芻議如何有效控制高爐鼓風機喘振問題

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

關(guān)鍵詞：喘振問題；高爐鼓風機；控制；傳感器

引言

大型高爐以及中型高爐運行過程中大多采用軸流式風機或者離心式風機。相比較于離心式風機，軸流式風機體積小、質(zhì)量輕且容量相對較大，并且運行中氣流阻損相對較小，因而其效率相對較高。當壓力發(fā)生改變時，風量不會變化，因而令高爐運行更加穩(wěn)定。但是由于其特性曲線相對較陡，因而其穩(wěn)定工作區(qū)相對較窄，運行過程中容易出現(xiàn)喘振問題，并且由于其直接連接高爐，不設置儲氣罐，因此更易出現(xiàn)喘振問題。

1 影響因素分析

分析鼓風機特性可以看出，若鼓風機鼓風量低于某一風壓其運行會不穩(wěn)定。此時受到周期波動負荷影響，轉(zhuǎn)子會發(fā)生軸向竄動，軸瓦燒壞繼而將葉片打碎。這便是鼓風機的喘振現(xiàn)象，相對于鼓風機的常態(tài)運行，喘振為鼓風機失常工況，因此對于高爐鼓風機，必須要避免喘振問題的發(fā)生，以此確保高爐的正常運行。通常判斷鼓風機發(fā)生喘振現(xiàn)象的方法為，當鼓風機風壓一定時，對鼓風機風量進行判斷，若流量超出喘振流量則發(fā)生喘振現(xiàn)象；當鼓風機風壓一定時，對鼓風機風壓進行判斷，若風壓超出喘振壓力，則判定為喘振發(fā)生。但是宏觀分析喘振特征可以看出，出了流浪和風壓外，對鼓風機軸位移以及軸振動和風機噪聲進行判斷也可以及時檢測喘振現(xiàn)象。文章主要以傳感器技術(shù)為基礎，對喘振現(xiàn)象綜合判斷技術(shù)進行了論述，以此提高檢測的準確性。結(jié)合實際的工作經(jīng)驗，主要有兩方面原因?qū)е麓瘳F(xiàn)象發(fā)生：首先，實際運行流量<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

針對高爐鼓風機喘振問題的控制方法主要有兩種，一種為開環(huán)控制方法，另一種為閉環(huán)控制方法。開環(huán)控制方法為被動控制，通過設置防喘振曲線，對防喘振控制進行設定，從而對防喘振閥進行控制，確保鼓風機運行的穩(wěn)定。閉環(huán)控制方法則為主動控制，通過反饋系統(tǒng)將鼓風機運行過程中的實時狀態(tài)進行監(jiān)控，從而令鼓風機工作點始終維持在喘振區(qū)。對防喘振線進行設定。喘振線應當處于風機運行點左上方，此時風機運行穩(wěn)定，不會發(fā)生喘振問題，若運行點位于喘振線左上，那么超出安全運行區(qū)，喘振現(xiàn)象發(fā)生。若運行點恰好在喘振線上，那么風機運行處于喘振發(fā)生臨界狀態(tài)，這種狀態(tài)是不允許的。因而實際的運行中風機運行點必須保證處于安全區(qū)，即喘振線右下方。并且一旦運行點向左上方移動，即靠近喘振線，則系統(tǒng)應當及時向操作人員報警。為此可以在喘振線前設置警報線、緊急放風線等。其中，放風線便是調(diào)節(jié)器設定線，該設定線的縱坐標為風機吐出壓力，橫坐標為吐出流量。對于控制器的設置，可以講防喘振設定曲線作為相應的設定值，并對鼓風機入口風壓、流量等進行檢測，結(jié)合檢測值對防喘振閥進行調(diào)節(jié)。若風壓一定，實際流量地域與須知，則打開防喘振閥，增大風量。而若風量一定，風機實際風壓超過允許值，則打開防喘振閥，降低吐出風壓，令運行點原理喘振線。若防喘振控制系統(tǒng)由于某些因素無法對運行點進行控制時，則可以利用聯(lián)鎖將全部防喘振閥打開進行緊急放風。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

