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第 l 9卷第 2期 2 0 1 3 年 4月 宽厚板 WI DE AN D HEA VY P I .A T E V o 1 . 1 9, No . 2 Ap r i l 2 0 1 3 。45 自动控制在高炉鼓风机 防喘振 系统中的应用 卓园杨晓峰 舞阳钢铁有限责任公司 摘要介绍了高炉风机的工艺流程、 喘振的形成及其危害和防喘振系统的组成, 对喘振线、 防喘振线、 防 喘振阀自动调节线的计算和防喘振控制策略进行了分析论述 , 以期提高设备的使用寿命。 关键词风机自动化控制防喘振P L C Ap p l i c a t i o n o f Au t o ma t i c Co n t r o l o n An t i S u r g e S y s t e m o f Ai r Bl o we r f o r Bl a s t Fu r n a c e Zh u o Yua n a n d Ya n g Xi a o f e n g Wu y a n g I r o n a n d S t e e l C o . L t d Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e p r o c e s s fl o w o f a i r b l o w e r ,t h e g e n e r a t i o n a n d h a r m o f t h e s u r g e,and t h e c o m p o n e n t o f t h e a n t i s u r g e s y s t e m o f b l a s t f u r m a c e , C a l c u l a t e t h e s u r g e l i n e , a n tis urg e l i n e , a n d a u t o m a ti c a d j u s t m e n t m e ri t l i n e ofthe a n t i s urg e v al v e an8 l y z e s a n d d i s c u s s e s t h e a n t i s u r g e c o n t r o l s t r a t e g y i n o r d e r t o i m p r o v e the l i f e t i me o f air]l o w e r . Ke y wo r d s Ai r b l o w e r ,Au t o ma t i c c o n t r o l ,An t i s u r g e ,P L C 0 前言 舞钢高炉 B P R T系统选用了瑞士苏尔寿公司 技术制造的 A V 6 3 1 5型轴流压缩机 , 具有 l 5级 静叶全部可调, 流量、 压力调节范围广和各工况点 效率高的特点。鼓风机进 口流量 3 4 6 7 m / m i n , 进口压力为0 . 0 9 8 6 k P a , 出口压力为0 . 5 M P a , 转 速5 1 5 0 r / m in , 配套电机型号为 Y G F 1 0 0 0 4 , 额 定功率为 1 9 0 0 0 k W, 额定电压为 1 0 k V, 额定电 流为1 2 5 3 A , 采用软启动器降压启动。 1 高炉鼓风机的工艺流程 高炉鼓风机的工艺流程如图 1 所示。风机由 电机及透平机驱动。当自然气体流经风机高速旋 转的叶轮时, 在叶轮与隔板所形成的通道内, 经逐 级压缩达到所需的工况参数 。 2 喘振的形成和危害 高炉鼓风机担负着向高炉供风的任务, 其运 送风 阀 逆止阀 1 静防喘振阕 、 图 1 高炉鼓风机的工艺流程图 行情况直 接影响高炉的正常生产。鼓风机工作 时, 如果工艺系统管网阻力增加, 出口压力增高, 流量下降, 叶片气流冲角增大, 在叶片背面产生气 体分离, 形成脱离区, 导致鼓风机排气压力突然下 降, 脱离区一般随着压力下降分离消失, 压力再升 时又产生气体分离。这种分离反复发生形成喘 振, 严重时还会出现气体的倒流。喘振使叶片产 生强烈振动, 鼓风机机壳内温度急剧升高, 大大降 4 6 宽艨扳 第 l 9卷 低风机的使用寿命 】 。 3 防喘振原理 在正常稳定工况条件下, 鼓风机的静叶角度 固定不变, 喉部差压也随着静叶角度保持稳定。 一 旦工况不稳定就会导致管网阻力增大, 流量减 小 , 排气压力随之上升。管网阻力与高炉工况有 关 , 很难控制 , 只有从流量着手 , 即在喘振 即将发 生时, 增大鼓风机出口流量, 以减小管网阻力、 降 低鼓风机排气压力, 从而避免喘振的发生 J 。 4 防喘振系统的硬件组成 4. 1 PL C . P L C作为整个系统的大脑, 负责从仪表读取 数据并根据数据控制防喘阀动作。鼓风机是高炉 的心脏, 为了保证安全运行, 选用了西门子 s 7 4 0 0 系列 C P U 4 1 4 H组成热备冗余控制系统。 4 . 2 防喘振阀 2台防喘振 阀设置在鼓风机 的出 口处 , 作为 整个防喘振 系统 的执行机构。正 常工况下 P L C 通过 P I D控制调节防喘振阀开度, 采用4 2 0 m A 标准信号控制, 信号线性对应阀门开度。当 P L C 输出 4 mA时 , 防喘振 阀全开 ; P L C输 出 2 0 mA 时, 防喘振阀全关。