防阻塞控制在高爐鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊天亮

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山063210）

當(dāng)高爐鼓風(fēng)機(jī)在低流量范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩種不穩(wěn)定狀態(tài)，其中與喘振現(xiàn)象相反，低風(fēng)量低風(fēng)壓狀態(tài)容易出現(xiàn)阻塞狀態(tài)。阻塞是高爐鼓風(fēng)機(jī)不正常運(yùn)行工況，可能造成風(fēng)機(jī)損傷，運(yùn)行時(shí)禁止在阻塞工況下運(yùn)行，為此，控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了防阻塞控制模塊。

1 阻塞的概念

當(dāng)高爐鼓風(fēng)機(jī)流道內(nèi)的氣流速度達(dá)到了音速，風(fēng)機(jī)葉輪對(duì)氣體所作的功全部用于克服氣流損失，使氣體壓力不再升高，這種現(xiàn)象稱為阻塞現(xiàn)象。

阻塞工況的出現(xiàn)，使流道有效流通面積減少，引起葉柵內(nèi)氣流紊亂，葉片兩側(cè)壓差出現(xiàn)不均衡的改變，造成葉片顫振，形成疲勞斷裂。氣流的紊亂還會(huì)引起機(jī)器振動(dòng)，排氣出現(xiàn)低頻吼聲。

2 防阻塞技術(shù)原理與系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 防阻塞技術(shù)原理

如圖1所示，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線內(nèi)畫出了阻塞線及相適應(yīng)的防阻塞線。

圖1 阻塞工況曲線

阻塞線在風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行前，通過實(shí)驗(yàn)得到多點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后繪制而成；而防阻塞線則是在阻塞線數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，將控制裕度設(shè)置在5%～10%之間，最后計(jì)算得到新的防阻塞線數(shù)據(jù)，繪制成防阻塞線。防阻塞技術(shù)就是通過控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，使風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)運(yùn)行在防阻塞線以上，避免出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。

2.2 防阻塞控制系統(tǒng)組成

防阻塞控制系統(tǒng)主要由比例-積分調(diào)節(jié)器、防阻塞執(zhí)行結(jié)構(gòu)、出口壓力變送器、差壓變送器、比較器組成。其中，比例-積分調(diào)節(jié)器XIC，其實(shí)際值X來(lái)自壓力變送器PT的輸出，PT接在主風(fēng)機(jī)出口（風(fēng)機(jī)出口壓力FPT為105×105Pa。調(diào)節(jié)器的設(shè)定值來(lái)自差壓變送器PDT（風(fēng)機(jī)喉部差壓ΔP1=105×103Pa，它測(cè)量的是與壓縮機(jī)流量成正比例關(guān)系的喉部壓差ΔP1，PDT與PT可以和防喘振系統(tǒng)共用。通常，從壓縮機(jī)的安全和工藝生產(chǎn)的可靠性考慮，防阻塞閥應(yīng)選氣關(guān)式。因而，調(diào)節(jié)器應(yīng)選反作用型。壓縮機(jī)喉部差壓變送器輸出的電信號(hào)送入調(diào)節(jié)器中，經(jīng)函數(shù)運(yùn)算得出防阻塞線W=fΔP1，一般為了簡(jiǎn)單起見，防阻塞線可以設(shè)置成一條直線，而不必像防喘振線那樣由多段折線組成。設(shè)定值W與實(shí)際值之差送入比例-積分調(diào)節(jié)單元?？刂屏鞒虉D可用圖2所示。

圖2 防阻塞控制流程圖

2.3 防阻塞閥控制邏輯

正常情況下，壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)在防阻塞線以上，即下頁(yè)圖3中A點(diǎn)，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的出口壓力是P2，喉部差壓ΔP1，設(shè)定值W=fΔP1，顯然，X1＞W(wǎng)。這時(shí)調(diào)節(jié)單元輸出負(fù)偏差：Δe=X1-W＜0，調(diào)節(jié)器輸出低值4 mA，通過電氣轉(zhuǎn)換器使氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥蝶閥即防阻塞閥打開。

如果壓縮機(jī)出口壓力降低到防阻塞線以下，如圖3中B點(diǎn)，X2＜W，調(diào)節(jié)單元輸出正偏差：Δe=X1-W＞0，反作用調(diào)節(jié)器將正向積分，增加輸出電流使防阻塞閥關(guān)閉一部分，使出口壓力P2由B點(diǎn)回升，當(dāng)回升到C點(diǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)器輸入偏差Δe=X1-W為零，正積分輸出停止，防阻塞閥的開度保持在相對(duì)應(yīng)的開度上，即壓縮機(jī)此時(shí)的運(yùn)行點(diǎn)處于防阻塞線上的C點(diǎn)，不會(huì)落入阻塞區(qū)。

