段倫俊

(山東鋼鐵萊蕪分公司能源動(dòng)力廠,山東萊蕪271104)

高爐鼓風(fēng)機(jī)防喘系統(tǒng)控制程序優(yōu)化改造

段倫俊

(山東鋼鐵萊蕪分公司能源動(dòng)力廠,山東萊蕪271104)

萊鋼能源動(dòng)力廠銀前1#機(jī)組性能與高爐冶煉工況不匹配，為確保高爐正常穩(wěn)定生產(chǎn)，通過對(duì)防喘系統(tǒng)控制程序優(yōu)化改造，提高1#機(jī)組性能同時(shí)節(jié)約了生產(chǎn)成本。

高爐;風(fēng)機(jī)工況;改造

1 概述

高爐鼓風(fēng)機(jī)是煉鐵過程中的核心動(dòng)力設(shè)備，為高爐冶煉提供一定壓力和溫度的壓縮空氣。能源動(dòng)力廠銀前區(qū)域現(xiàn)有高爐鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，擔(dān)負(fù)著5、6#兩座1080 m3高爐的冷風(fēng)供應(yīng),年供冷風(fēng)能力達(dá)31億m3。其中1#風(fēng)機(jī)為AV56-13機(jī)組；2#、3#風(fēng)機(jī)為AV63-14機(jī)組。

2 現(xiàn)狀分析

從實(shí)際運(yùn)行情況看，1#風(fēng)機(jī)供風(fēng)時(shí)，冷風(fēng)放散率平均為22%，2#、3#風(fēng)機(jī)供風(fēng)時(shí)，冷風(fēng)放散率平均為9%；1#風(fēng)機(jī)放散率明顯高于2#、3#機(jī)組，主要原因是1#機(jī)組與高爐不匹配，同時(shí)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的防喘控制系統(tǒng)存在以下問題：

(1)不具有溫度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能；

(2)防喘線設(shè)定的安全余度大，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行區(qū)域相應(yīng)減少；

(3)系統(tǒng)控制相應(yīng)的敏捷性較差。因此，有必要對(duì)1#風(fēng)機(jī)的防喘控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

3 技術(shù)優(yōu)化與改進(jìn)方案

改進(jìn)后的防喘系統(tǒng)控制程序通過溫度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償盡可能減少機(jī)組放散從而達(dá)到節(jié)能的效果，其具有優(yōu)越的特點(diǎn)：

3.1 由于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性能曲線的存在和同步顯示距離喘振的風(fēng)壓值，可以使風(fēng)機(jī)在一年四季中的大部分時(shí)間里保持較高的性能空間。

為了更加準(zhǔn)確預(yù)測喘振的產(chǎn)生，改進(jìn)后的防喘系統(tǒng)控制程序改變了以往防喘振線對(duì)喉部差壓進(jìn)行補(bǔ)償?shù)氖侄?，以風(fēng)機(jī)性能測試為依據(jù)，建立起完整的補(bǔ)償模型，對(duì)整條防喘振線進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，隨時(shí)使防喘線和風(fēng)機(jī)不同狀態(tài)下的性能準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了防喘線的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，避免了單純采用夏季曲線浪費(fèi)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(xiǎn),工況點(diǎn)則采用實(shí)際工況，盡可能真實(shí)反應(yīng)機(jī)組性能空間，客觀反應(yīng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 與舊的防喘振系統(tǒng)相比，去掉喘振預(yù)警線，同時(shí)對(duì)喘振調(diào)節(jié)線進(jìn)行了優(yōu)化，起到迅速響應(yīng)和穩(wěn)定調(diào)節(jié)的作用，使工況點(diǎn)盡可能接近防喘振線運(yùn)行，客觀上提高了同等性能空間的有效利用。

改進(jìn)后的防喘系統(tǒng)控制程序去掉了喘振預(yù)警線，同時(shí)對(duì)喘振調(diào)節(jié)線進(jìn)行了優(yōu)化，放棄了常規(guī)的PID調(diào)節(jié)方式，充分利用PLC的速度高、支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、編程方式靈活等運(yùn)算優(yōu)勢，對(duì)工況變化趨勢進(jìn)行采集、分析、預(yù)測，建立快速和精確的控制算法，合理的調(diào)節(jié)控制輸出，使工況在穩(wěn)定輸出的同時(shí)，能夠快速響應(yīng)意外情況。而在快速響應(yīng)的同時(shí)，根據(jù)實(shí)際變化的趨勢，快速趨于穩(wěn)定。

如圖1，改進(jìn)后的控制程序調(diào)節(jié)器的響應(yīng)曲線分三階段，其中 a段為快速響應(yīng)階段，在擾動(dòng)產(chǎn)生的初期快速反應(yīng)，確保風(fēng)機(jī)工況迅速回調(diào)。b段為穩(wěn)定調(diào)節(jié)階段，根據(jù)初始調(diào)節(jié)后的工況進(jìn)行判斷、預(yù)測并調(diào)節(jié)，確保調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定性和安全性。c段為穩(wěn)定區(qū)域，此時(shí)工況點(diǎn)應(yīng)壓住防喘線或者位于阻力線上，風(fēng)機(jī)穩(wěn)定供風(fēng)。

