軸流鼓風(fēng)機(jī)防喘控制精細(xì)化調(diào)節(jié)實(shí)踐

王麟,周濤林,易君芝

(安源鋼鐵股份有限公司動力廠,江西萍鄉(xiāng)337042)

軸流鼓風(fēng)機(jī)防喘控制精細(xì)化調(diào)節(jié)實(shí)踐

王麟,周濤林,易君芝

(安源鋼鐵股份有限公司動力廠,江西萍鄉(xiāng)337042)

針對陜鼓AV63-15軸流鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，在控制系統(tǒng)軟件上改進(jìn)了防喘振系統(tǒng)溫度補(bǔ)償程序、壓力高時(shí)的調(diào)節(jié)程序兩項(xiàng)內(nèi)容，使軸流壓縮機(jī)運(yùn)行成本大幅下降。

防喘閥；貼線運(yùn)行；喘振曲線

1 鼓風(fēng)機(jī)工作流程

安源鋼鐵有限公司動力廠熱電車間有一套采用汽輪機(jī)帶動的AV63-15軸流壓縮機(jī)，陜鼓設(shè)計(jì)制造。該機(jī)組在2010年投入運(yùn)行，投入運(yùn)行后出現(xiàn)防喘閥過早打開，運(yùn)行中尚要有一定開度的不正常狀況。鼓風(fēng)機(jī)工作流程見圖1。

圖1鼓風(fēng)機(jī)工作流程簡圖

氣流首先通過進(jìn)氣管道進(jìn)入進(jìn)氣室，氣體流經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的動葉時(shí)，動葉將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能和動能，從而提高氣體的壓力和速度，然后通過與排氣法蘭連接的管道送入工藝系統(tǒng)供風(fēng)。鼓風(fēng)機(jī)工作時(shí)，如果工藝系統(tǒng)管網(wǎng)阻力增加，使機(jī)組出口壓力增高，流量下降，葉片氣流沖角增大，形成喘振，嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)氣體的倒流，使葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，并使機(jī)殼內(nèi)溫度急劇升高，損壞鼓風(fēng)機(jī)。為了防止喘振發(fā)生，在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置了兩個(gè)防喘振調(diào)節(jié)閥，根據(jù)實(shí)測的喘振線標(biāo)定防喘控制線，在接近排放線時(shí)，作為軸流鼓風(fēng)機(jī)的自控系統(tǒng)使防喘振閥打開，增加風(fēng)機(jī)出口流量，從而保證鼓風(fēng)機(jī)在安全區(qū)域內(nèi)運(yùn)行.

2 原系統(tǒng)在運(yùn)行中的問題

軸流鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)有時(shí)明顯還有能力承擔(dān)負(fù)荷時(shí)軟件自動保護(hù)已經(jīng)打開防喘閥放風(fēng)，造成風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力達(dá)不到高爐的情況，為了防止自動放風(fēng)的情況，正常運(yùn)行時(shí)需要將防喘閥打開一定的角度，增加風(fēng)機(jī)出口流量，使風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)上移，達(dá)到高爐壓力要求，這種運(yùn)行方式會浪費(fèi)大量的能源、并且制造大量的噪聲。

根據(jù)分析，造成以上情況的原因源自現(xiàn)有系統(tǒng)中對空氣溫度的補(bǔ)償沒有做好，現(xiàn)有的防喘閥開啟條件對比實(shí)際喘振試驗(yàn)數(shù)據(jù)冗余過大使風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作范圍過小。

3 改造方案

3.1 風(fēng)機(jī)喘振參數(shù)及現(xiàn)有設(shè)計(jì)

基于風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性，其在不同的氣候條件下所形成的喘振參數(shù)是不相同的，表1、表2是依據(jù)JB/T3165-1999《離心和軸流式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)熱力

性能試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，采用開式進(jìn)出氣試驗(yàn)方法，分別在30°，44.8°兩個(gè)靜葉角度下進(jìn)行了試驗(yàn)，后兩個(gè)角度為推算結(jié)果，現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1 試驗(yàn)喘振曲線參數(shù)表

從表1中的參數(shù)中看，冬天的喘振參數(shù)和夏天的喘振參數(shù)在排氣壓力、喉部壓差有明顯差別，同時(shí)風(fēng)機(jī)輸出的壓力也高一些。根據(jù)試驗(yàn)所得的喘振參數(shù)按最不利情況將防喘線參數(shù)設(shè)定為表2中參數(shù)。

表2 現(xiàn)有防喘振曲線參數(shù)

