高爐鼓風(fēng)機定風(fēng)量定風(fēng)壓自動控制模式的設(shè)計與應(yīng)用

曹培培

（北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司京唐運行事業(yè)部，河北唐山063000）

自動化

高爐鼓風(fēng)機定風(fēng)量定風(fēng)壓自動控制模式的設(shè)計與應(yīng)用

曹培培

（北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司京唐運行事業(yè)部，河北唐山063000）

闡述了高爐鼓風(fēng)機定風(fēng)量定風(fēng)壓控制系統(tǒng)的工作原理及目前的工作方式，并提出了自動控制模式的設(shè)計理念，詳細的對高爐鼓風(fēng)機流量壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、定風(fēng)量定風(fēng)壓自動控制系統(tǒng)程序進行了分析與研究，實現(xiàn)了定風(fēng)量、定風(fēng)壓之間穩(wěn)定、無擾動的之間的切換。

高爐鼓風(fēng)機；定風(fēng)量；定風(fēng)壓；應(yīng)用

1 前言

京唐鋼鐵公司現(xiàn)有兩座容量為5500 m3的高爐，為滿足此大型高爐正常生產(chǎn)時的用風(fēng)需求，特引進了3套具有國際先進技術(shù)水平的AV100-17型軸流式鼓風(fēng)機，此風(fēng)機由德國MAN公司生產(chǎn)，單臺最大風(fēng)量可達10000 m3/min。

在風(fēng)機系統(tǒng)中為了滿足高爐生產(chǎn)負荷變化的要求，為此，設(shè)置了靜葉定位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它是通過調(diào)整風(fēng)機的動靜葉片，從而實現(xiàn)冷風(fēng)風(fēng)量和壓力的調(diào)節(jié)。軸流壓縮機在轉(zhuǎn)速恒定時，利用改變靜葉開度達到調(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關(guān)，可以按高爐實際生產(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)。

高爐生產(chǎn)中，為了保證高爐高風(fēng)溫，需要熱風(fēng)爐每40 min左右周期性的換爐，換爐過程中，因為向另一座熱風(fēng)爐充壓的原因，入爐風(fēng)量要經(jīng)過先減少，后有增加到換爐前風(fēng)量的過程，在這個過程中，熱風(fēng)壓力會先降低，再升高的波動過程，為了避免換爐過程對爐況的影響，通過對熱風(fēng)爐換爐過程的分析，對高爐鼓風(fēng)機控制程序的修改，對現(xiàn)有的控制模式進行改進，增加了定風(fēng)壓、定風(fēng)量自動控制模式，實現(xiàn)了換爐過程中定風(fēng)壓操作，換爐結(jié)束后定風(fēng)量的自動控制操作技術(shù)。

2 流量、壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)介紹

該系統(tǒng)由兩大部分組成：位置控制器、伺服閥、伺服作動器、位置變送器等組成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的小內(nèi)閉環(huán)—靜葉定位系統(tǒng)。實際流量測量回路、流量調(diào)節(jié)器、靜葉定位系統(tǒng)和帶有靜葉調(diào)節(jié)機構(gòu)的軸流式壓縮機組成大外閉環(huán)—流量控制系統(tǒng)。實際壓力測量回路、壓力調(diào)節(jié)器、靜葉定位系統(tǒng)和帶有靜葉調(diào)節(jié)機構(gòu)的軸流式壓縮機組成大外閉環(huán)—壓力控制系統(tǒng)。

根據(jù)喉部差壓PDT110-1計算出風(fēng)機入口流量，將它作為流量調(diào)節(jié)單元的實際值PV1，軸流壓縮機排氣壓力PT110-3作為壓力調(diào)節(jié)單元的實際值PV2，兩調(diào)節(jié)單元的設(shè)定值SV1和SV2分別由控制功能塊設(shè)定。兩單元對偏差進行“比例＋積分”運算后送給“通道選擇單元”，通過流量/壓力選擇開關(guān)選擇其中一個作為調(diào)節(jié)單元輸出值（4～20 mA），信號經(jīng)手操器作為靜葉伺服控制器的設(shè)定值，靜葉開度實際值作為伺服控制器的測量值。伺服控制器的輸出送給電液伺服閥，再通過油缸驅(qū)動靜葉。流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 流理控制系統(tǒng)的內(nèi)外閉環(huán)示意圖