圖1 工況點(diǎn)響應(yīng)曲線

3.3 允許工況點(diǎn)壓線運(yùn)行，之前所采取的放風(fēng)使工況點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘振線的現(xiàn)象得以避免，減少甚至關(guān)閉放風(fēng)，起到節(jié)能降耗的作用。

原防喘系統(tǒng)下工藝對(duì)操作的要求，是盡量使工況點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘振線，以避免撞到防喘振線而造成快速大量放風(fēng)。通常的操作是：正常情況下風(fēng)機(jī)運(yùn)行在在高阻力的位置上。相同阻力的下，工況點(diǎn)隨著靜葉角度的增加，會(huì)沿著該阻力線運(yùn)行，阻力越大，阻力線就越高。圖2中最上面的阻力線會(huì)使工況點(diǎn)非常接近防喘振曲線的斜線部分，即 A點(diǎn)，這里成為操作者最擔(dān)心的地方，于是就打開防喘振閥，使工況點(diǎn)落下來，到達(dá) B點(diǎn)。而這樣會(huì)使送風(fēng)壓力不足，為了提高送風(fēng)壓力，就要增加靜葉角度，使工況點(diǎn)沿著下面一條阻力線向右上方移動(dòng)。達(dá)到 C點(diǎn)。經(jīng)過這樣操作后工況點(diǎn)離開了斜線區(qū)域，增加了和防喘線的距離。移動(dòng)的過程增加了喉部差壓，從△P0到△P1，喉部差壓可以反應(yīng)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(jìn)后的防喘控制程序允許工況點(diǎn)接近并達(dá)到防喘線，因此在操作的時(shí)候，根據(jù)高爐的需求調(diào)節(jié)靜葉角度，工況點(diǎn)沿防喘線移動(dòng)達(dá)到需要的壓力，此時(shí)防喘閥完全關(guān)閉或者打開很小的角度，因而節(jié)約了以往被放空的風(fēng)量。

圖2 工況調(diào)節(jié)示意圖

4 效果驗(yàn)證

1#機(jī)組2012年12月20日控制程序升級(jí)改造完成后投入系統(tǒng)運(yùn)行，截至2013年2月初運(yùn)行穩(wěn)定達(dá)到了預(yù)期的改造效果。

4.1 防喘性能曲線根據(jù)氣溫變化動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；

4.2 實(shí)現(xiàn)了防喘系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，工況點(diǎn)壓線運(yùn)行功能。

4.3 防喘閥全關(guān)狀態(tài)下電動(dòng)放風(fēng)閥開度由原先的平均20%以上降低到5%左右。

經(jīng)過改造前后對(duì)比分析，銀前 1#AV56-13鼓風(fēng)機(jī)成功進(jìn)行防喘控制程序升級(jí)改造后效果見表1。

表1 1#機(jī)組送風(fēng)參數(shù)對(duì)比表

4.4 改進(jìn)優(yōu)化后的防喘振調(diào)節(jié)功能快，使防喘振的調(diào)節(jié)過程更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定，保證了快速的變化響應(yīng)，進(jìn)一步確保了工藝管網(wǎng)的穩(wěn)定性。

5 效益計(jì)算

1#機(jī)組投運(yùn)來歷年1月份參數(shù)對(duì)比見表2。

改造后送風(fēng)壓力較原先有所提高，歷史壓力最高達(dá)到350 kPa，冷風(fēng)耗汽降低了0.159 t/萬m3

表2 1#機(jī)組汽耗對(duì)比表

改造后2013年1#機(jī)組作為主力機(jī)組運(yùn)行，全年按運(yùn)行10個(gè)月計(jì)算，年冷風(fēng)量：

3000m3/min60×24×30×10=129600萬m3

年節(jié)約蒸汽量：

129600萬m3×0.159 t/萬m3=20606.4 t

年節(jié)約生產(chǎn)成本：

20606.4 t×3.6588×35=2638814.37元

通過2013年1月份全月運(yùn)行情況看，1#機(jī)組防喘系統(tǒng)控制程序升級(jí)改造后運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的改造效果，標(biāo)志著防喘系統(tǒng)控制程序升級(jí)改造在萊鋼的首次成功應(yīng)用，同時(shí)2013年全年預(yù)計(jì)節(jié)約生產(chǎn)成本263萬余元，為萊鋼節(jié)能降耗打下了良好的基礎(chǔ)，并為下一步其他機(jī)組防喘控制程序升級(jí)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(yè)于青島大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事熱動(dòng)技術(shù)工作。