高爐鼓風(fēng)機風(fēng)量風(fēng)壓控制系統(tǒng)改造項目的分析與研究

徐永強

（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 063200）

前言

在風(fēng)機系統(tǒng)中為了滿足高爐生產(chǎn)負荷變化的要求，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)。

1 改造目的

穩(wěn)定送風(fēng)，是高爐穩(wěn)定的必要條件。熱風(fēng)爐換爐時，高爐入爐風(fēng)量風(fēng)壓存在波動，相當于短時間內(nèi)給高爐減小、增加風(fēng)量。短時間內(nèi)的入爐風(fēng)量、風(fēng)壓變化，會引起爐內(nèi)氣流波動，直接影響爐況，特別是爐況順行基礎(chǔ)較差時容易造成高爐爐況惡化，增加不穩(wěn)定因素。研究如何確保高爐熱風(fēng)爐換爐時入爐風(fēng)量風(fēng)壓穩(wěn)定，對高爐長期穩(wěn)定運行十分必要。

2 改造方案

風(fēng)機系統(tǒng)原控制方式為，定風(fēng)壓控制模式下確保風(fēng)機出口壓力（PIT110-3）達到設(shè)定的壓力值；定風(fēng)量控制模式下，確保風(fēng)機吸入風(fēng)量（FI110）達到設(shè)定的流量值。

按照高爐的生產(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)束后需要進行流量控制。為此對現(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。通過優(yōu)化管路設(shè)計，利用風(fēng)機自動控制程序，實現(xiàn)高爐入爐風(fēng)量的相對平穩(wěn)。

（1）現(xiàn)場均壓管路敷設(shè)、儀表安裝；（2）電纜敷設(shè)、柜內(nèi)設(shè)備安裝接線；（3）硬件添加、畫面制作、歷史趨勢添加；（4）定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制模式轉(zhuǎn)換邏輯修改；（5）新增設(shè)備程序編制、靜葉角度限制程序修改、流量壓力控制塊參數(shù)修改；（6）定風(fēng)量/定風(fēng)壓控制模式轉(zhuǎn)換程序、定風(fēng)量/定風(fēng)壓切換到手動模式程序修改；（7）定風(fēng)量控制分析；（8）定風(fēng)壓控制分析；（9）換爐時定風(fēng)壓、手動模式的參數(shù)對比分析。

3 改造的實施過程

3.1 現(xiàn)場均壓管路敷設(shè)、儀表安裝

圖1 紅色管路為需要新增熱風(fēng)爐均壓管路，在現(xiàn)有高爐冷風(fēng)流量計與高爐冷風(fēng)放散閥之間接點，敷設(shè)均壓管路DN400 至熱風(fēng)爐各路原有均壓閥組前接點。在均壓管路主管新增流量計、電動閥用于自動均壓?，F(xiàn)場設(shè)備新增均壓管流量計、均壓閥、入爐冷風(fēng)風(fēng)量前壓力。

圖1 冷風(fēng)均壓改造圖

3.2 電纜敷設(shè)、柜內(nèi)設(shè)備安裝接線

2#風(fēng)機PLC柜至1#高爐熱風(fēng)爐PLC柜敷設(shè)1根30 芯信號電纜，2#風(fēng)機PLC 柜至1#、3#風(fēng)機PLC 柜分別敷設(shè)1根30芯信號電纜。

3#風(fēng)機PLC柜至2#高爐熱風(fēng)爐PLC柜敷設(shè)1根12 芯、1 根3 芯信號電纜，3#風(fēng)機PLC 柜至1#、2#風(fēng)機PLC柜分別敷設(shè)1根16芯信號電纜。

風(fēng)機PLC 柜新增信號隔離器12 個、信號倍增器26個、模擬量輸入模塊6個、雙極空開6個。

3.3 硬件添加、程序編制

1#、2#、3#風(fēng)機新增A200.10、A200.11 模塊。1#、2#、3#風(fēng)機新增設(shè)備控制程序添加為FT201-3、ZT201、FT201-2、PT201-2、PT201-3、PT201-4。定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制模式轉(zhuǎn)換程序修改，靜葉角度限制程序修改。硬件配置如圖2。

圖2 硬件配置圖

3.4 畫面制作

對于1#高爐，1#、2#、3#風(fēng)機上位新增均壓管流量FT201-3、新增均壓閥閥位ZT201、入爐冷風(fēng)風(fēng)量FT201-2、放散閥前壓力PT201-2、入爐冷風(fēng)風(fēng)量前壓力PT201-3、入爐熱風(fēng)壓力PT201-4。

對于2#高爐，1#、2#、3#風(fēng)機上位新增均壓管流量FT202-3、新增均壓閥閥位ZT202、入爐冷風(fēng)風(fēng)量FT202-2、放散閥前壓力PT202-2、入爐冷風(fēng)風(fēng)量前壓力PT202-3、入爐熱風(fēng)壓力PT202-4。

新增定風(fēng)量、定風(fēng)壓手自動切換按鈕，換爐信號上位顯示塊。從自動切手動的條件畫面制作為：回路故障切手動，換爐時間超時切手動，撥風(fēng)閥動作切手動，靜葉角度限副切手動，靜葉角度上限切手動，設(shè)定流量與實際流量偏差過大切手動，設(shè)定壓力與實際壓力偏差過大切手動，入爐風(fēng)量與風(fēng)機出口風(fēng)量偏差過大切手動，入爐風(fēng)壓與風(fēng)機出口風(fēng)壓偏差過大切手動，防喘偏差過大切手動。