3 定風(fēng)量、定風(fēng)壓手動控制模式概述

定風(fēng)壓控制模式下，見圖2，按照高爐的生產(chǎn)需要，系統(tǒng)設(shè)定壓力值為SP，若通過風(fēng)機出口壓力變送器檢測到的壓力值PV小于SP時，則控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令使得靜葉角度增大，從而使得出口壓力值增大。若通過風(fēng)機出口壓力變送器檢測到的壓力值PV大于SP時，控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令使得靜葉角度減小，從而使得風(fēng)機出口壓力值PV與設(shè)定值SP相等。

圖2 定風(fēng)壓控制

定風(fēng)量控制模式下，見圖3，系統(tǒng)設(shè)定流量為SP，通過風(fēng)機入口差壓變送器檢測到的差壓值，經(jīng)過溫壓補正計算的流量值為PV，若PV小于SP時，則控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令使得靜葉角度增大，從而使得出口流量值增大，直到SP=PV。若PV大于SP時，控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令使得靜葉角度減小，從而使得SP=PV。

4 定風(fēng)量、定風(fēng)壓自動控制模式實現(xiàn)過程

按照熱風(fēng)爐的生產(chǎn)要求，熱風(fēng)爐換爐時需要進行壓力控制，熱風(fēng)爐換爐結(jié)束后風(fēng)機系統(tǒng)需要進行流量控制。鑒于此條件，我們對現(xiàn)有的控制模式進行改進，增加了定風(fēng)壓、定風(fēng)量自動控制模式。

具體的實現(xiàn)過程：1）在換爐前，當熱風(fēng)工點擊自動換爐信號時，高爐鼓風(fēng)機會自動的切換為定風(fēng)壓，風(fēng)機靜葉開度與風(fēng)機出口壓力連鎖；2）當充壓閥打開充壓時，風(fēng)機出口壓力會慢慢降低、此時，風(fēng)機會維持充壓前壓力，通過風(fēng)機靜葉慢慢加風(fēng)，減風(fēng)；3）換爐結(jié)束，風(fēng)機檢測到信號后，延時3分鐘，風(fēng)機自動切換為定風(fēng)量操作，風(fēng)量為換爐前的風(fēng)量，此時，風(fēng)機靜葉開度與風(fēng)量連鎖。實現(xiàn)高爐換爐時定風(fēng)壓，換爐結(jié)束后定風(fēng)量的自動控制技術(shù)，最終達到穩(wěn)定爐況，穩(wěn)定氣流的目的。

5 定風(fēng)量、定風(fēng)壓自動控制模式程序修改

在定風(fēng)壓、定風(fēng)量自動控制模式下，熱風(fēng)爐的開始換爐信號和結(jié)束換爐信號由高爐送至風(fēng)機系統(tǒng)主控室UCP柜，當PLC接收到熱風(fēng)爐的開始換爐信號時風(fēng)機系統(tǒng)開始執(zhí)行定風(fēng)壓控制，當PLC接收到熱風(fēng)爐的結(jié)束換爐信號時風(fēng)機系統(tǒng)開始執(zhí)行定風(fēng)量控制，如此風(fēng)機在定風(fēng)壓、定風(fēng)量之間自動切換，滿足了生產(chǎn)工藝的需求。其控制程序如圖4所示。

在機組正常運行過程中，如果風(fēng)機處于旁路運行狀態(tài)、風(fēng)機急停信號激活、快速撥風(fēng)閥關(guān)限位丟失、快速撥風(fēng)閥打開條件滿足等，則機組控制系統(tǒng)自動將定風(fēng)量調(diào)節(jié)切換為手動，其控制程序見圖5。避免機組由于自動運行造成靜葉動作，導(dǎo)致送風(fēng)風(fēng)量風(fēng)壓波動，影響高爐的安全生產(chǎn)。