放風控制閥范圍可以依照實際需要予以調(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同時發(fā)送至兩個或兩個以上控制閥，依照工藝需求，控制閥在相應的范圍內(nèi)對放風系統(tǒng)進行控制。為了增加防喘振閥的控制調(diào)節(jié)范圍，可以在高爐鼓風機上設置主防喘振閥和副防喘振閥，增加防風量范圍，提高放風的反應速度。當控制器發(fā)出信號，首先啟動反應迅速的副防喘振閥（一般為小型防喘振閥），從而穩(wěn)定放風。若需要提高防風量，那么在控制器發(fā)出信號時啟動主防喘振閥（一般為大型防喘振閥）。主副放風和主副防喘振閥動作的分程范圍設置是按放風要求決定的。主防喘振閥開、閉時間如下。緊急放風時：全開小于10秒。一般情況時：全開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的分程動作的范圍。根據(jù)以上要求確定主、副防喘振閥的開度和調(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為閥門開度.A，B，C為正常數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場設備來確定。當A=2.5，B=1.7，C=0.67，主、副防喘振閥對應調(diào)節(jié)器的輸出響應。

2.2 變增益控制

根據(jù)控制系統(tǒng)的增益改變來影響控制系統(tǒng)響應的方法，可以制定防喘振控制的變增益控制策略?？梢愿鶕?jù)高爐鼓風機的工作點與其在防喘振線上右邊的工作點的距離來確定控制系統(tǒng)增益。把控制器的增益看作是防喘振線右側(cè)工作點與防喘振線上對應工作點的距離的函數(shù)即控制器增益P=f（-e）。變增益控制器在一般控制器的比較部件與PI部件之間并上一個非線性環(huán)節(jié)。由于防喘振閥的關(guān)閉速度過快也會將鼓風機推人喘振狀態(tài)。為此，需要采用非對稱方式作為防喘振調(diào)節(jié)器輸出，從而使調(diào)節(jié)器輸出信號增大時產(chǎn)生延時，即慢關(guān)防喘振閥。從上可以看出變增益控制策略從高爐鼓風機的工作點進人喘振區(qū)域的幅度方面進行了有效的控制，但還沒有對高爐鼓風機的工作點進人喘振區(qū)域的速度進行控制，為此采用微分控制策略來對高爐鼓風機的工作點進人喘振區(qū)域的速度進行控制。

2.3 微分控制

對高爐鼓風機的工作點進人喘振區(qū)域的速度進行監(jiān)測和控制是十分必要的。我們知道微分運算可以檢測出信號的變化率，其數(shù)學表達式為：

△u=Td■

通過微分運算計算出防喘振線和風機工作點之間的偏差信號，從而得出工作點運動速度。若工作點移動速度被檢測出過快，那么鼓風機喘振現(xiàn)象發(fā)生率上升，此時需要將防喘閥開度增大。防喘振控制器對工作點用速度的判斷主要是通過對控制偏差減小速率的監(jiān)測得出。通過上述分析可以看出，該種方式可以有效控制高爐鼓風機工作點的速度，從而避免其進入喘振區(qū)域，結(jié)合變增益控制法，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，從而有效提高了喘振的預防效果。

2.4 防喘振線自適應調(diào)整控制

高爐鼓風機運行過程中鼓風機的葉片由于工作環(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改變喘振線位置。若喘振線位置改變而防喘振設置曲線不便，那么安全裕度會相應降低，鼓風機工作點很容易便會達到防喘振線，繼而令系統(tǒng)打開放空閥，引發(fā)系統(tǒng)波動。為避免該種現(xiàn)象的出現(xiàn)，穩(wěn)定系統(tǒng)運行，需要依照實際情況對防喘振線進行及時調(diào)整，從而提高安全裕度。實際操作中應當依照喘振次數(shù)對喘振安全裕度進行適當增大，令響應線右移。防喘振系統(tǒng)每檢測到喘振信號，系統(tǒng)可以依照平移量將響應線右移，但是需要注意，應當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的報警信號，從而便于操作者對喘振發(fā)生原因進行判斷，并有針對性的確定消除方案。操作者通過復位鍵可以令響應線復位。

3 結(jié)束語

作為高爐煉鐵的重要設備，鼓風機起到了重要作用，為高爐運行提供動力，但實際操作中，喘振問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題成為了人們技術(shù)研發(fā)的重點。通過上述分析可以看出，喘振問題上是可以消除預防的，通過有效的控制方式更能夠確保鼓風機的安全運行，從而提高高爐的安全性、穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]雷劍宇，廖明夫，楊伸記.預測風機喘振邊界的新方法[J].風機技術(shù)，2005（4）.

[2]王志標，張早校.葉輪壓縮機喘振的機理及防喘振策略研究[J].化工自動化及儀表，2003（30）：131.

[3]王樹青，等.工業(yè)過程控制工程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.