高爐鼓風機風量風壓控制系統改造項目的分析與研究

徐永強

（北京首鋼自動化信息技術有限公司京唐運行事業部，河北唐山 063200）

前言

在風機系統中為了滿足高爐生產負荷變化的要求，設置了靜葉定位調節系統。它是通過調整風機的動靜葉片，從而實現冷風風量和壓力的調節。軸流壓縮機在轉速恒定時，利用改變靜葉開度達到調節排氣流量和壓力。為了靈活操作，在PLC 內部設置了流量/壓力選擇開關，可以按高爐實際生產工況的需要選擇回路為定風量調節或定風壓調節。

1 改造目的

穩定送風，是高爐穩定的必要條件。熱風爐換爐時，高爐入爐風量風壓存在波動，相當于短時間內給高爐減小、增加風量。短時間內的入爐風量、風壓變化，會引起爐內氣流波動，直接影響爐況，特別是爐況順行基礎較差時容易造成高爐爐況惡化，增加不穩定因素。研究如何確保高爐熱風爐換爐時入爐風量風壓穩定，對高爐長期穩定運行十分必要。

2 改造方案

風機系統原控制方式為，定風壓控制模式下確保風機出口壓力（PIT110-3）達到設定的壓力值；定風量控制模式下，確保風機吸入風量（FI110）達到設定的流量值。

按照高爐的生產要求，熱風爐換爐時需要進行壓力控制，熱風爐換爐結束后需要進行流量控制。為此對現有的控制模式進行改進，增加了定風壓、定風量自動控制模式。通過優化管路設計，利用風機自動控制程序，實現高爐入爐風量的相對平穩。

（1）現場均壓管路敷設、儀表安裝；（2）電纜敷設、柜內設備安裝接線；（3）硬件添加、畫面制作、歷史趨勢添加；（4）定風量、定風壓控制模式轉換邏輯修改；（5）新增設備程序編制、靜葉角度限制程序修改、流量壓力控制塊參數修改；（6）定風量/定風壓控制模式轉換程序、定風量/定風壓切換到手動模式程序修改；（7）定風量控制分析；（8）定風壓控制分析；（9）換爐時定風壓、手動模式的參數對比分析。

3 改造的實施過程

3.1 現場均壓管路敷設、儀表安裝

圖1 紅色管路為需要新增熱風爐均壓管路，在現有高爐冷風流量計與高爐冷風放散閥之間接點，敷設均壓管路DN400 至熱風爐各路原有均壓閥組前接點。在均壓管路主管新增流量計、電動閥用于自動均壓。現場設備新增均壓管流量計、均壓閥、入爐冷風風量前壓力。

圖1 冷風均壓改造圖

3.2 電纜敷設、柜內設備安裝接線

2#風機PLC柜至1#高爐熱風爐PLC柜敷設1根30 芯信號電纜，2#風機PLC 柜至1#、3#風機PLC 柜分別敷設1根30芯信號電纜。

3#風機PLC柜至2#高爐熱風爐PLC柜敷設1根12 芯、1 根3 芯信號電纜，3#風機PLC 柜至1#、2#風機PLC柜分別敷設1根16芯信號電纜。

風機PLC 柜新增信號隔離器12 個、信號倍增器26個、模擬量輸入模塊6個、雙極空開6個。

3.3 硬件添加、程序編制

1#、2#、3#風機新增A200.10、A200.11 模塊。1#、2#、3#風機新增設備控制程序添加為FT201-3、ZT201、FT201-2、PT201-2、PT201-3、PT201-4。定風量、定風壓控制模式轉換程序修改，靜葉角度限制程序修改。硬件配置如圖2。

圖2 硬件配置圖

3.4 畫面制作

對于1#高爐，1#、2#、3#風機上位新增均壓管流量FT201-3、新增均壓閥閥位ZT201、入爐冷風風量FT201-2、放散閥前壓力PT201-2、入爐冷風風量前壓力PT201-3、入爐熱風壓力PT201-4。

對于2#高爐，1#、2#、3#風機上位新增均壓管流量FT202-3、新增均壓閥閥位ZT202、入爐冷風風量FT202-2、放散閥前壓力PT202-2、入爐冷風風量前壓力PT202-3、入爐熱風壓力PT202-4。

新增定風量、定風壓手自動切換按鈕，換爐信號上位顯示塊。從自動切手動的條件畫面制作為：回路故障切手動，換爐時間超時切手動，撥風閥動作切手動，靜葉角度限副切手動，靜葉角度上限切手動，設定流量與實際流量偏差過大切手動，設定壓力與實際壓力偏差過大切手動，入爐風量與風機出口風量偏差過大切手動，入爐風壓與風機出口風壓偏差過大切手動，防喘偏差過大切手動。

