摘 要：文章主要針對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)喘振問(wèn)題進(jìn)行了分析，并對(duì)引發(fā)喘振問(wèn)題的因素進(jìn)行了深入討論。從傳感器技術(shù)入手，有針對(duì)性的提出了改善喘振問(wèn)題的方法，并最終提出有效的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：喘振問(wèn)題；高爐鼓風(fēng)機(jī)；控制；傳感器

引言

大型高爐以及中型高爐運(yùn)行過(guò)程中大多采用軸流式風(fēng)機(jī)或者離心式風(fēng)機(jī)。相比較于離心式風(fēng)機(jī)，軸流式風(fēng)機(jī)體積小、質(zhì)量輕且容量相對(duì)較大，并且運(yùn)行中氣流阻損相對(duì)較小，因而其效率相對(duì)較高。當(dāng)壓力發(fā)生改變時(shí)，風(fēng)量不會(huì)變化，因而令高爐運(yùn)行更加穩(wěn)定。但是由于其特性曲線相對(duì)較陡，因而其穩(wěn)定工作區(qū)相對(duì)較窄，運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)喘振問(wèn)題，并且由于其直接連接高爐，不設(shè)置儲(chǔ)氣罐，因此更易出現(xiàn)喘振問(wèn)題。

1 影響因素分析

分析鼓風(fēng)機(jī)特性可以看出，若鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量低于某一風(fēng)壓其運(yùn)行會(huì)不穩(wěn)定。此時(shí)受到周期波動(dòng)負(fù)荷影響，轉(zhuǎn)子會(huì)發(fā)生軸向竄動(dòng)，軸瓦燒壞繼而將葉片打碎。這便是鼓風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象，相對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)的常態(tài)運(yùn)行，喘振為鼓風(fēng)機(jī)失常工況，因此對(duì)于高爐鼓風(fēng)機(jī)，必須要避免喘振問(wèn)題的發(fā)生，以此確保高爐的正常運(yùn)行。通常判斷鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象的方法為，當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓一定時(shí)，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行判斷，若流量超出喘振流量則發(fā)生喘振現(xiàn)象；當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓一定時(shí)，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓進(jìn)行判斷，若風(fēng)壓超出喘振壓力，則判定為喘振發(fā)生。但是宏觀分析喘振特征可以看出，出了流浪和風(fēng)壓外，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)軸位移以及軸振動(dòng)和風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行判斷也可以及時(shí)檢測(cè)喘振現(xiàn)象。文章主要以傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)喘振現(xiàn)象綜合判斷技術(shù)進(jìn)行了論述，以此提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，主要有兩方面原因?qū)е麓瘳F(xiàn)象發(fā)生：首先，實(shí)際運(yùn)行流量<喘振流量；其次，出口壓力<管網(wǎng)壓力。除此之外，氣體入口溫差過(guò)大以及氣體分子量變化較大、靜葉角快速變化均可能成為喘振現(xiàn)象發(fā)生的原因。