圖4 自動模式下定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制程序圖

圖5 定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制程序圖

6 定風(fēng)量、定風(fēng)壓自動控制模式技術(shù)創(chuàng)新點

風(fēng)壓、風(fēng)量控制改自動模式后，通過對閉環(huán)控制參數(shù)進行調(diào)整，觀察風(fēng)機系統(tǒng)運行曲線，發(fā)現(xiàn)靜葉運行平緩，未出現(xiàn)波動現(xiàn)象，滿足了熱風(fēng)爐的生產(chǎn)需求，有效解決了操作工手動操作帶來的時間滯后，實現(xiàn)了高爐煤氣流的穩(wěn)定，爐況的穩(wěn)定；產(chǎn)量得到了增加；穩(wěn)定爐溫，料速；鐵口工作保持穩(wěn)定。

7 定風(fēng)量、定風(fēng)壓自動控制模式經(jīng)濟效益分析

換爐周期40 min，每座高爐每天換爐36次，換爐充壓時間10 min，通過過程的風(fēng)量加權(quán)平均計算，風(fēng)量增加200 m3/min，每噸鐵風(fēng)耗按1200 m3計算，每座高爐日增產(chǎn)10×200×36÷1200=60 t，每座高爐年增產(chǎn)：360×60=21600 t（按360天計算），煉鐵新廠3座高爐年增產(chǎn)：21600×3=64800 t；

按噸鐵效益50元計算，年效益為：64800×50= 324萬元

間接效益：增強爐況的穩(wěn)定性。

8 結(jié)論

通過上面的分析可知，靜葉定位調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是通過調(diào)整風(fēng)機的動靜葉片，從而實現(xiàn)冷風(fēng)風(fēng)量和壓力的調(diào)節(jié)，而風(fēng)量、風(fēng)壓是壓縮機送風(fēng)的重要指標，是高爐穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要條件。根據(jù)高爐的工藝要求，選為定風(fēng)量或定壓力工作方式。控制器能實現(xiàn)手/自動無擾動切換。高爐正常生產(chǎn)要求定風(fēng)量操作，因為穩(wěn)定的供風(fēng)量是高爐爐溫、爐內(nèi)煤氣穩(wěn)定和爐子順行的必要條件，風(fēng)量的波動將直接影響下料速度，進而破壞到爐缸的熱制度，直接影響到高爐的日產(chǎn)量。可見高爐鼓風(fēng)機的運行不僅是多工況的，而且運行方式是動態(tài)的。

[1]閻云龍,武善業(yè).風(fēng)機及系統(tǒng)運行與維修[M].北京:機械工業(yè)出版社. 2004.7.

[2]陳余平,吳士年.自動控制系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社.2007.

[3]廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社.2007.

[4]胡壽松.自動控制原理[M].上海:科學(xué)出版社.2011.

[5]吳玉林等.通風(fēng)機和壓縮機[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004.

Design and Application of the Automatic Control Mode for Preset Air Volume and Pressure of Blast Furnace Blowers

Cao Peipei
(Jingtang Branch of Beijing Shougang Automation Information Technology Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063000,China)

The working principle and current operation mode of the air volume and pressure control system for blast furnace blowers are introduced.The design concept of the automatic control mode was put forward;the air flow pressure regulation system and preset air volume and pressure automatic control system program for blast furnace blower were analyzed and studied in detail.Stable and undisturbed switch between preset air volume and air pressure has been achieved.

blast furnace blower;preset air volume;preset air pressure;application

TP27

B

1006-6764（2015）05-0047-04

2015-02-03

曹培培（1985-）女，大學(xué)專科畢業(yè)，現(xiàn)從事高爐鼓風(fēng)機及空壓機的維護工作。