CN106086271A - 用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化仪表测量调节技术领域，具体涉及用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法，该方法通过整理程序、确定鼓风机的性能曲线、确定防喘振线、建立防喘振数学模型和增加EPU调节的手段，本发明在原有的PLC控制系统中，建立了不同季节温度下的喘振控制数据模块，对机组进行动态控制，淘汰了常规PID调节，对喘振阀控制调节进行优化升级，调整系统关键参数运行压力、风量、风温等采集运算速率，根据参数变化速率大小和范围预给定控制喘振阀的信号输出，提升调整精度和系统响应速度，保证鼓风机运行点可以在防喘振线附近移动，更大程度的发挥鼓风机的性能，控制优化后可尽量减小放风阀门开度，降低放风造成的能源消耗，节约生产成本。

Description

用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法

技术领域

本发明属于自动化仪表测量调节技术领域，具体涉及用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法。

背景技术

高炉鼓风机是炼铁过程中的核心动力设备， 其工作性能与稳定性对高炉的生产至关重要。目前国内的高炉鼓风机控制方式多为PLC（可编程控制器）控制，运算更灵活，而软件控制方式发展相对滞后，从最初的仪表控制中采用 PID 调节，折线计算等简单的运算，到 DCS 控制时，开始采用工况点温度补偿，可变增益调节，输出变化率限幅等技术。虽然技术上有所改进，但是整体的控制工艺，尤其是鼓风机控制的核心功能——防喘振控制并没有较大的发展。

喘振是鼓风机特有的工况，喘振的发生对鼓风机造成很大的伤害，其过程分为：气流脱离——旋转失速——逐步扩大——气体回流——喘振。

在鼓风机流道中，由于工况的改变，流量明显减少，当出现更为严重的气流脱离时，流动情况会非常恶化。这个时候工作叶轮虽然还在旋转，但是对气体做的功大都变成能量损失，却不能提高气体压力。于是鼓风机出口压力明显下降。由于鼓风机和工艺管网相连，而管网的压力反应相对滞后，因此会造成在一定时间内管网压力大于鼓风机出口压力，产生气体倒流现象。一直到管网压力小于鼓风机出口压力为止。这时鼓风机又开始向管网供气，气体恢复正向流动，流量逐渐恢复。但当管网压力恢复至原来水平时，鼓风机的正常排气又受到阻碍，流量又开始下降，系统中气体倒流，整个系统周而复始的发生周期性轴向低频大幅度气流振荡现象，这种现象称之为喘振。防止喘振产生必须及时打开防喘阀， 使管网阻力下降同时流量增加。

酒钢宏兴200万钢铁的5套电拖轴流机组，鼓风机型号都是AV50-14，控制系统采用S7 400冗余系统，上位画面采用WinCC，通过工业以太网进行上下位通讯。鼓风机对风量和风压的调节是通过调整压缩机静叶角度的变化来实现，利用PLC进行PID 运算和控制，将运行工况点控制在防喘线以内，实现定风量/定风压自动控制；当润滑油压力过低、动力油压力过低、鼓风机轴位移过大、发生持续逆流时，鼓风机联锁停机，防喘阀完全打开；防喘振阀采用快开慢关的调节方式，当工况点接近或者达到防喘振线，防喘阀快速打开，快速降低出口压力，以保证鼓风机的安全。鼓风机自动控制系统已投入使用近10年，尽管利用PLC系统中的PID 调节、折线计算、温度补偿技术对鼓风机进行控制，但是原控制方案依然存在以下劣势：

（1）防喘控制采用常规PID调节，调节精度和速度滞后，范围狭小，当鼓风机运行时工况点越过防喘线时，由于PID调节器属于偏差调节，往往出现响应滞后而导致鼓风机直接进入喘振区的现象，易造成供风中断导致高炉灌渣，不能有效保证供风的安全性。

（2）为了保证鼓风机自身设备安全和供风压力的稳定，尽量使工况点远离防喘线，防止工况异常引起防喘阀调节导致送风压力波动，从而造成大量放散，造成浪费。

（3）原控制方案中采用了对工况点进行补偿，而且补偿也仅仅局限于温度补偿，未考虑入口压力和出口压力的因素，因而使补偿效果不够精确，为了弥补这一点，只能采用放大防喘线安全裕度的方式，使防喘振调节点远离喘振区，这样虽然使得调节更加安全简单，却不能发挥鼓风机的最大性能，造成性能上的浪费。