注：平均進(jìn)氣溫度24.4℃,逆流保護(hù)喉部壓差1.204 kPa。

從設(shè)定的參數(shù)上看防喘振曲線對比夏天喘振曲線來看是合適的，但是對比冬天喘振曲線就偏小。因?yàn)楝F(xiàn)有自控系統(tǒng)并不能準(zhǔn)確的換算不同進(jìn)氣溫度下的喘振曲線，只能根據(jù)設(shè)備在某一進(jìn)氣溫度下實(shí)測的喘振曲線進(jìn)行判斷，同時(shí)為了避免進(jìn)入喘振區(qū)域，對喉部差壓進(jìn)行補(bǔ)償，過度的壓低了風(fēng)機(jī)的輸出壓力，造成防喘閥長期開度過大（尤其是冬季）的情況。所以需要對自動控制系統(tǒng)增加溫度補(bǔ)償程序，使喘振曲線可以隨著溫度進(jìn)行變動，為操作工的操作提供直觀準(zhǔn)確的指導(dǎo)，同時(shí)為風(fēng)機(jī)發(fā)揮最大的潛能起到重要的作用。既要避免發(fā)生喘振，又要最大可能的發(fā)揮風(fēng)機(jī)的潛能。

3.2 防喘控制精細(xì)化調(diào)節(jié)方案

西安某公司開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“軸流鼓風(fēng)機(jī)防喘控制精細(xì)化調(diào)節(jié)軟件”專門應(yīng)用于對軸流鼓風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)升級解決該問題，具有以下特點(diǎn)：

（1）可以根據(jù)風(fēng)機(jī)在確定的流量下，其喘振點(diǎn)所對應(yīng)的能量頭是固定的原理，以喘振測試結(jié)果為依據(jù)，在軟件中分別計(jì)算每個(gè)喘振點(diǎn)所對應(yīng)的能量頭，并在軟件中根據(jù)能量頭計(jì)算結(jié)果計(jì)算在不同進(jìn)氣環(huán)境下所對應(yīng)的喘振點(diǎn)的輸出壓力。并依據(jù)此結(jié)果進(jìn)行防喘振控制。

（2）更改了防喘閥的動作過程，其程序在排氣壓力達(dá)到防喘線（調(diào)節(jié)線）后，既迅速響應(yīng)避免排氣壓力進(jìn)一步上升引起喘振，同時(shí)還要避免過多的放風(fēng)。

通過上述兩點(diǎn)可將防喘線合理的逼近實(shí)際喘振線，從而風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作范圍得到加大同時(shí)不會有風(fēng)機(jī)喘振的威脅。采用該軟件對防喘控制進(jìn)行精細(xì)化調(diào)節(jié)的目的在于精確計(jì)算風(fēng)機(jī)的邊界能力，充分發(fā)揮風(fēng)機(jī)的潛力，從而達(dá)到減少防喘閥放風(fēng)降低電能消耗，同時(shí)提高風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行可靠性的目的。

4 改造情況

系統(tǒng)改造后操作改為人工和自動兩部分，平時(shí)操作時(shí)應(yīng)盡量關(guān)閉防喘閥使得工況點(diǎn)貼近系統(tǒng)屏幕中藍(lán)線運(yùn)行以減少放風(fēng)達(dá)到節(jié)能的目的，軟件改進(jìn)了防喘策略，在工況點(diǎn)越過藍(lán)線后系統(tǒng)自動貼線運(yùn)行，風(fēng)壓不會有大的波動。其后可通過對靜葉的操作實(shí)現(xiàn)加風(fēng)減風(fēng)。

其中人工操作靜葉與防喘閥的方法如下：

靜葉人工的操作：

靜葉由人去按“加風(fēng)”或“減風(fēng)”按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，每按一下，靜葉閥將有輸出0.5%（角度0.3度）的變化。

防喘閥人工的操作：

防喘閥由人去按“開閥”或“關(guān)閥”按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，每按一下，防喘閥將有0.5%的變化。

