正常工況下TRT系統(tǒng)高爐頂壓動態(tài)建模及控制研究.pdf

1、高爐爐頂煤氣余壓透平發(fā)電裝置(簡稱TRT)是目前國際、國內(nèi)鋼鐵企業(yè)公認(rèn)的有價值的二次能源回收裝置。它通過將高爐爐頂煤氣導(dǎo)入透平膨脹機(jī)做功，使高爐爐頂煤氣的壓力能及熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。采用TRT裝置代替減壓閥組，不改變原高爐煤氣的品質(zhì)，也不影響煤氣用戶的正常使用，卻回收了過去在減壓閥組上白白損失的能量，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，同時降低了噪聲，是典型的節(jié)能環(huán)保項目。 作為能量回收的TRT設(shè)備，其投入運行的前提條件是在任何情況

2、下均能保證高爐頂壓穩(wěn)定，從而不影響主流程工藝過程。目前TRT裝置大都依靠經(jīng)驗PID控制可調(diào)靜葉開度來穩(wěn)定高爐頂壓。然而，隨著冶金高爐的大型化和現(xiàn)代煉鐵技術(shù)的發(fā)展，對高爐頂壓的穩(wěn)定性要求越來越高，PID控制已難以達(dá)到預(yù)期的控制要求。因此，需要對高爐頂壓的穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)性理論研究。 正常運行工況下高爐項壓穩(wěn)定性研究是分析TRT裝置整個運轉(zhuǎn)過程中頂壓穩(wěn)定性問題的基礎(chǔ)。本文以正常運行工況下TRT系統(tǒng)為研究對象，對該工況下高爐爐頂壓力對象

3、的數(shù)學(xué)建模與控制進(jìn)行了研究。主要研究工作如下： (1)介紹了TRT裝置的工藝流程、工作原理及其投入運行的前提條件，并簡要概述了目前TRT裝置高爐頂壓控制技術(shù)，高爐頂壓穩(wěn)定性理論研究現(xiàn)狀和TRT裝置中電液位置伺服系統(tǒng)的特點及其非線性控制。 (2)結(jié)合正常工況的特點，對高爐TRT裝置進(jìn)行合理的簡化。正常工況下高爐間歇上料是引起爐頂壓力不穩(wěn)定的主要因素。將該主要擾動變量引入TRT系統(tǒng)正常工況下的高爐頂壓模型，采用機(jī)理分析和基于

4、工業(yè)現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)的參數(shù)辨識相結(jié)合的方法建立了該動態(tài)模型。結(jié)合具體實例分析了高爐頂壓控制系統(tǒng)滿足閉環(huán)可辨識性條件。對所建立的模型進(jìn)行了仿真驗證，仿真結(jié)果表明模型反映了正常工況下爐頂壓力的實際運行狀況。 (3) 設(shè)計高性能的電液位置伺服控制系統(tǒng)是提高TRT系統(tǒng)高爐頂壓控制精度的關(guān)鍵問題。針對電液位置伺服系統(tǒng)的非線性特性，設(shè)計非線性狀態(tài)反饋將其數(shù)學(xué)模型精確線性化，再設(shè)計最優(yōu)控制器。分別在系統(tǒng)空載和帶負(fù)載情況下進(jìn)行仿真實驗，仿真結(jié)果

5、表明狀態(tài)反饋精確線性化最優(yōu)控制方法是有效的。 (4)基于已建立的正常工況下TRT系統(tǒng)高爐頂壓數(shù)學(xué)模型，設(shè)計高爐頂壓二自由度內(nèi)?？刂破鳌７謩e在模型精確匹配和模型失配時進(jìn)行仿真實驗，討論了內(nèi)?？刂破鞯目烧{(diào)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。仿真結(jié)果表明內(nèi)模控制性能優(yōu)越，參數(shù)調(diào)整方便，通過調(diào)整參數(shù)可以調(diào)整系統(tǒng)的魯棒性，易于工程實現(xiàn)。 (5)介紹了在實際工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的高爐TRT裝置自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要控制功能及硬件配置和軟件設(shè)計。