圖3 防阻塞控制系統(tǒng)工況曲線

3 防阻塞技術(shù)應(yīng)用

3.1 防阻塞數(shù)據(jù)獲取

風(fēng)機(jī)在準(zhǔn)備投運(yùn)時(shí)，要對(duì)風(fēng)機(jī)做阻塞試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)測(cè)出的風(fēng)機(jī)喉部差壓與排氣壓力的函數(shù)關(guān)系得出風(fēng)機(jī)的阻塞曲線，壓縮機(jī)的阻塞點(diǎn)都采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法獲得，即在不同的靜葉角度（喉部差壓）下，測(cè)量對(duì)應(yīng)的阻塞壓力，一般至少測(cè)量11個(gè)點(diǎn)。將測(cè)量的點(diǎn)用折線連接形成的曲線稱為機(jī)組的防阻塞線。

鼓風(fēng)機(jī)MAN廠家的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：壓力值P2=風(fēng)機(jī)種氣 壓 力+1.013在1.000、1.400、1.650、2.545、3.500、4.710、4.750數(shù)值時(shí)對(duì)應(yīng)的流量變量Dp=風(fēng)機(jī)喉部差壓/0.3224為0.000、9.615、18.610、97.395、190.447、540.000、560.000。

風(fēng)機(jī)在不同的靜葉角度下得出的阻塞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：壓力值P2=風(fēng)機(jī)種氣壓力+1.013在1.000、1.400、2.3、2.71、3.3、3.53、3.75、4.446、4.74、5.085、5.3數(shù)值時(shí)對(duì)應(yīng)的流量值Dp=風(fēng)機(jī)種氣壓力/0.3224為0.000、9.615、103.908、131.647、156.948、179.156、232.072、264.392、301.675、344.479、560.000。

對(duì)阻塞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的壓力值修正后的數(shù)據(jù)：壓力值P2=風(fēng)機(jī)種氣壓力+1.013在1.000、1.300、2.6、2.9、3.3、3.53、4.1、4.446、4.74、5.085、5.3，流量變量值不變。

3.2 防阻塞線繪制

將橫縱坐標(biāo)變換為百分比坐標(biāo)，將上述壓力修正后阻塞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變換為百分比：P2'=（風(fēng)機(jī)種氣壓力+1.013）/10×100；Dp'=風(fēng)機(jī)喉部差壓/0.322 4/560×100。

圖4 防阻塞線修正圖

最后形成的防阻塞線數(shù)據(jù)為P2'在10.0、13.0、26.0、29.0、33.0、35.3、41.0、44.46、47.4、50.085、53.0時(shí)Dp'為0.0、1.717、18.555、23.508、28.026、31.992、41.441、47.213、53.871、61.514、100.0。

圖5 風(fēng)機(jī)特性曲線圖

圖5中阻塞報(bào)警線與防阻塞線之間的裕度為1%，阻塞線與防阻塞線之間的裕度為5%；喘振線與防喘振線之間的裕度為10%。

3.3 防阻塞控制模塊

最終根據(jù)防阻塞控制原理，并將防阻塞線數(shù)據(jù)輸入到控制系統(tǒng)內(nèi)，生成防阻塞控制模塊，如圖6所示。

圖6 防阻塞控制塊功能圖

圖中PV為實(shí)際值X，即X=（風(fēng)機(jī)種氣壓力+1.013）/10×100；根據(jù)風(fēng)機(jī)喉部差壓計(jì)算出Y=風(fēng)機(jī)喉部差壓/0.3224/560×100，查看阻塞控制塊里的阻塞數(shù)據(jù)，確定Y在什么區(qū)域，可以計(jì)算出來(lái)W值，SP=W。Xd_RL=X-W，當(dāng)Xd_RL≤0，上位有報(bào)警，此時(shí)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在防阻塞區(qū)域，防阻塞閥關(guān)閉；當(dāng)Xd_RL＞0時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)不在阻塞線區(qū)域，上位沒有報(bào)警，防阻塞閥打開。

MAN為MAN_OP上位手動(dòng)輸入值；OP為程序自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出值；LOAD為并網(wǎng)信號(hào)；當(dāng)Xd_RL≤0時(shí)接通延時(shí)定時(shí)器激活A(yù)L_CH=1，上位顯示In Choke，風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在阻塞區(qū)域；AUTO_ON_OP=1，畫面顯示Auto；TEST_ON=0，畫面顯示inactive。

4 結(jié)論

阻塞是風(fēng)機(jī)在低風(fēng)量時(shí)出現(xiàn)的不正常工作狀態(tài)，會(huì)損傷風(fēng)機(jī)設(shè)備，因此需引入風(fēng)機(jī)防阻塞技術(shù)，防止風(fēng)機(jī)出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。本文詳細(xì)地介紹了阻塞的概念、防阻塞控制技術(shù)工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成、防阻塞閥控制邏輯，以及防阻塞實(shí)驗(yàn)過程、防阻塞線形成過程，并生成防阻塞模塊應(yīng)用于高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，防止了阻塞現(xiàn)象發(fā)生，提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，取得了良好效果。