高爐鼓風機防喘系統控制程序優化改造

段倫俊

(山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠,山東萊蕪271104)

高爐鼓風機防喘系統控制程序優化改造

段倫俊

(山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠,山東萊蕪271104)

萊鋼能源動力廠銀前1#機組性能與高爐冶煉工況不匹配，為確保高爐正常穩定生產，通過對防喘系統控制程序優化改造，提高1#機組性能同時節約了生產成本。

高爐;風機工況;改造

1 概述

高爐鼓風機是煉鐵過程中的核心動力設備，為高爐冶煉提供一定壓力和溫度的壓縮空氣。能源動力廠銀前區域現有高爐鼓風機3臺，擔負著5、6#兩座1080 m3高爐的冷風供應,年供冷風能力達31億m3。其中1#風機為AV56-13機組；2#、3#風機為AV63-14機組。

2 現狀分析

從實際運行情況看，1#風機供風時，冷風放散率平均為22%，2#、3#風機供風時，冷風放散率平均為9%；1#風機放散率明顯高于2#、3#機組，主要原因是1#機組與高爐不匹配，同時現有風機的防喘控制系統存在以下問題：

(1)不具有溫度動態補償功能；

(2)防喘線設定的安全余度大，風機的運行區域相應減少；

(3)系統控制相應的敏捷性較差。因此，有必要對1#風機的防喘控制系統進行優化改造。

3 技術優化與改進方案

改進后的防喘系統控制程序通過溫度動態補償盡可能減少機組放散從而達到節能的效果，其具有優越的特點：

3.1 由于動態補償性能曲線的存在和同步顯示距離喘振的風壓值，可以使風機在一年四季中的大部分時間里保持較高的性能空間。

為了更加準確預測喘振的產生，改進后的防喘系統控制程序改變了以往防喘振線對喉部差壓進行補償的手段，以風機性能測試為依據，建立起完整的補償模型，對整條防喘振線進行溫度和壓力補償，隨時使防喘線和風機不同狀態下的性能準確對應，實現了防喘線的動態補償，避免了單純采用夏季曲線浪費性能空間而僅采用冬季曲線在夏季可能因工況接近喘振線而造成危險,工況點則采用實際工況，盡可能真實反應機組性能空間，客觀反應風機的運行狀態。

3.2 與舊的防喘振系統相比，去掉喘振預警線，同時對喘振調節線進行了優化，起到迅速響應和穩定調節的作用，使工況點盡可能接近防喘振線運行，客觀上提高了同等性能空間的有效利用。

改進后的防喘系統控制程序去掉了喘振預警線，同時對喘振調節線進行了優化，放棄了常規的PID調節方式，充分利用PLC的速度高、支持浮點數運算、編程方式靈活等運算優勢，對工況變化趨勢進行采集、分析、預測，建立快速和精確的控制算法，合理的調節控制輸出，使工況在穩定輸出的同時，能夠快速響應意外情況。而在快速響應的同時，根據實際變化的趨勢，快速趨于穩定。

如圖1，改進后的控制程序調節器的響應曲線分三階段，其中 a段為快速響應階段，在擾動產生的初期快速反應，確保風機工況迅速回調。b段為穩定調節階段，根據初始調節后的工況進行判斷、預測并調節，確保調節過程的穩定性和安全性。c段為穩定區域，此時工況點應壓住防喘線或者位于阻力線上，風機穩定供風。

圖1 工況點響應曲線

3.3 允許工況點壓線運行，之前所采取的放風使工況點遠離防喘振線的現象得以避免，減少甚至關閉放風，起到節能降耗的作用。

原防喘系統下工藝對操作的要求，是盡量使工況點遠離防喘振線，以避免撞到防喘振線而造成快速大量放風。通常的操作是：正常情況下風機運行在在高阻力的位置上。相同阻力的下，工況點隨著靜葉角度的增加，會沿著該阻力線運行，阻力越大，阻力線就越高。圖2中最上面的阻力線會使工況點非常接近防喘振曲線的斜線部分，即 A點，這里成為操作者最擔心的地方，于是就打開防喘振閥，使工況點落下來，到達 B點。而這樣會使送風壓力不足，為了提高送風壓力，就要增加靜葉角度，使工況點沿著下面一條阻力線向右上方移動。達到 C點。經過這樣操作后工況點離開了斜線區域，增加了和防喘線的距離。移動的過程增加了喉部差壓，從△P0到△P1，喉部差壓可以反應流量變化，△P1的流量顯然大于△P0，可是多余的流量并沒有送到高爐去，而是被打開的防喘閥放掉了。

而改進后的防喘控制程序允許工況點接近并達到防喘線，因此在操作的時候，根據高爐的需求調節靜葉角度，工況點沿防喘線移動達到需要的壓力，此時防喘閥完全關閉或者打開很小的角度，因而節約了以往被放空的風量。

圖2 工況調節示意圖

4 效果驗證

1#機組2012年12月20日控制程序升級改造完成后投入系統運行，截至2013年2月初運行穩定達到了預期的改造效果。

4.1 防喘性能曲線根據氣溫變化動態補償；

4.2 實現了防喘系統自動調節，工況點壓線運行功能。

4.3 防喘閥全關狀態下電動放風閥開度由原先的平均20%以上降低到5%左右。

經過改造前后對比分析，銀前 1#AV56-13鼓風機成功進行防喘控制程序升級改造后效果見表1。

表1 1#機組送風參數對比表

4.4 改進優化后的防喘振調節功能快，使防喘振的調節過程更加準確和穩定，保證了快速的變化響應，進一步確保了工藝管網的穩定性。

5 效益計算

1#機組投運來歷年1月份參數對比見表2。

改造后送風壓力較原先有所提高，歷史壓力最高達到350 kPa，冷風耗汽降低了0.159 t/萬m3

表2 1#機組汽耗對比表

改造后2013年1#機組作為主力機組運行，全年按運行10個月計算，年冷風量：

3000m3/min60×24×30×10=129600萬m3

年節約蒸汽量：

129600萬m3×0.159 t/萬m3=20606.4 t

年節約生產成本：

20606.4 t×3.6588×35=2638814.37元

通過2013年1月份全月運行情況看，1#機組防喘系統控制程序升級改造后運行穩定，達到了預期的改造效果，標志著防喘系統控制程序升級改造在萊鋼的首次成功應用，同時2013年全年預計節約生產成本263萬余元，為萊鋼節能降耗打下了良好的基礎，并為下一步其他機組防喘控制程序升級改造提供了良好的借鑒。

Upgrading of the Control Program for Anti-surge System of Blast Furnace Blower

Duan Lunjun

(The Power Plant of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

The performance of the Yingqian No.1 generator unit of Laiwu Steel’s power plant did not match the operation conditions of the blast furnaces.In order to ensure normal and stable production of the blast furnaces,through optimizing transformation of the control program for the anti-surge system the performance of No.1 generator unit was improved and production cost reduced.

blast furnace;condition of the blower;transformation

TH44

B

1006-6764（2015）06-0039-03

2014-12-30

段倫?。?981-），男，2005年畢業于青島大學熱能與動力工程專業，本科學歷，工程師，現從事熱動技術工作。