如何提高高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全性分析

姚　波

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122）

如何提高高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全性分析

姚波

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122）

摘要：本文主要針對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并結(jié)合其工作原理，針對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，從主電機(jī)啟動(dòng)、保護(hù)系統(tǒng)以及靜葉角度控制等方面對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化提出了幾點(diǎn)建議。結(jié)合實(shí)踐，調(diào)試后的高爐鼓風(fēng)機(jī)在實(shí)際的運(yùn)行中差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作誤動(dòng)明顯減少，鼓風(fēng)機(jī)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制力加強(qiáng)，能夠更加直觀、穩(wěn)定、安全地保護(hù)系統(tǒng)，維持高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全，同時(shí)提高鼓風(fēng)機(jī)工作效率，以此降低成本，減少人力物力的投入。

高爐鼓風(fēng)機(jī)；運(yùn)行；安全；措施

高爐鼓風(fēng)機(jī)是冶金行業(yè)中最為重要的設(shè)備之一，為高爐冶煉提供源源不斷的空氣和動(dòng)力，從而降低高爐阻損和送風(fēng)系統(tǒng)阻損，保證爐頂壓力符合冶煉需要。因此必須確保高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)非計(jì)劃性停機(jī)，如若不然在中立作用下，高爐中的溶鐵、礦渣以及坍塌料就會(huì)倒灌至風(fēng)口，給冶煉人員的生命安全帶來(lái)威脅。

但冶煉是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，在冶煉過(guò)程中，操作、燃料以及原料發(fā)生改變，高爐爐況都會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)，風(fēng)壓、風(fēng)量都會(huì)發(fā)生變化，因而必須對(duì)風(fēng)機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。因此需要功能強(qiáng)大的控制系統(tǒng)。本文主要以某煉鋼廠的8號(hào)高爐作為實(shí)例予以分析，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中高爐風(fēng)機(jī)存在的問(wèn)題進(jìn)行了論述，并有針對(duì)性地提出了解決措施。

1.鼓風(fēng)機(jī)概述

高爐冶煉本就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，而高爐鼓風(fēng)機(jī)作為其最大的配備系統(tǒng)，主要有自動(dòng)控制、電氣控制、儀表檢測(cè)、潤(rùn)滑、動(dòng)力、保護(hù)以及冷卻幾大系統(tǒng)構(gòu)成。每個(gè)系統(tǒng)相輔相成、相互依賴，其中對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全影響最大的便是電氣控制系統(tǒng)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)和儀表檢測(cè)系統(tǒng)。

1.1 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)是高爐風(fēng)機(jī)中最為重要的構(gòu)成，依照電壓的不同可以將該系統(tǒng)分為低壓控制以及高壓控制兩種系統(tǒng)。其中高壓控制的軟啟動(dòng)是鼓風(fēng)機(jī)電氣控制中的核心。

電網(wǎng)必須提供足夠無(wú)功功率才能直接啟動(dòng)大容量電極，但是這樣就會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)供電安全造成影響，因此高爐風(fēng)機(jī)需要配套安裝相應(yīng)的軟啟動(dòng)裝置，進(jìn)行降壓補(bǔ)償。為了消除由于高爐風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的影響，電機(jī)端應(yīng)當(dāng)相應(yīng)設(shè)置無(wú)功發(fā)生器，通過(guò)無(wú)功發(fā)生器為風(fēng)機(jī)提供啟動(dòng)時(shí)電機(jī)所需要的無(wú)功功率，減少對(duì)電網(wǎng)中無(wú)功功率的消耗。通過(guò)這種方式，高爐風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)需要電網(wǎng)中的電流明顯降低。

1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

（1）自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)壓

對(duì)靜葉角度進(jìn)行調(diào)節(jié)便可以完成對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓的調(diào)節(jié)。目前我國(guó)冶煉廠所使用的高爐風(fēng)機(jī)一般都是通過(guò)對(duì)靜葉角度的調(diào)節(jié)完成壓縮機(jī)空氣輸送量的調(diào)節(jié)。

確保靜葉角度保持最小角度，即14°，以降低主電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的啟動(dòng)電流。但是靜葉角度小于22°時(shí)，壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)不穩(wěn)定，因而必須在啟動(dòng)后將靜葉角度快速調(diào)整到22°以上，消除壓縮機(jī)不穩(wěn)定狀態(tài)，這便是靜葉釋放。若風(fēng)穩(wěn)定供風(fēng)，則靜葉角度需要維持在22°～79°之間，因此22°被稱作最小工作角。依照冶煉過(guò)程中的工藝需要，可以對(duì)靜葉角度進(jìn)行調(diào)整，以改變風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量，風(fēng)機(jī)負(fù)荷隨供風(fēng)量的降低而降低，因而這種控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以減少浪費(fèi)。

