高炉鼓风机防喘振控制系统的改造.pdf

第 3 5卷第 2期 2 0 0 7年 3月 金 属 材 料与 冶 金 工程 ME TAL MATE RI AL S AND ME TA LL URGY E NGI NE ERI NG VO 1 ． 3 5 No ． 2 Ma r c h 2 0 0 7 高炉鼓风机防喘振控制系统的改造 杨缨，陈奇福 涟源钢铁集团有限责任公 司，湖南娄底4 1 7 0 0 9 摘 要 结合涟钢高炉 1 鼓风机防喘振控制系统改造的具体实例，介绍了喘振的形成和危害，阐述 了防喘振控 制的原理及控制系统 的实现方法 。 关键词 鼓风机；防喘振控制；P L C防喘振控制系统 中图分类号 T F 3 2 5 ． 6 2 文献标识码 A 文章编号1 0 0 5 6 0 8 4 2 0 0 7 0 2 5 0 0 3 RECONS TRUCTI ON OF PREVENTD G S URGE CONTROL S YS TEM FOR THE AI R BLOⅧR I N THE BLAS T F UR ACE Y AN G Y i n g ，C HE N Qi - f u L i a n y u a n I r o n＆S t e e l G r o u p C o ． L t d ． ，L o u d i 4 1 7 0 0 9 ，C h i n a ABS T RACT Ac c o r d i n g t o t h e i n s t a n c e o f the r e c o n s t r u c ti o n o f p r e v e n ti n g s u r g e c o n t r o l s ys t e m f o r the a i r b l o we r i n the b l a s t f u r n a c e a t l i a n g a n g， the f o r m a t i o n a n d h a r m o f s ur g e we r e mos tly i n tro d u c e d，an d the p r i n c i p l e an d r e a l i z i n g me tho d o f p r e v e n t i ng s ur g e c o n tro l we r e e xp o u n d e d． KEY W ORDSa i r b l o we r ；p r e v e n t i n g s urg e c o n tr o l；p r e v e n ti n g s u r g e P L C c o n tr o l s y s t e m 涟源钢铁集团有限责任公司炼铁厂 高炉 1 电动鼓风机组于 1 9 9 8年建成投入运行 。鼓风机 组型号 D1 2 0 0 3 ． 0 ／ 0 ． 9 8 陕西鼓风机厂制造 ， 为三级叶轮压缩机 ，进 口流量 1 2 0 0 m3 ／ mi n ， 风机进口压力 0 ． 0 9 6 ／i P a ．出口压力 0 ． 2 9 4MP a ， 所配 电机 型号 YK S 7 0 1 1 2 ．电机 功率 4 0 0 0 k W。电压等级 6 k V。此鼓风机属离 心式鼓风 机。可供炼铁厂 、3 、4 高炉中任意一座高炉 生产的所需。防喘振控制系统改造前 ，曾经发 生过高炉炉况波动 ．造成风机发生喘振 ，鼓风 机叶片损坏 ，高炉 闭风 ，风 口灌渣 ，高炉休风 停产的重大事故。该公司责成该厂请来了鼓风 机厂专家一道进行研究 ．分析事故原因 ，着手 进行整改。事故分析结果 原 常规仪表构成 的 防喘振控制系统达不到要求 。