構成電液伺服控制系統(tǒng)。

圖1電液伺服控制系統(tǒng)原理框圖

由自控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，在伺服控制器中與油缸的實際位置信號相比較，成為誤差的信號放大后，送入電液伺服閥。伺服閥按一定的比例將電流信號轉變成液壓油量量推動油缸運動。由位置傳感器發(fā)出的反饋信號不斷改變，直至于指令信號相等時，油缸停止運動。油缸停在指定的位置上，使透平靜葉穩(wěn)定在一定的開度上。

油缸的直線運動、通過一套曲柄轉變成閥板（靜葉）的旋轉運動，改變閥板或靜葉的工作開度。隨著系統(tǒng)信號的不斷變化，透平靜葉的開度也將不斷改變，并通過靜葉開度的變化，達到控制轉數，控制煤氣流量、控制透平出力大小的目的。如圖2所示為動力油系統(tǒng)控制框圖

圖2動力油系統(tǒng)控制框圖

4、控制系統(tǒng)硬件組成

TRT最重要的控制設備是透平機靜葉和快開旁通閥。它們都是液壓伺服驅動的閉環(huán)系統(tǒng)。主要控制設備包括伺服控制器、伺服閥、LVDT反饋位置傳感器、油動機、電磁閥。通過對電磁閥的得失電控制可以實現(xiàn)閥門和靜葉的快速開關。

4.1伺服控制器

伺服控制器（選用型號為ESA-3E）主要適用于軸流壓縮機靜葉角度控制、TRT壓差發(fā)電、位置控制以及其它相關的電液執(zhí)行機構的伺服控制。該控制器中有兩塊線路板:PARKER控制板是對控制指令信號和傳感器反饋信號進行比較，經過比例、積分運算及功率放大后，送出相應的電流信號，用于驅動伺服閥;信號調理板是用于對反饋信號進行調理，正反作用的轉換，并提供指令信號丟失和反饋信號丟失兩項報警功能及4～20mA位置指示信號。

4.2伺服閥

在伺服閥的控制下，伺服閥會將伺服控制器輸出的4～20mA信號轉換成液壓油流量推動伺服油缸運動，由位置傳感器發(fā)出的反饋信號不斷改變，直至與調節(jié)信號相等時，伺服閥輸出的液壓油流量信號為0，伺服油缸不再運動，從而帶動透平機靜葉、快開旁通閥達到預期位置，實現(xiàn)位置調節(jié)的目的。

4.3液壓鎖

液壓鎖是一種液控方向閥，其主要作用是用來向作動筒提供系統(tǒng)在斷電、掉壓時的保護。

4.4位置傳感器

位置傳感器（角位移傳感器或線位移傳感器）用來測量實際位置信號，并將其轉換成對應的電流信號（4～20mA）或電壓信號（-3V～3V）送至ESA-3E伺服控制器作為反饋信號。同時控制器還接收來自主控室位置指令信號調節(jié)器的4～20mA指令信號。

5、控制系統(tǒng)硬件組成

電液伺服控制系統(tǒng)中的功能主要是應用在對透平機的轉速控制，而轉速控制中的主要對象就是靜葉，利用控制靜葉的開度來控制透平機的轉速，從而達到對高爐頂壓平穩(wěn)控制的目的。應用在電液伺服控制系統(tǒng)中的轉速控制大致可分為三個過程：

升速過程：系統(tǒng)啟動條件全部具備并且機組無重故障信號，得到電氣的“電氣同意啟動”信號和高爐主控室的“允許TRT啟動”信號后，確認高爐減壓閥組在自動控制下并且高爐頂壓和煤氣溫度穩(wěn)定在工藝范圍內，機組具備升速條件。

調速過程：分自動控制和手動控制兩種方式，控制對象為靜葉。

自動升速：這個過程的實現(xiàn)是通過互為反函數的靜葉控制時間曲線和轉速設定升速曲線來實現(xiàn)的。當頂壓的測量值和設定值的偏差超過2Kpa的時候，轉速不允許上升。靜葉控制時間曲線是轉速設定值與靜葉控制時間的折線函數，與升速曲線互為反函數。根據當前的轉速設定值計算出一定的靜葉控制時間，然后根據該靜葉控制時間和升速曲線，得到下一個轉速設定值。如此循環(huán)，實現(xiàn)轉速設定值的不斷增加。

手動升速：手動方式運行時，給系統(tǒng)發(fā)出手動升速的指令，通過系統(tǒng)畫面上手動調節(jié)入口液動閥和調節(jié)靜葉的開度來控制轉速。

自動準同期過程：當自動準同期裝置投入的時候，在并網過程中，通過對轉速的微調實現(xiàn)自動并網。當轉速升到2850rpm的時候，PLC發(fā)出自動準同期投入信號。只有轉速控制在自動方式的時候，自動準同期對轉速的調節(jié)才會起作用。當給系統(tǒng)中發(fā)出升速指令后，自動準同期裝置以±5rpm進行升/降速控制；當沒有系統(tǒng)中發(fā)出升速指令時，自動準同期以±1rpm進行升/降速控制。

6、結論

本文將電液伺服控制技術廣泛地應用在TRT控制系統(tǒng)中，充分突出了其線性好、死區(qū)小、靈敏度高、動態(tài)性能好、響應快等顯著優(yōu)點。TRT設備在正常運轉中可以回收約占高爐鼓風機所需30%左右的能量，為鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經濟效益和社會效益。

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