徐永強(qiáng)

（北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司京唐運(yùn)行事業(yè)部，河北唐山 063200）

前言

在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中為了滿足高爐生產(chǎn)負(fù)荷變化的要求，設(shè)置了靜葉定位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它是通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)的動(dòng)靜葉片，從而實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)風(fēng)量和壓力的調(diào)節(jié)。軸流壓縮機(jī)在轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，利用改變靜葉開(kāi)度達(dá)到調(diào)節(jié)排氣流量和壓力。為了靈活操作，在PLC 內(nèi)部設(shè)置了流量/壓力選擇開(kāi)關(guān)，可以按高爐實(shí)際生產(chǎn)工況的需要選擇回路為定風(fēng)量調(diào)節(jié)或定風(fēng)壓調(diào)節(jié)。

1 改造目的

穩(wěn)定送風(fēng)，是高爐穩(wěn)定的必要條件。熱風(fēng)爐換爐時(shí)，高爐入爐風(fēng)量風(fēng)壓存在波動(dòng)，相當(dāng)于短時(shí)間內(nèi)給高爐減小、增加風(fēng)量。短時(shí)間內(nèi)的入爐風(fēng)量、風(fēng)壓變化，會(huì)引起爐內(nèi)氣流波動(dòng)，直接影響爐況，特別是爐況順行基礎(chǔ)較差時(shí)容易造成高爐爐況惡化，增加不穩(wěn)定因素。研究如何確保高爐熱風(fēng)爐換爐時(shí)入爐風(fēng)量風(fēng)壓穩(wěn)定，對(duì)高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行十分必要。

2 改造方案

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)原控制方式為，定風(fēng)壓控制模式下確保風(fēng)機(jī)出口壓力（PIT110-3）達(dá)到設(shè)定的壓力值；定風(fēng)量控制模式下，確保風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量（FI110）達(dá)到設(shè)定的流量值。

按照高爐的生產(chǎn)要求，熱風(fēng)爐換爐時(shí)需要進(jìn)行壓力控制，熱風(fēng)爐換爐結(jié)束后需要進(jìn)行流量控制。為此對(duì)現(xiàn)有的控制模式進(jìn)行改進(jìn)，增加了定風(fēng)壓、定風(fēng)量自動(dòng)控制模式。通過(guò)優(yōu)化管路設(shè)計(jì)，利用風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制程序，實(shí)現(xiàn)高爐入爐風(fēng)量的相對(duì)平穩(wěn)。

（1）現(xiàn)場(chǎng)均壓管路敷設(shè)、儀表安裝；（2）電纜敷設(shè)、柜內(nèi)設(shè)備安裝接線；（3）硬件添加、畫(huà)面制作、歷史趨勢(shì)添加；（4）定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制模式轉(zhuǎn)換邏輯修改；（5）新增設(shè)備程序編制、靜葉角度限制程序修改、流量壓力控制塊參數(shù)修改；（6）定風(fēng)量/定風(fēng)壓控制模式轉(zhuǎn)換程序、定風(fēng)量/定風(fēng)壓切換到手動(dòng)模式程序修改；（7）定風(fēng)量控制分析；（8）定風(fēng)壓控制分析；（9）換爐時(shí)定風(fēng)壓、手動(dòng)模式的參數(shù)對(duì)比分析。

3 改造的實(shí)施過(guò)程

3.1 現(xiàn)場(chǎng)均壓管路敷設(shè)、儀表安裝

圖1 紅色管路為需要新增熱風(fēng)爐均壓管路，在現(xiàn)有高爐冷風(fēng)流量計(jì)與高爐冷風(fēng)放散閥之間接點(diǎn)，敷設(shè)均壓管路DN400 至熱風(fēng)爐各路原有均壓閥組前接點(diǎn)。在均壓管路主管新增流量計(jì)、電動(dòng)閥用于自動(dòng)均壓?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備新增均壓管流量計(jì)、均壓閥、入爐冷風(fēng)風(fēng)量前壓力。

圖1 冷風(fēng)均壓改造圖

3.2 電纜敷設(shè)、柜內(nèi)設(shè)備安裝接線

2#風(fēng)機(jī)PLC柜至1#高爐熱風(fēng)爐PLC柜敷設(shè)1根30 芯信號(hào)電纜，2#風(fēng)機(jī)PLC 柜至1#、3#風(fēng)機(jī)PLC 柜分別敷設(shè)1根30芯信號(hào)電纜。