响应滞后 。在送 风管路 产生倒压时没有及时打开防喘振 阀。发 生喘振 。据此 。该厂决定将防喘振控制系统改 为采用 响应速度更快、可靠性更高的 S 7 4 o 0 P L C组成的 自动防喘振控制系统。 1 1 样 鼓风机工 艺流程 风机工艺流程如图 1 所示 。当 自然气体流 经风机 高速旋转 的叶轮时 ，气体 在叶轮 、隔板 所形成的流道内 ，经逐级压缩后 ，达到所需 的 工况参数 ，1 风机经三级叶轮的串联工作达到 收稿 日期 2 0 0 6 1 2 2 8 作者简介 杨缨 1 9 6 9 一 ，男 ，工程师 ，主要从事 电气设计工作 。 维普资讯 2 0 0 7年第 2期 杨 缨等高炉鼓风机防喘振控制系统的改造 5 1 所需要的压力和流量。 放风阗 图 1 1 风机 工 艺流程 1 一 电机 ；2 一 风机 ；3 一 进 口压力测点 ； 4 一 进 口流量测点 ；5 一 吸入风室 2 喘振 的形成及危害 2 ． 1 喘振 的形成 在进气量过小时 ，在叶片凸面侧 将出现气 流分离现象 ，当气流分离现象严重时 ．造成压 缩机排出压力降低 ，如果管 网容量较大 ．压力 较高 ，则管 网压力 大于排 出压力 ，使压缩机排 出流量减小 ，加剧气 流分离现象 ，连锁反应的 结果 ，会使 压缩 机排 出流量 为零 ．甚 至为 负 管网向压缩机倒流 ，但管网压力也不是维 持 不变的 ，随着管网向工艺管线排气 ．它的压力 也在下 降 ，当下降 到低 于压缩 机排 出压 力 时 因压缩机仍在旋转 ，产生压力 ，压缩机又会 向管网排气 ，使管 网压力 回升 ，如果管网阻力 线不变 ，则又会周而复始地重复上述循环 、形 成气流的忽大忽小忽进忽出的 “ 喘振” 。 2 ． 2 喘振的危害 压缩机的性能显著恶化 ，供气参数 压力 、 流量 大幅度波动 ，破坏 了生产工艺系统的稳 定性 ；使机组各部件承受 过高 的动应力 ．叶轮 叶片 、螺栓等紧 固部件逐渐松弛 ，轴颈、轴 承等滑动部件加速磨损。尤其对推力轴承产生 冲击力，破坏润滑油膜的稳定性，使轴承合金 产生疲劳裂纹 ，甚至烧毁 ；破坏机器原安装质 量 ，使各部分间隙发生变化 ，引起动、静部件 的摩擦 ，甚至使转 子发生弯 曲变形 压缩机连 续发生 喘振消耗额定功率近 4 0 ％，大部分转变 为热量 ，使其 内部结构承受高温 ，某些零部件 容易烧 毁变形 ；电流 急剧增大 ，急剧减小 ，对 供电设 备造成 冲击 ．影 响附近其 它设备 的正常 运转 ．干扰操作人员 的正常工作 ，使一些仪表 失灵或 降低准确性 密封元件容 易损坏 ，各 级 之间失 常 ，振动加剧 ，推力瓦烧毁 ，严重时大 量气体外逸 ．引起爆炸等恶性事故。 3 防喘振控制原理 从 喘振形成过程可 以看出 ，在一定 的排气 压力下 ，防止压缩机流量过小 ．就能避免喘振。 然而 ．工艺管网的阻力线是一定的 ，所 以在工 厂实际应用 中经常采用 “ 机后放空法”来增大 压缩机流量 。 设压缩风机实行 定吸人流量 ．当排 出压力 升高超过 喘振线时 ．则 自动增 大压缩机的排 出 流量 ．工作点移动至喘振线 以下 的区域。保证 工艺所需 的流量 ，将多余的流量机后放空。 4 防喘振控制 系统[ 1 ,2 J 防喘振控制 目的是改变 管网系统 的特性 ， 从而使风机的运行工况点在喘振线右下侧 见 图 2 。为确保安全 ，预先设计一条称为 “ 防喘 振线”的保护 曲线 。当风机运行 的工况点接近 该线 时 ，自动发 出报警信号 。防喘振控制的实 质就是使风机运行在对应流量下 的喘振线下方。 根据风机制造厂在现场对 1 鼓风机进行实测的 数据 ．