在工況畫面中，當(dāng)工況點(diǎn)（十字中心）到達(dá)藍(lán)線時(shí)，計(jì)算機(jī)接管控制，將工況點(diǎn)穩(wěn)定在藍(lán)線下方。系統(tǒng)轉(zhuǎn)入自動控制，“手動”按鈕轉(zhuǎn)為灰色，系統(tǒng)根據(jù)工況的變化自動采取閥門開關(guān)策略，使工況穩(wěn)定在下線附近。當(dāng)工況點(diǎn)到達(dá)黃線時(shí)，開閥速度加快，喘振預(yù)報(bào)警，并在屏幕左下方有閃爍的“喘振預(yù)報(bào)”字樣提示。當(dāng)工況點(diǎn)到達(dá)紅線時(shí)，喘振報(bào)警，并在屏幕左下方有閃爍的“喘振”字樣提示，防喘閥速開一個(gè)開度（30%）后繼續(xù)執(zhí)行開閥動作直到工況點(diǎn)低于藍(lán)線，如6 s后仍不能脫離喘振狀態(tài)，進(jìn)入安全運(yùn)行，靜葉回到22°，防喘閥全開，逆止閥強(qiáng)制關(guān)閉。

在系統(tǒng)進(jìn)入自動防喘狀態(tài)后（“手動”按鈕為灰

色），將不允許操作工進(jìn)行關(guān)閥操作，但在調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)仍可進(jìn)行開閥操作，在工況點(diǎn)在防喘點(diǎn)下方較遠(yuǎn)后（低于防喘點(diǎn)25 kPa以上后），系統(tǒng)自動恢復(fù)手動狀態(tài)，通過操作來進(jìn)行防喘閥的開關(guān)操作。在工況點(diǎn)處于藍(lán)線下方時(shí)，在確認(rèn)可脫離自動防喘保護(hù)狀態(tài)時(shí)，也可通過點(diǎn)擊“手動”按鈕進(jìn)入“手動”狀態(tài)來進(jìn)行防喘閥開關(guān)的手動操作。

為了更加穩(wěn)妥的實(shí)現(xiàn)以上功能，并確保風(fēng)機(jī)的安全，在實(shí)施的過程中做了充分的安排，對防喘程序部分重新編制，升級后正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對機(jī)組觸碰調(diào)節(jié)線及喘振線進(jìn)行了動作試驗(yàn)確認(rèn)了防喘振保護(hù)系統(tǒng)動作及時(shí)準(zhǔn)確。軟升級后與原有的喘振線和防喘調(diào)節(jié)線對比如圖3。

表3 改造后防喘振曲線參數(shù)

圖3喘振線與調(diào)節(jié)線對比圖

注：平均進(jìn)氣溫度2℃。

從圖3和表3中的參數(shù)上看改造后防喘振曲線比原有的防喘線更靠近低溫下的喘振線，考慮到改造后防喘振線和喘振線都會隨進(jìn)氣溫度調(diào)整，而且高爐正常工況時(shí)鼓風(fēng)機(jī)一般排氣壓力0.350～0.39 MPa之間，從圖3看所設(shè)定的防喘振線是安全的，不會再出現(xiàn)誤放風(fēng)的情況。

5 實(shí)施效果

從改造前取一段數(shù)據(jù)和改造后取一段數(shù)據(jù)（兩段數(shù)據(jù)選取進(jìn)氣溫度、風(fēng)壓、風(fēng)量運(yùn)行參數(shù)接近）抄表進(jìn)行對比，對比表4如下。

數(shù)據(jù)選取原則為選取一段供風(fēng)較平穩(wěn)階段，供風(fēng)工況（風(fēng)壓風(fēng)量）基本相似。從表4可看出在相同工況下，改造后的數(shù)據(jù)組（2013-3-1）和2012-10-24數(shù)據(jù)組的進(jìn)氣溫度相近，兩組數(shù)據(jù)對比，在輸出風(fēng)量及風(fēng)壓一致的情況下，改造后的數(shù)據(jù)組中耗能有了明顯下降，改造后在全風(fēng)狀態(tài)時(shí)防喘閥基本可以全關(guān)，改善了原系統(tǒng)防喘閥開度過大的問題。噪聲明顯降低。

取改造前后最接近的兩組數(shù)據(jù)對照如表5。

Meticulous Adjustment of Anti-surge Control for Axial-flow Blower

WANG Lin,ZHOU Taolin,YI Junzhi
(The Power Plant of Anyuan Iron and Steel Co.,Ltd.,Pingxiang,Jiangxi 337042,China)

The temperature compensation program and adjustment program for excessive pressure of the anti-surge system in the control system software were optimized based on the operation conditions of the Shaangu AV63-15 axial-flow blower,significantly reducing the operation cost of the blower.

anti-surge valve;close to limit operation;surging curve

表4 萍鋼安源鋼鐵AV63-15風(fēng)機(jī)相近工況（風(fēng)壓風(fēng)量）數(shù)據(jù)對照表

TH443

B

1006-6764（2014）05-0049-04