当 P L C检测到鼓风机即将发 生喘振时, 通过控制 2个电磁阀失电快速打开 防 喘振 阀, 增加鼓风机 的流量 , 从而避免喘振的发 生。防喘振阀具有快开慢关的特点, 可以防止气 流振荡 】 。 4 . 3 检测仪表 仪表作为整个系统的眼睛, 时刻监视各个数 据, 并反馈给 P L C 。防喘振系统中主要的检测数 据包括鼓风机喉部差压、 排气压力以及人 口温度。 喉部差压和排气压力用来计算鼓风机是否即将进 入喘振状态, 入口温度用来对喉部差压进行温度 补偿。 5 鼓风机防喘振数据 5 . 1 喘振点 鼓风机机组安装和试车完毕后, 须现场进行 喘振试验, 测试鼓风机在静叶不同开度时喘振点 临界排气压力。喘振试验时, 鼓风机送风阀门关 闭, 防喘振阀和放风阀全开。当静叶达到指定角 度时, 逐渐关小防喘振阀憋压, 测试鼓风机喘振点 临界送风压力。舞钢的鼓风机静叶开度范围为 1 4 。 到 7 9 。 , 选取 3 2 。 、 4 2 。 、 5 2 。 和 6 2 。 角度实测各喘 振点临界排气压力。通过试验 , 得出喘振点数据 见表 l 所示。 表1 喘振试验获得的喘振点数据 5 . 2 喘振线和防喘振线 根据实际经验, 防喘振点 的喉部差压取值 比 喘振点喉部差压大 6 %, 排气压力小 6 % , 其表达 式为 A p 防 碍 旨 掘 点△ p 喘 振 点 1 6 % 1 p 防 喘 振 点 p 喘 振 点 1 6 % 2 式中 a p 防 喘 振 点一防喘振点喉部差压; 卸 喘 振 点 . 一喘振点喉部差压; P 防 喘 振 点一 防喘振点排气压力; P 喘 振 点一 喘振点排气压力。 将表 I 喘振点数据代入公式 1 和 2 计算, 得出防喘振点数据见表 2 。 表 2 计算得出的防喘振点数据 将喉部差压作为坐标的 轴, 排气压力作为 第 2期 卓园等 自动控制在高炉鼓风机防喘振系统中的应用 4 7 Y 轴, 确定各喘振点和防喘振点的位置, 分别连接 各喘振点和防喘振点形成喘振线和防喘振线, 如 图 2所示。 时 出 巅 O 5 1 O l 5 喉部差压/ k P a 图 2 喘振线 、 防喘振线和防喘振阀 自动调节线 5 . 3 喘振线和防喘振线表达式 喘振线和防喘振线均由选取 的4个实测点和 0点之间依次连接 的直线组成 , 由表 l 、 表 2和图 2可列出喘振线表达式如下 当 0 ≤△ p3 . 4 2时 , 3 3 7 . 8. p 喘 振 _ p ; 当 3 . 4 2 ≤△ p5 . 0 7时 , △ p 3 3 7 . 8 ;5 0 7 4 2 喘 振一 . 一3 . 。; 当 5 . O 7 ≤卸 6 . 2 4时, p 喘 幅 △ p 4 2 6 . 6 p 蝴 卸 ‘ 当 6 . 2 4 ≤卸 1 9 . 7 6时, _P 喘 振 5 3 6 . 6 列出防喘振线表达式如下 当O≤卸 3 . 6 3时, 31 7. 5 3。 p 防 喘 _ 4 p 当 3 . 6 3 ≤△ p 5 . 3 7时, △ p 3 1 7 . 5 33 1 5 3 p 防 喘 _ j _ -丽 p 当 5 . 3 7 ≤△ p6 . 6 2时 , 嘲 △ p 4 0 1 p 防 嘴 _ _ 丽△ lp 4 u l 当 6 . 6 2 ≤△ p1 0 . 3 5时 , 1 0 3 5 6 6 2卸 4 8 5 . 0 4 防 喘一 . 一 . 。 。 -t‘ J ‘ u ’ 当 △ p ≥1 0 . 3 5时, p 防 喘 5 0 4 . 4 式中 p 喘 振一喘振压力 ; P 防 喘一 防喘振压力; 卸 一喉部差压。 5 . 4 防喘振阀自动调节线 为方便操作, 将防喘振线横坐标不变, 纵坐标 乘以9 2 %作为防喘振阀自动调节线, 其表达式为 防喘振线表达式乘以 9 2 %。在不同工况下, 如果 工况点超越自动调节线, 则 2台防喘振阀切换为 自动状态。 6 温度补偿 温度对空气密度影响很大, 温度越低空气密 度越大, 鼓风机出口压力越高。为保证鼓风机在 一 年四季各个气温环境下安全运行并发挥最佳性 能, 特引入温度补偿这一概念。选取夏季室温 2 6 . 8 5℃ 绝对温度3 0 0 K 时鼓风机喉部差压作 为标准值, 一 4 0 c I 到 6 o℃范围内补偿后喉部差 压与鼓风机人 口绝对温度成正比, 表达式如下 当 t 人 口≤- 4 0时 , 却 戤 一 4 0 2 7 3 . 1 5 x 当 - 4 0 2 蛙 排气压力 P 、 . P 例系数较 、\/ / 丕塾 蕉 _P I D调节防喘振阀开度卜 _ 一 喘振压 _ 一 _ j Y 图3 防喘振控制系统原理图 企业的高炉生产都曾经受到鼓风机喘振 的影响。 掌握防喘振系统的组成和控制策略, 可以有效预 防喘振的发生, 进而提高高炉鼓风机的使用寿命。 参考文献 1 续魁昌, 王洪强, 盖京方. 风机手册[ M] . 第 2 版. 北京 机械工 业 出版社 . 2 0 1 1 . 2 杨缨, 陈奇福. 高炉鼓风机防喘振控制系统的改造[ J ] . 金属 材料与冶金工程. 2 0 0 7 , 3 5 2 5 0 5 2 . 3 顾蓉. 鼓风机组防喘振自 动控制回路的设计与应用[ J ] .梅 山科技 , 2 0 0 6 2 1 6 2 1 . 卓 园, 男, 2 0 0 7 年毕业于安徽工业大学测 控技术与仪 器专业, 助理工程师。 收稿 日期 2 0 1 3~ 0 21 5
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