经计算转换绘制得 出的喘振线如图 2所 图 2防喘振 曲线 1 一 喘振线 ；2 一 报警线 ；3 一 工况点 维普资讯 5 2 金 属 材 料与 冶 金工 程 V O l -3 5 No ． 2 示 ，Y轴为 出 口压力与进 口压力 的 比值 P c ／ ， 轴为工况进 口流量 Qi ，图 2中的黑点 为工况点 运行点 。该厂把喘振线往右移 0 ． 5 ％ 作为 防喘振控制线 ，在图中未 画出，把喘振线 往右移 5 ％作为报警线，当工况点接近报警线 自 动发出报警信号以提醒操作人员注意 。 工况点为图 2上实时移动 的工作点 ，该点 参数满足 Q j ＼ ／ m 3／ h V j P c { 02 857 一 】 式中Q 进 口流量 ； 流量系数 ； A p 进 口差压 ； A p 进 出 口差压 ； 进 口风 温 ； ／ P ． 经过 温度补偿 出 口压力与进 口压力比值。 喘振线将性能曲线分成稳定和不稳定区。机 组 正 常 运 行 时 ，控 制 系 统 控 制 运 行 点 O P o p e r a t i o np o i n t 在稳定区运行 ，为防止运行 点接近喘振线。当压缩机运行点在防喘振控制线 右侧时 ，控制系统输出 D C 2 0～ 4mA的电流 对 应防喘振阀开度为 0 ％～1 0 0 ％ ，实时调节以满 足高炉用风的需要。1 风机排出压力最高可达到 2 2 0 k P a ；当压缩机运行点即将到达防喘振线时 ， 防喘振算法设计为打开防喘振阀；当运行点接近 防喘振线 ，并有继续靠近的趋势时防喘振控制将 以 P I D回路控制防喘振阀，使 O P保持在控制点 处。如果防喘振控制无法将 O P保持在控制点处 ， O P仍 向左移动 ，一旦 O P点接近喘振线时立 即 打口防喘振放风阀，防止喘振发生。 防喘振控制系统如图 3所示，控制系统设有 控制器 ，它将 X d ，X d 比较后把最大值，即最有 利 于放风阀开启 的控制偏差输至 P I 控制 回路 。 为控制偏差 ，X d f P c 一 为生产实际 运行点 的所允许 的最小流量 ，经过入 口压力 、 温度修正后 的实际流量。 放风阀 图 3 防喘振 控制 系统 X d 为出口限压偏差。1 鼓风机出口排出压 力设置为 P≤ 2 2 0 k P a 。 正常运行 时，X d 、X d 都小于 0 。另外 ，系 统 中的非线性放大器 VG调整控制增益使其满 足 其一 ，运行点在防喘振线上或右侧 ，用设定 的常规控制器增益进行操作；其二，运行点超过 B防喘振控制线 ，控制器切换到比当前值大 5倍 的增益 ，这样就可以非常快速及时地纠正偏差。 5 P L C防喘振控 制系统组成及 配置 本系统为安全起见 ，设一独立的 O S工作站 兼做 E S工程师站 对 1 鼓风机进行控制 ，防 喘振控 制系统 由 S i e me n s 公 司的 S 7 4 0 0控制 器组成 ，控制 器 中带有 C P 4 4 3 1以太 网卡 ， 并 留有 接 口与公 司管理 网络联结 控制站采用 Wi n d o o ws 2 0 0 0操作系统和西门子 Wi n C C 6 ． 0组 态软件 ，控制器采用 S T E P 7 V5 ． 2进行编程。 6 辅助控 制 防喘振控制 系统 为本控制系统的核心 ，设 置 自动及手动状态 ．在 自动状态时由 P L C进行 全过程 自动跟踪控制。当在手动状态时 ，操作 下转第 4 3页 维普资讯 2 0 0 7年第 2期 曾小龙等 对 F e Al C r 耐热烧结矿的结构 分析 4 3 图 7 氧 化 过程 中第 9组 烧 结 矿 A1 6 ％，C r 1 5 ％质量的 抛物 性 变化 图 8 3 烧 结矿氧 化 1 4 h后 所 产 生 的氧 化层 一 烧 结矿 分界 面 的 微 观结 构 ’ 期阶段出现 ，使得 F e 一 一 C r 烧结矿的生产 遇到了一些技术阻碍Ⅲ。