【摘要】 本文介绍了高炉鼓风机主体设备及炉鼓风机组的工艺流程。根据高炉鼓风机的控制要求,给出了自动控制系统设计的原理与框架。实现了风机流量控制与防喘振等核心功能,在风机的安全可靠和经济运行方面发挥了重要作用。
【关键词】 风机流量防喘振
1 引言
高炉鼓风机是钢铁企业保证高炉稳产、高产的核心设备。鼓风机的控制系统如果出现异常,其后果将有可能造成高炉停产、风机毁坏等重大事故,严重时甚至造成高炉报废,给钢铁企业造成不可估量的损失。因此高炉鼓风机送风量的大小,风压平稳与否,保护措施得当与否,直接表明控制系统质量的好坏。
采用轴流压缩机替代国内钢铁企业较多使用的离心压缩机,将极大地降低能耗,产生很大经济效益。本文主要介绍采用瑞士苏尔寿AV系列风机的监控系统。
2 高炉风机
2.1 风机系统构成及工艺
本系统由一台盘车电机及相应的减速机构、主电机、增速箱、一台全静叶可调的轴流式风机、动力油站、润滑油站和各种辅助设备组成。
图1为轴流压缩机组的工艺流程。可以看出,对于鼓风机系统,空气在经过滤风室之后进入鼓风机。鼓风机对其做功后将其从排风管道排出。排风管道分成3路分别通向主风门、防喘振阀和电动放风阀。当机组处于正常的工况时,防喘振阀和电动放风阀都处于关闭状态,鼓风机排出的空气由主风门通向高炉。如果风机工作点进入了防喘震控制,则控制系统将打开防喘振阀进行放风,从而降低风机的出口压力,使风机的工作点远离喘振边界。防喘阀分为大阀和小阀,大、小防喘阀为分程控制方式,分程节点为小阀开度的60%。小阀先开后关,大阀后开先关。关阀时,大阀先关,小阀关至60%而后再全关。当两个防喘振阀均出现故障,不能正常工作时,操作人员用手动控制电动放风阀完成放风操作。
2.2 高炉鼓风机控制要求
高炉鼓风机的主要性能参数有送风量、排气(出口)压力、转速、静叶角度、效率等。描绘这些参数之间关系的曲线称为特性曲线。从喘振边界到阻塞线的范围称为稳定工况区,高炉鼓风机必须在稳定工况区内工作。高炉鼓风机控制和保护系统的主要作用是保证高炉正常生产所需的风量或者供风的压力,并确保高炉鼓风机长期、安全的运行,其具体内容和要求随高炉鼓风机及驱动装置的形式而异。大、中型高炉的高炉鼓风机一般应设置有以下几种控制:保持给定风量不变的定风量控制,保持供风压力不变的定风压控制,防止高炉鼓风机发生喘振、逆流、转子轴温超限、转子轴位移超限、转子轴振动超限等保护功能,为维持系统正常工作的辅助设备控制功能等。
3 控制系统结构设计
由于全静叶可调式轴流压缩机属于大型高速旋转设备,用于高炉送风时被称做“高炉心脏”设备,它的运行状态将直接影响高炉的生产。因此,高炉压缩机控制站硬件选用西门子S7-400系列高端PLC,该系列PLC具有高可靠性、强大的运算能力、完善的自诊断功能、强大的联网能力,具有CPU冗余能力等功能。工程师站(ES)和操作员站(OS)选用西门子工业PC机并在WindowsXP下安装西门子WinCC人机界面平台软件、西门子工业以太网卡CP1613;监控站完成画面调用、参数修改设定、趋势记录、报警,报表生成与打印等功能。交换机选用西门子工业以太网交换机OSM-ITP62。
4 重要功能的实现
4.1 定风量/定风压调节系统
全静叶可调式轴流压缩机的叶片组由多级旋转叶片和若干级静止叶片组成。静叶可调是指静叶角度可以通过控制系统来调整。轴流压缩机对风量或风压的调节是通过调整压缩机静叶角度来实现的。静叶角度调节回路是由内环控制和外环控制形成的串级回路组成,如图2所示。
在压缩机从启动、增速、加载到运行过程中,随着压缩机工状态的变化,控制回路在定风量、定压力、手动、自动状态间进行切换,这些状态的切换在任何条件下必须是没有扰动的,通过软件内部的无扰动切换功能,使操作人员感到轻松随意,消除误操作的顾虑。
4.2 防喘振控制
由于喘振的根源是由于排气压力过高引起的,机组发生喘振时对应的排气压力称为喘振压力。防喘振调节的关键是防喘振控制曲线的设定,它不但会影响鼓风机的安全程序,而且也会影响鼓风机的运行范围和能量放空,是防喘振控制系统中的控制调节核心。防喘振控制曲线由空气压缩比、吸风温度、静叶位置、转子转速和风机出口风量组成。
在风机准备投入运行时,由制造厂对风机做风机特性试验和喘振试验。根据实测出的鼓风机喉部差压(DP)与排气压力P的函数关系即可得出风机的特性曲线和喘振曲线。
全静叶可调式轴流压缩机的喘振点都采取现场实测获得,即在不同的静叶角度下,测量对应的喘振压力,一般至少测量5至7点。将测量的点用折线连接即可绘出横坐标为喉部差压,纵坐标为排气压力参数的曲线,称为该机组的喘振线。将喘振线纵坐标参数下移5%-10%得到该机组的防喘振线。防喘振线如图3所示,图中防喘振线②是将喘振线纵坐标参数下移5%得到的。
5 结语
结合本文研究工作所开发及规范的苏尔寿AV系列风机控制系统己投入实际运行,在工业现场经过一年的正常运行表明:控制系统的性能稳定,控制效果良好,特别是防喘振曲线的在线显示和控制己在风机的安全可靠和经济运行方面发挥了重要作用,达到了预期的各项指标。
参考文献:
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