靜葉伺服控制是靜葉角度調(diào)整的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)位置變送器、PLC發(fā)送的相關(guān)信號(hào)的比較，發(fā)出私服信號(hào)，伺服機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的變動(dòng)，靜葉承缸向制定方向發(fā)生位移，風(fēng)壓、風(fēng)量改變。

（2）自動(dòng)防喘振

喘振問(wèn)題是高爐鼓風(fēng)機(jī)中常見(jiàn)的問(wèn)題之一，也是最難解決的問(wèn)題之一。冶煉過(guò)程中，由于為了配合冶煉，高爐需要隨時(shí)改變冶煉供風(fēng)量，高爐路況也會(huì)發(fā)生改變，因而鼓風(fēng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)以及輸風(fēng)管網(wǎng)中的風(fēng)壓、風(fēng)流量均會(huì)發(fā)生改變。若幾組內(nèi)氣流量低時(shí)，氣流會(huì)在葉片上脫離，從而形成脈動(dòng)流，這種脈動(dòng)氣流會(huì)在出口管網(wǎng)出形成震蕩（氣容、氣阻之間），這種狀態(tài)下風(fēng)機(jī)附屬管網(wǎng)同氣流就會(huì)出現(xiàn)震蕩，鼓風(fēng)機(jī)就會(huì)出現(xiàn)周期性倒流，出氣口排氣壓力也會(huì)降低，溫度驟升，并伴隨巨大的吼叫聲，這種現(xiàn)象便是喘振。對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，喘振問(wèn)題是致命的，會(huì)對(duì)整個(gè)高爐冶煉造成影響。因此必須盡可能地避免喘振問(wèn)題的發(fā)生，引發(fā)喘振問(wèn)題的不利影響有三方面：①損壞葉片；②氣流脈動(dòng)以及設(shè)備溫升過(guò)高會(huì)引發(fā)內(nèi)杠和葉片的損壞；③風(fēng)量、風(fēng)壓大幅震蕩，壓縮機(jī)流量特征跳躍性大，影響機(jī)組運(yùn)行工況。

1.3 儀表系統(tǒng)

8號(hào)鼓風(fēng)機(jī)的儀表檢測(cè)系統(tǒng)主要包括五大檢測(cè)內(nèi)容，即壓力檢測(cè)、溫度假側(cè)以及位置變送、軸位移和機(jī)組振動(dòng)。風(fēng)機(jī)的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)均是通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)完成，并在儀表上顯示相應(yīng)的狀態(tài)。例如系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)軸振動(dòng)、鍵相位、軸位移以及變速箱軸振動(dòng)等都是通過(guò)軸運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)予以完成。通過(guò)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的反饋，可以有效掌握風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，避免故障的產(chǎn)生。

2.如何提高高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全

依照高爐鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)目前高爐鼓風(fēng)機(jī)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并有針對(duì)性地提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

2.1 差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動(dòng)作

2.1.1 問(wèn)題成因

此類問(wèn)題主要集中出現(xiàn)在主電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，所謂差動(dòng)保護(hù)是比較被保護(hù)設(shè)備各端口電流的大小和（或）相位的繼電保護(hù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的動(dòng)作值時(shí)啟動(dòng)動(dòng)作元件。當(dāng)被保護(hù)設(shè)備在正常運(yùn)行或外部短路以及系統(tǒng)振蕩時(shí)，由于被保護(hù)設(shè)備各端口電流之和等于0，所以差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作；而在被保護(hù)設(shè)備本身發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)，各端口電流之和將等于總短路電流，差動(dòng)保護(hù)將靈敏動(dòng)作。

以某高爐鼓風(fēng)機(jī)為例，該鼓風(fēng)機(jī)TCS軟啟動(dòng)裝置通過(guò)軟啟出線柜與電機(jī)進(jìn)線端連接，即與電機(jī)進(jìn)線B端連接。即當(dāng)電機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)，電源通過(guò)啟動(dòng)柜QF2與TCS軟起裝置與電機(jī)進(jìn)線B端連接，從而使電機(jī)軟啟動(dòng)。但是因?yàn)榇藭r(shí)安裝在電機(jī)進(jìn)線端的電流互感器TA2中沒(méi)有電流流過(guò)，而電機(jī)的KD差動(dòng)保護(hù)監(jiān)測(cè)的正是TA2與TA1示數(shù)之間的差值，所以導(dǎo)致電機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，而軟起完成后由于電機(jī)是通過(guò)QF1運(yùn)行柜與電機(jī)相互連接，此時(shí)正常情況下電流互感器TA2與TA1監(jiān)測(cè)到的電流是相同的，所以差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