氧气经常聚集于烧结矿 表面的气孔里 ，人们试图通过在烧结矿里放置 少量 的铝颗粒 ，以阻止氧气 的扩散传播 ，这个 问题还需要更进一步的讨论研究。 3 结 论 F e 一 一 C r 烧结矿拥 有着 良好 的抗氧化 性 ，这是因为其表面覆盖了一层紧凑的氧化皮 ， 主 要 由 F e C r 2 0 4 、 F e C r A1 2 0 4等 氧 化 物 及 F e 2 0。 、C r 2 0 3 的固液混合物构成 ，这些氧化物在 氧化过程 中会 自动填充 进烧 结矿 内部气 孔 中， 这就是为什么孔隙度不高于 6 ％ 的 F e 一 一 C r 烧结矿氧化后能够拥有与无 孔合金一样好的耐 热性能的原因。 参考文献 [ 1 ] 中南矿冶学院． 烧结球 团机械设备 [ M] ．北京 冶 金工业 出版社 ．1 9 7 8 ． 2 0 3 4 ． [ 2 ] 唐先觉． 我 国烧结工业现状及 面临的问题 [ J ] ． 烧 结 球 团 ，1 9 9 5 ，2 4 3 1 5 1 8 ． [ 3 ] T Mr o we c ，T We b e r ．No w o c z e s n e T wo r z y wa Z a r o o d p o me[ J ] ． WN T，W wa ，1 9 7 8 ． 1 1 2 2 6 3 0 ． [ 4 ] L P a n d e y ，S P r a k a s h ，M L Me h t a ．E l e c t r o c h e m． S o c [ J ] ．S o l i d S t a t e S c i ． T e c h n o l ，1 9 9 2 ，1 3 5 3 03 5 ． [ 5 ] M H u n t z ，G B e n A b d e r r a z i k ， G Mo u l i n ．A p p 1 ． S u r f[ M] ．S c i ，1 9 8 7 ． [ 6 ] I We i ，F H S t o t t[ J ] ． C o r r o s ． S c i ． ，1 9 8 9 ，1 8 2 1 21 5． [ 7 ] J N o w a c k i ， D R y l s ， I n z C y n i e r i a Ma ter i a l o w a [ M] ． Ne w O r l e a n B i u l e t n WAT ，1 9 9 6 ． 3 2 3 6 ． 上接第 5 2页 人员可在操作站对 防喘振阀及 放风 阀进行手动 调节 。同时还根据工艺设 备提出的各种参数对 风机进行启停控制及报警 ，对风机的主要参数 进行跟踪监测 。为方便控 制及观察作 了 6个主 要 画面 风机控 制系统主 画面 ；防喘振画 面 ； 风机启动 、停机 、报警 画面 ；动态参数列表 ； 富氧画面 ；趋势查询。这里不再赘述。 7 结 语 防喘振系统 已投入运行近一年 ，控制效果 良好 ，完全满足工艺要求 ，方便现场控制及 操 作人员观察 ，达到了预期 的效果。再没有 因风 机发生喘振而引起高炉闭风停产的事故。 参考文献 [ 1 ] 夏德海 ，何 功晟 ．钢铁 企业过程检测和控制 自动 化 设计手册[ Z ] ． 北京 冶金工业出版社 ，2 0 0 0 ． [ 2 ] 编 写组．透平鼓 风机站设 计[ M] ．武 汉 武 汉钢铁 设计研究 院出版社 。1 9 8 1 ． 维普资讯