3.5 定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制模式轉(zhuǎn)換邏輯修改

風(fēng)機正常運行時處于定風(fēng)量操作，根據(jù)爐況變化，進行加風(fēng)或者減風(fēng)操作。當熱風(fēng)換爐時，若此時按定風(fēng)量操作，則風(fēng)壓降低，引起爐況不穩(wěn)定，故應(yīng)采用定風(fēng)壓操作。熱風(fēng)爐換爐結(jié)束后，再轉(zhuǎn)入定風(fēng)量操作。兩者之間的切換見圖3。

圖3 改造前后邏輯圖對比

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。

3.6 定風(fēng)量/定風(fēng)壓切換到手動模式程序修改

(1)回路故障切手動。給1#高爐供風(fēng)時，1#高爐冷風(fēng)壓力、流量、靜葉回路故障時退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。給2#高爐供風(fēng)時，2#高爐冷風(fēng)壓力、流量、靜葉回路故障時退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(2)設(shè)定流量與實際流量偏差過大切手動。設(shè)定流量與實際流量偏差大于等于1 000 m3/min 時退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(3)入爐風(fēng)量與風(fēng)機出口風(fēng)量偏差過大切手動。入爐風(fēng)量與風(fēng)機出口風(fēng)量偏差大于等于3 000 m3/min時退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(4)設(shè)定壓力與實際壓力偏差過大切手動。設(shè)定壓力與實際壓力偏差大于等于0.1 MPa 時退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(5)入爐風(fēng)壓與風(fēng)機出口風(fēng)壓偏差過大切手動。入爐風(fēng)壓與風(fēng)機出口風(fēng)壓偏差大于等于0.1 MPa 時退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(6)換爐時間超時切手動。熱風(fēng)爐換爐時間過長，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能，換爐時間上限為15 min。

(7)防喘偏差過大切手動。風(fēng)機運行工況點到達防喘振控制線線，即裕度≥-1%，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(8)撥風(fēng)閥動作切手動。任何一套撥風(fēng)閥(總共4 套撥風(fēng)系統(tǒng)）動作，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。以撥風(fēng)閥操作按鈕輔點為撥風(fēng)閥動作聯(lián)鎖信號。

(9)靜葉角度上限切手動。設(shè)置靜葉角度上限80%，超過上限時退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(10)靜葉角度限副切手動。設(shè)置靜葉角度限副為充風(fēng)信號來之前當前靜葉角度加25°，超過限副時退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(11)風(fēng)機啟動時切手動。風(fēng)機啟動時第三步激活，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(12)風(fēng)機第四步激活切手動。風(fēng)機第四步激活，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

(13)風(fēng)機第六步激活切手動。風(fēng)機第六步激活，退出定風(fēng)壓、定風(fēng)量功能。

3.7 流量壓力控制塊參數(shù)修改

定風(fēng)量時點擊Higher 按鈕一次設(shè)定流量增加10 m3/min，點擊Lower按鈕一次設(shè)定流量減少10 m3/min。定風(fēng)壓時點擊Higher按鈕一次設(shè)定壓力增加1 kPa，點擊Lower按鈕一次設(shè)定壓力減少1 kPa。

3.8 換爐時定風(fēng)壓、手動模式的參數(shù)對比

圖4 中①為新增入爐冷風(fēng)風(fēng)量前壓力，②為風(fēng)機靜葉角度，③為新增均壓管流量。

圖4 手動模式與定風(fēng)壓模式趨勢圖對比

4 改造實施過程中存在的問題

熱風(fēng)爐換爐均壓波動幅度大，見圖5。熱風(fēng)爐均壓閥門打開瞬時，風(fēng)量下浮約波動300 m3/min，上浮200 m3/min。

圖5 波動趨勢圖

定風(fēng)壓時，風(fēng)機總風(fēng)量未變化，但瞬間一部分風(fēng)量用于均壓充風(fēng)、壓力突然下降，入爐風(fēng)壓、風(fēng)量突然減小，時間短，反饋給風(fēng)機再進行調(diào)整滯后。

均壓閥門調(diào)整有“四擋”，造成風(fēng)壓、風(fēng)量有“四擋”的變化，風(fēng)機反饋在換擋時滯后，造成波動幅度大。解決均壓閥門開度“換擋”均勻，實現(xiàn)無擋切換（或多擋切換，以保證風(fēng)機調(diào)整及時，風(fēng)壓波動最?。ㄟ^均壓閥門開度勻速打開，解決了此問題。

5 結(jié)束語

定風(fēng)量、定風(fēng)壓控制模式添加完自動控制模式后，增強了爐況的穩(wěn)定性，實現(xiàn)定風(fēng)量、定風(fēng)壓之間無擾動切換，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，對高爐穩(wěn)定高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

換爐周期60 min，每座高爐每天換爐24 次，換爐充壓時間15 min，通過過程的風(fēng)量加權(quán)平均計算，風(fēng)量增加500 m3/min，每噸鐵風(fēng)耗按800 m3計算，每座高爐日增產(chǎn)225 t，每座高爐年增產(chǎn)81 000 t。