2 控制方法

針對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)喘振問(wèn)題的控制方法主要有兩種，一種為開(kāi)環(huán)控制方法，另一種為閉環(huán)控制方法。開(kāi)環(huán)控制方法為被動(dòng)控制，通過(guò)設(shè)置防喘振曲線，對(duì)防喘振控制進(jìn)行設(shè)定，從而對(duì)防喘振閥進(jìn)行控制，確保鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定。閉環(huán)控制方法則為主動(dòng)控制，通過(guò)反饋系統(tǒng)將鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，從而令鼓風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)始終維持在喘振區(qū)。對(duì)防喘振線進(jìn)行設(shè)定。喘振線應(yīng)當(dāng)處于風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)左上方，此時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生喘振問(wèn)題，若運(yùn)行點(diǎn)位于喘振線左上，那么超出安全運(yùn)行區(qū)，喘振現(xiàn)象發(fā)生。若運(yùn)行點(diǎn)恰好在喘振線上，那么風(fēng)機(jī)運(yùn)行處于喘振發(fā)生臨界狀態(tài)，這種狀態(tài)是不允許的。因而實(shí)際的運(yùn)行中風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)必須保證處于安全區(qū)，即喘振線右下方。并且一旦運(yùn)行點(diǎn)向左上方移動(dòng)，即靠近喘振線，則系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)及時(shí)向操作人員報(bào)警。為此可以在喘振線前設(shè)置警報(bào)線、緊急放風(fēng)線等。其中，放風(fēng)線便是調(diào)節(jié)器設(shè)定線，該設(shè)定線的縱坐標(biāo)為風(fēng)機(jī)吐出壓力，橫坐標(biāo)為吐出流量。對(duì)于控制器的設(shè)置，可以講防喘振設(shè)定曲線作為相應(yīng)的設(shè)定值，并對(duì)鼓風(fēng)機(jī)入口風(fēng)壓、流量等進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合檢測(cè)值對(duì)防喘振閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。若風(fēng)壓一定，實(shí)際流量地域與須知，則打開(kāi)防喘振閥，增大風(fēng)量。而若風(fēng)量一定，風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)壓超過(guò)允許值，則打開(kāi)防喘振閥，降低吐出風(fēng)壓，令運(yùn)行點(diǎn)原理喘振線。若防喘振控制系統(tǒng)由于某些因素?zé)o法對(duì)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行控制時(shí)，則可以利用聯(lián)鎖將全部防喘振閥打開(kāi)進(jìn)行緊急放風(fēng)。出了上述方式外，以下四種方式也可以有效控制喘振現(xiàn)象的發(fā)生。

2.1 分程控制

放風(fēng)控制閥范圍可以依照實(shí)際需要予以調(diào)節(jié)，分程控制可以有效增大可調(diào)范圍。分程控制是將同一控制器信號(hào)同時(shí)發(fā)送至兩個(gè)或兩個(gè)以上控制閥，依照工藝需求，控制閥在相應(yīng)的范圍內(nèi)對(duì)放風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。為了增加防喘振閥的控制調(diào)節(jié)范圍，可以在高爐鼓風(fēng)機(jī)上設(shè)置主防喘振閥和副防喘振閥，增加防風(fēng)量范圍，提高放風(fēng)的反應(yīng)速度。當(dāng)控制器發(fā)出信號(hào)，首先啟動(dòng)反應(yīng)迅速的副防喘振閥（一般為小型防喘振閥），從而穩(wěn)定放風(fēng)。若需要提高防風(fēng)量，那么在控制器發(fā)出信號(hào)時(shí)啟動(dòng)主防喘振閥（一般為大型防喘振閥）。主副放風(fēng)和主副防喘振閥動(dòng)作的分程范圍設(shè)置是按放風(fēng)要求決定的。主防喘振閥開(kāi)、閉時(shí)間如下。緊急放風(fēng)時(shí)：全開(kāi)小于10秒。一般情況時(shí)：全開(kāi)36秒左右，全閉30秒左右。根據(jù)這些要求可以確定主副放風(fēng)的分程動(dòng)作的范圍。根據(jù)以上要求確定主、副防喘振閥的開(kāi)度和調(diào)節(jié)器的輸出方程為：

y副=Ax

y主=Bx-C

式中：x為調(diào)節(jié)器輸出，y為閥門開(kāi)度.A，B，C為正常數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)確定。當(dāng)A=2.5，B=1.7，C=0.67，主、副防喘振閥對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)器的輸出響應(yīng)。