3#風(fēng)機(jī)PLC柜至2#高爐熱風(fēng)爐PLC柜敷設(shè)1根12 芯、1 根3 芯信號(hào)電纜，3#風(fēng)機(jī)PLC 柜至1#、2#風(fēng)機(jī)PLC柜分別敷設(shè)1根16芯信號(hào)電纜。

風(fēng)機(jī)PLC 柜新增信號(hào)隔離器12 個(gè)、信號(hào)倍增器26個(gè)、模擬量輸入模塊6個(gè)、雙極空開(kāi)6個(gè)。

3.3 硬件添加、程序編制

1#、2#、3#風(fēng)機(jī)新增A200.10、A200.11 模塊。1#、2#、3#風(fēng)機(jī)新增設(shè)備控制程序添加為FT201-3、ZT201、FT201-2、PT201-2、PT201-3、PT201-4。定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制模式轉(zhuǎn)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(huà)面制作

對(duì)于1#高爐，1#、2#、3#風(fēng)機(jī)上位新增均壓管流量FT201-3、新增均壓閥閥位ZT201、入爐冷風(fēng)風(fēng)量FT201-2、放散閥前壓力PT201-2、入爐冷風(fēng)風(fēng)量前壓力PT201-3、入爐熱風(fēng)壓力PT201-4。

對(duì)于2#高爐，1#、2#、3#風(fēng)機(jī)上位新增均壓管流量FT202-3、新增均壓閥閥位ZT202、入爐冷風(fēng)風(fēng)量FT202-2、放散閥前壓力PT202-2、入爐冷風(fēng)風(fēng)量前壓力PT202-3、入爐熱風(fēng)壓力PT202-4。

新增定風(fēng)量、定風(fēng)壓手自動(dòng)切換按鈕，換爐信號(hào)上位顯示塊。從自動(dòng)切手動(dòng)的條件畫(huà)面制作為：回路故障切手動(dòng)，換爐時(shí)間超時(shí)切手動(dòng)，撥風(fēng)閥動(dòng)作切手動(dòng)，靜葉角度限副切手動(dòng)，靜葉角度上限切手動(dòng)，設(shè)定流量與實(shí)際流量偏差過(guò)大切手動(dòng)，設(shè)定壓力與實(shí)際壓力偏差過(guò)大切手動(dòng)，入爐風(fēng)量與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量偏差過(guò)大切手動(dòng)，入爐風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓偏差過(guò)大切手動(dòng)，防喘偏差過(guò)大切手動(dòng)。

3.5 定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制模式轉(zhuǎn)換邏輯修改

風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)處于定風(fēng)量操作，根據(jù)爐況變化，進(jìn)行加風(fēng)或者減風(fēng)操作。當(dāng)熱風(fēng)換爐時(shí)，若此時(shí)按定風(fēng)量操作，則風(fēng)壓降低，引起爐況不穩(wěn)定，故應(yīng)采用定風(fēng)壓操作。熱風(fēng)爐換爐結(jié)束后，再轉(zhuǎn)入定風(fēng)量操作。兩者之間的切換見(jiàn)圖3。

圖3 改造前后邏輯圖對(duì)比

在定風(fēng)壓、定風(fēng)量自動(dòng)控制模式下，熱風(fēng)爐的開(kāi)始換爐信號(hào)和結(jié)束換爐信號(hào)由高爐送至風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主控室UCP 柜，當(dāng)PLC 接收到熱風(fēng)爐的開(kāi)始換爐信號(hào)時(shí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行定風(fēng)壓控制，當(dāng)PLC 接收到熱風(fēng)爐的結(jié)束換爐信號(hào)時(shí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行定風(fēng)量控制，如此風(fēng)機(jī)在定風(fēng)壓、定風(fēng)量之間自動(dòng)切換，滿足了生產(chǎn)工藝的需求。

3.6 定風(fēng)量/定風(fēng)壓切換到手動(dòng)模式程序修改

(1)回路故障切手動(dòng)。給1#高爐供風(fēng)時(shí)，1#高爐冷風(fēng)壓力、流量、靜葉回路故障時(shí)退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。給2#高爐供風(fēng)時(shí)，2#高爐冷風(fēng)壓力、流量、靜葉回路故障時(shí)退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(2)設(shè)定流量與實(shí)際流量偏差過(guò)大切手動(dòng)。設(shè)定流量與實(shí)際流量偏差大于等于1 000 m3/min 時(shí)退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(3)入爐風(fēng)量與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量偏差過(guò)大切手動(dòng)。入爐風(fēng)量與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量偏差大于等于3 000 m3/min時(shí)退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(4)設(shè)定壓力與實(shí)際壓力偏差過(guò)大切手動(dòng)。設(shè)定壓力與實(shí)際壓力偏差大于等于0.1 MPa 時(shí)退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(5)入爐風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓偏差過(guò)大切手動(dòng)。入爐風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓偏差大于等于0.1 MPa 時(shí)退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(6)換爐時(shí)間超時(shí)切手動(dòng)。熱風(fēng)爐換爐時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能，換爐時(shí)間上限為15 min。