2.1.2 解決措施

電機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，并不是因?yàn)榇藭r(shí)電機(jī)內(nèi)部短路故障，而是因?yàn)椴顒?dòng)保護(hù)所監(jiān)測(cè)電機(jī)兩端電流的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置不合理所致，因此可以將軟啟動(dòng)裝置的出線接到電機(jī)進(jìn)線的A點(diǎn)處即電流互感器TA2的上端，從而保證TA2與TA1在電機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)監(jiān)測(cè)到的電流相同，從而避免差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。

2.2 靜葉角度控制缺陷

2.2.1 問(wèn)題成因

高爐的加風(fēng)或者減少是通過(guò)調(diào)整軸流壓縮機(jī)靜葉的角度來(lái)完成的，而靜葉角度的開(kāi)度是通過(guò)靜葉伺服控制系統(tǒng)來(lái)完成的.當(dāng)DCS系統(tǒng)給定伺服控制器一個(gè)角度的開(kāi)關(guān)度時(shí)，伺服控制器控制靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜葉電液伺服閥動(dòng)作，同時(shí)通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置變送器返回一個(gè)位置信號(hào)，從而形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。但當(dāng)位置變送器發(fā)生故障時(shí)，靜葉伺服控制器就會(huì)不斷的發(fā)出信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而電液伺服閥就一直動(dòng)作，直到靜葉角度被調(diào)整到最大或者最小，從而使風(fēng)機(jī)失控。

2.2.2 解決措施

靜葉私服系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，在控制的過(guò)程中，位置變送器能夠?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)準(zhǔn)確地反應(yīng)到控制器，但是一旦位置變送器出現(xiàn)問(wèn)題，伺服控制器就無(wú)法獲取執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置以及動(dòng)作情況，位置變送器也無(wú)法為系統(tǒng)準(zhǔn)確的反饋信息。此時(shí)控制器就會(huì)判定執(zhí)行結(jié)構(gòu)并沒(méi)有完成動(dòng)作，因而不斷地發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，知識(shí)靜葉角度控制出現(xiàn)問(wèn)題，靜葉角度或大或小。針對(duì)這種問(wèn)題可以通過(guò)加裝動(dòng)作反饋裝置予以解決，原有位置反饋機(jī)構(gòu)上由于多了動(dòng)作反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)便可以通過(guò)動(dòng)作反饋機(jī)構(gòu)發(fā)送的信號(hào)準(zhǔn)確掌握?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)，并借由動(dòng)作反饋判斷位置變送器是否正常。

2.3 保護(hù)系統(tǒng)粗糙

2.3.1 問(wèn)題成因

鼓風(fēng)機(jī)在高爐冶煉中占據(jù)了重要的地位，為高爐冶煉提供動(dòng)力，因而必須確保其運(yùn)行的安全穩(wěn)定，配套設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)，出了潤(rùn)滑、動(dòng)力油壓力保護(hù)系統(tǒng)、溫度保護(hù)系統(tǒng)以及壓縮機(jī)、變速箱振動(dòng)保護(hù)系以及位移保護(hù)等，除此之外還包括電氣保護(hù)系統(tǒng)、軟啟動(dòng)系統(tǒng)以及查的那個(gè)保護(hù)系統(tǒng)。但是目前的鼓風(fēng)機(jī)安全保障體系還十分粗糙，監(jiān)控畫面無(wú)法直觀的表現(xiàn)出系統(tǒng)故障位置、原因，只能表現(xiàn)出一個(gè)大概的故障類別。例如當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)流、接地以及短路、差動(dòng)等故障時(shí)，監(jiān)控器上只能顯示系統(tǒng)出現(xiàn)“電氣故障”。

2.3.2 解決措施

這一問(wèn)題可以通過(guò)將電氣故障相應(yīng)的信號(hào)輸出傳送給軟啟動(dòng)裝置時(shí)，再同時(shí)傳送給DCS系統(tǒng)，通過(guò)信號(hào)的雙重傳送，鼓風(fēng)機(jī)監(jiān)控畫面便可以準(zhǔn)確地顯示出鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的相應(yīng)故障，從而簡(jiǎn)化維修人員排查故障的步驟，減少維修人員的工作量。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以看出，高爐鼓風(fēng)機(jī)雖然存在諸多問(wèn)題，但是通過(guò)合理的措施優(yōu)化后，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)明顯穩(wěn)定了，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行安全性也有所提高。通過(guò)計(jì)算，優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)運(yùn)行成本以及需要的人力大幅降低，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行更加的穩(wěn)定、高效、安全。

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