2.2 變?cè)鲆婵刂?/p>

根據(jù)控制系統(tǒng)的增益改變來(lái)影響控制系統(tǒng)響應(yīng)的方法，可以制定防喘振控制的變?cè)鲆婵刂撇呗浴？梢愿鶕?jù)高爐鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)與其在防喘振線上右邊的工作點(diǎn)的距離來(lái)確定控制系統(tǒng)增益。把控制器的增益看作是防喘振線右側(cè)工作點(diǎn)與防喘振線上對(duì)應(yīng)工作點(diǎn)的距離的函數(shù)即控制器增益P=f（-e）。變?cè)鲆婵刂破髟谝话憧刂破鞯谋容^部件與PI部件之間并上一個(gè)非線性環(huán)節(jié)。由于防喘振閥的關(guān)閉速度過(guò)快也會(huì)將鼓風(fēng)機(jī)推人喘振狀態(tài)。為此，需要采用非對(duì)稱方式作為防喘振調(diào)節(jié)器輸出，從而使調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)增大時(shí)產(chǎn)生延時(shí)，即慢關(guān)防喘振閥。從上可以看出變?cè)鲆婵刂撇呗詮母郀t鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)人喘振區(qū)域的幅度方面進(jìn)行了有效的控制，但還沒(méi)有對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)人喘振區(qū)域的速度進(jìn)行控制，為此采用微分控制策略來(lái)對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)人喘振區(qū)域的速度進(jìn)行控制。

2.3 微分控制

對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)人喘振區(qū)域的速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制是十分必要的。我們知道微分運(yùn)算可以檢測(cè)出信號(hào)的變化率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

△u=Td■

通過(guò)微分運(yùn)算計(jì)算出防喘振線和風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)之間的偏差信號(hào)，從而得出工作點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度。若工作點(diǎn)移動(dòng)速度被檢測(cè)出過(guò)快，那么鼓風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象發(fā)生率上升，此時(shí)需要將防喘閥開(kāi)度增大。防喘振控制器對(duì)工作點(diǎn)用速度的判斷主要是通過(guò)對(duì)控制偏差減小速率的監(jiān)測(cè)得出。通過(guò)上述分析可以看出，該種方式可以有效控制高爐鼓風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的速度，從而避免其進(jìn)入喘振區(qū)域，結(jié)合變?cè)鲆婵刂品?，不但可以從速度方面消除喘振現(xiàn)象，還能夠有效控制幅度因素引發(fā)的喘振危險(xiǎn)，從而有效提高了喘振的預(yù)防效果。

2.4 防喘振線自適應(yīng)調(diào)整控制

高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中鼓風(fēng)機(jī)的葉片由于工作環(huán)境很容易被污漬覆蓋或者發(fā)生侵蝕，并且空氣成份的變化以及內(nèi)冷器積污的變化都會(huì)改變喘振線位置。若喘振線位置改變而防喘振設(shè)置曲線不便，那么安全裕度會(huì)相應(yīng)降低，鼓風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)很容易便會(huì)達(dá)到防喘振線，繼而令系統(tǒng)打開(kāi)放空閥，引發(fā)系統(tǒng)波動(dòng)。為避免該種現(xiàn)象的出現(xiàn)，穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行，需要依照實(shí)際情況對(duì)防喘振線進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而提高安全裕度。實(shí)際操作中應(yīng)當(dāng)依照喘振次數(shù)對(duì)喘振安全裕度進(jìn)行適當(dāng)增大，令響應(yīng)線右移。防喘振系統(tǒng)每檢測(cè)到喘振信號(hào)，系統(tǒng)可以依照平移量將響應(yīng)線右移，但是需要注意，應(yīng)當(dāng)限制每次的最大平移量。系統(tǒng)彎沉平移后，由調(diào)節(jié)器向操作者反饋相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，從而便于操作者對(duì)喘振發(fā)生原因進(jìn)行判斷，并有針對(duì)性的確定消除方案。操作者通過(guò)復(fù)位鍵可以令響應(yīng)線復(fù)位。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為高爐煉鐵的重要設(shè)備，鼓風(fēng)機(jī)起到了重要作用，為高爐運(yùn)行提供動(dòng)力，但實(shí)際操作中，喘振問(wèn)題始終影響著高爐煉鐵的效率、質(zhì)量以及安全，因而如何有效消除喘振問(wèn)題成為了人們技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)。通過(guò)上述分析可以看出，喘振問(wèn)題上是可以消除預(yù)防的，通過(guò)有效的控制方式更能夠確保鼓風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，從而提高高爐的安全性、穩(wěn)定性。

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