3.5 定風量、定風壓控制模式轉換邏輯修改

風機正常運行時處于定風量操作，根據爐況變化，進行加風或者減風操作。當熱風換爐時，若此時按定風量操作，則風壓降低，引起爐況不穩定，故應采用定風壓操作。熱風爐換爐結束后，再轉入定風量操作。兩者之間的切換見圖3。

圖3 改造前后邏輯圖對比

在定風壓、定風量自動控制模式下，熱風爐的開始換爐信號和結束換爐信號由高爐送至風機系統主控室UCP 柜，當PLC 接收到熱風爐的開始換爐信號時風機系統開始執行定風壓控制，當PLC 接收到熱風爐的結束換爐信號時風機系統開始執行定風量控制，如此風機在定風壓、定風量之間自動切換，滿足了生產工藝的需求。

3.6 定風量/定風壓切換到手動模式程序修改

(1)回路故障切手動。給1#高爐供風時，1#高爐冷風壓力、流量、靜葉回路故障時退出定風壓、定風量功能。給2#高爐供風時，2#高爐冷風壓力、流量、靜葉回路故障時退出定風壓、定風量功能。

(2)設定流量與實際流量偏差過大切手動。設定流量與實際流量偏差大于等于1 000 m3/min 時退出定風壓、定風量功能。

(3)入爐風量與風機出口風量偏差過大切手動。入爐風量與風機出口風量偏差大于等于3 000 m3/min時退出定風壓、定風量功能。

(4)設定壓力與實際壓力偏差過大切手動。設定壓力與實際壓力偏差大于等于0.1 MPa 時退出定風壓、定風量功能。

(5)入爐風壓與風機出口風壓偏差過大切手動。入爐風壓與風機出口風壓偏差大于等于0.1 MPa 時退出定風壓、定風量功能。

(6)換爐時間超時切手動。熱風爐換爐時間過長，退出定風壓、定風量功能，換爐時間上限為15 min。

(7)防喘偏差過大切手動。風機運行工況點到達防喘振控制線線，即裕度≥-1%，退出定風壓、定風量功能。

(8)撥風閥動作切手動。任何一套撥風閥(總共4 套撥風系統）動作，退出定風壓、定風量功能。以撥風閥操作按鈕輔點為撥風閥動作聯鎖信號。

(9)靜葉角度上限切手動。設置靜葉角度上限80%，超過上限時退出定風壓、定風量功能。

(10)靜葉角度限副切手動。設置靜葉角度限副為充風信號來之前當前靜葉角度加25°，超過限副時退出定風壓、定風量功能。

(11)風機啟動時切手動。風機啟動時第三步激活，退出定風壓、定風量功能。

(12)風機第四步激活切手動。風機第四步激活，退出定風壓、定風量功能。

(13)風機第六步激活切手動。風機第六步激活，退出定風壓、定風量功能。

3.7 流量壓力控制塊參數修改

定風量時點擊Higher 按鈕一次設定流量增加10 m3/min，點擊Lower按鈕一次設定流量減少10 m3/min。定風壓時點擊Higher按鈕一次設定壓力增加1 kPa，點擊Lower按鈕一次設定壓力減少1 kPa。

3.8 換爐時定風壓、手動模式的參數對比

圖4 中①為新增入爐冷風風量前壓力，②為風機靜葉角度，③為新增均壓管流量。

圖4 手動模式與定風壓模式趨勢圖對比

4 改造實施過程中存在的問題

熱風爐換爐均壓波動幅度大，見圖5。熱風爐均壓閥門打開瞬時，風量下浮約波動300 m3/min，上浮200 m3/min。

圖5 波動趨勢圖

定風壓時，風機總風量未變化，但瞬間一部分風量用于均壓充風、壓力突然下降，入爐風壓、風量突然減小，時間短，反饋給風機再進行調整滯后。

均壓閥門調整有“四擋”，造成風壓、風量有“四擋”的變化，風機反饋在換擋時滯后，造成波動幅度大。解決均壓閥門開度“換擋”均勻，實現無擋切換（或多擋切換，以保證風機調整及時，風壓波動最小），通過均壓閥門開度勻速打開，解決了此問題。

5 結束語

定風量、定風壓控制模式添加完自動控制模式后，增強了爐況的穩定性，實現定風量、定風壓之間無擾動切換，滿足了熱風爐的生產需求，有效解決了操作工手動操作帶來的時間滯后，對高爐穩定高效生產奠定了基礎。

換爐周期60 min，每座高爐每天換爐24 次，換爐充壓時間15 min，通過過程的風量加權平均計算，風量增加500 m3/min，每噸鐵風耗按800 m3計算，每座高爐日增產225 t，每座高爐年增產81 000 t。