(7)防喘偏差過(guò)大切手動(dòng)。風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)到達(dá)防喘振控制線線，即裕度≥-1%，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(8)撥風(fēng)閥動(dòng)作切手動(dòng)。任何一套撥風(fēng)閥(總共4 套撥風(fēng)系統(tǒng)）動(dòng)作，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。以撥風(fēng)閥操作按鈕輔點(diǎn)為撥風(fēng)閥動(dòng)作聯(lián)鎖信號(hào)。

(9)靜葉角度上限切手動(dòng)。設(shè)置靜葉角度上限80%，超過(guò)上限時(shí)退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(10)靜葉角度限副切手動(dòng)。設(shè)置靜葉角度限副為充風(fēng)信號(hào)來(lái)之前當(dāng)前靜葉角度加25°，超過(guò)限副時(shí)退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(11)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)切手動(dòng)。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)第三步激活，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(12)風(fēng)機(jī)第四步激活切手動(dòng)。風(fēng)機(jī)第四步激活，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(13)風(fēng)機(jī)第六步激活切手動(dòng)。風(fēng)機(jī)第六步激活，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

3.7 流量壓力控制塊參數(shù)修改

定風(fēng)量時(shí)點(diǎn)擊Higher 按鈕一次設(shè)定流量增加10 m3/min，點(diǎn)擊Lower按鈕一次設(shè)定流量減少10 m3/min。定風(fēng)壓時(shí)點(diǎn)擊Higher按鈕一次設(shè)定壓力增加1 kPa，點(diǎn)擊Lower按鈕一次設(shè)定壓力減少1 kPa。

3.8 換爐時(shí)定風(fēng)壓、手動(dòng)模式的參數(shù)對(duì)比

圖4 中①為新增入爐冷風(fēng)風(fēng)量前壓力，②為風(fēng)機(jī)靜葉角度，③為新增均壓管流量。

圖4 手動(dòng)模式與定風(fēng)壓模式趨勢(shì)圖對(duì)比

4 改造實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題

熱風(fēng)爐換爐均壓波動(dòng)幅度大，見(jiàn)圖5。熱風(fēng)爐均壓閥門(mén)打開(kāi)瞬時(shí)，風(fēng)量下浮約波動(dòng)300 m3/min，上浮200 m3/min。

圖5 波動(dòng)趨勢(shì)圖

定風(fēng)壓時(shí)，風(fēng)機(jī)總風(fēng)量未變化，但瞬間一部分風(fēng)量用于均壓充風(fēng)、壓力突然下降，入爐風(fēng)壓、風(fēng)量突然減小，時(shí)間短，反饋給風(fēng)機(jī)再進(jìn)行調(diào)整滯后。

均壓閥門(mén)調(diào)整有“四擋”，造成風(fēng)壓、風(fēng)量有“四擋”的變化，風(fēng)機(jī)反饋在換擋時(shí)滯后，造成波動(dòng)幅度大。解決均壓閥門(mén)開(kāi)度“換擋”均勻，實(shí)現(xiàn)無(wú)擋切換（或多擋切換，以保證風(fēng)機(jī)調(diào)整及時(shí)，風(fēng)壓波動(dòng)最?。ㄟ^(guò)均壓閥門(mén)開(kāi)度勻速打開(kāi)，解決了此問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制模式添加完自動(dòng)控制模式后，增強(qiáng)了爐況的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)定風(fēng)量、定風(fēng)壓之間無(wú)擾動(dòng)切換，滿足了熱風(fēng)爐的生產(chǎn)需求，有效解決了操作工手動(dòng)操作帶來(lái)的時(shí)間滯后，對(duì)高爐穩(wěn)定高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

換爐周期60 min，每座高爐每天換爐24 次，換爐充壓時(shí)間15 min，通過(guò)過(guò)程的風(fēng)量加權(quán)平均計(jì)算，風(fēng)量增加500 m3/min，每噸鐵風(fēng)耗按800 m3計(jì)算，每座高爐日增產(chǎn)225 t，每座高爐年增產(chǎn)81 000 t。