（4）鼓风机效能受季节温度变化的影响，机组实际防喘振线存在微观动态变化的特性，当前的防喘振控制系统由于固定防喘线的作用，不能及时反映出鼓风机性能随季节的变化情况，实际上固定、并限制了鼓风机的性能，不能准确的预测喘振点，为了确保安全，减少事故隐患，人为的将防喘振阀或放风阀打开一定角度，使工况点远离防喘线，同样导致了能耗损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在原有的PLC控制系统中，建立了不同季节温度下的喘振控制数据模块，动态控制鼓风机机组压缩空气放风量节能增效的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法，该方法按照下述步骤进行：

1）整理程序：在原有的PLC控制系统中，删除原防喘振线相关程序；

2）确定鼓风机的性能曲线：在夏季和冬季，分别在静叶角度为30°、40°、50°、60°、68°和76°时对鼓风机进行特性试验，得出静叶在这6种角度时排气压力和容积流量的关系，得出鼓风机的性能曲线；

3）确定防喘振线：在鼓风机投运前，分别在静叶角度为20°、30°、40°、50°、60°时对鼓风机进行防喘试验，根据实测出的鼓风机喉差与排气压力的函数关系得出鼓风机的防喘振线，并且依据鼓风机特性，在PLC控制系统中增加完整的补偿模型程序，对整条防喘振线进行温度和压力的补偿，使防喘振线在不同状态下与鼓风机的性能准确对应；

4）建立防喘振数学模型：在分析了防喘振阀和工况变化的数据后，在PLC系统中建立完整的防喘振控制模型，对工况进行采集，利用模型程序对其进行分析、预测，建立快速和精确的算法；

5）增加EPU调节：根据鼓风机性能参数，确定防喘压力设定值，采集实际排气压力以及喉部压差工况参数，通过建立的模型进行判断，当工况点越过防喘线时进行防喘振调节。

优选的，在步骤5）中，为了在极端工况下保护鼓风机，确保快速放风，增加一个从防喘振阀，通过主、从防喘振阀实现分程控制，主、从防喘振阀的开度值为0%为全开，100%为全关，主防喘振阀参与压力调节，当主防喘振阀开度达到40°，但工况点压力值仍大于防喘值时，从防喘振阀自动投入，主、从防喘振阀同时对压力进行调节，使工况点重新回到防喘振线以下运行。

优选的，在需要人为打开主、从防喘振阀进行必要的操作时，则可以操作手动进行动作，手动操作和自动操作之间遵守低开度优先原则，若自动输出值>实际输出值时，输出值为实际输出值；若自动输出值<实际输出值时，输出值为自动输出值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在原有的PLC控制系统中，建立了不同季节温度下的喘振控制数据模块，对机组进行动态控制，淘汰了常规PID调节，对喘振阀控制调节进行优化升级，调整系统关键参数运行压力、风量、风温等采集运算速率，根据参数变化速率大小和范围预给定控制喘振阀的信号输出，提升调整精度和系统响应速度，保证鼓风机运行点可以在防喘振线附近移动，更大程度的发挥鼓风机的性能，控制优化后可尽量减小放风阀门开度，降低放风造成的能源消耗，节约生产成本。

1）具有动态补偿的性能曲线

由于鼓风机性能曲线随外界温度变化而变化，改造前的固定曲线存在对性能预测不准，改造后的EPU在性能补偿上建立了新的模型，准确反映出任一温度条件下的鼓风机性能参数，控制更精确。同时对鼓风机入口温度做断线保护处理，当温度信号断线时使曲线保持不变。

2）具有预判功能的精确调节

不同于常规的PID调节，EPU调节器对鼓风机工况点的运行趋势进行多周期的积分运算，提前判断未来的运行趋势，根据危险程度进行响应，做到快慢结合的调节效果，工况点更接近防喘线而不会触及防喘线，从而不会引起不必要的调节导致压力波动。

3）更安全的控制、更节能的运行

基于更优秀的控制调节技术，EPU技术可以使鼓风机工况点贴近防喘振线运行，并且当工况点越过防喘线时响应迅速，调节稳定的特点，使鼓风机运行更安全。使工况点贴线运行，减少放风量，额外能耗得到降低。

4）智能操作工

EPU控制器相当于一个连续不断监测随时响应的“智能操作工”，由于它的快速介入，使运行人员可以从容不迫的采取后续措施，有效降低监视操作人员的劳动强度，提高操作效率。

附图说明

图1为本发明常规操作方法；

图2为AV50-14鼓风机性能曲线；

图3为改造后运行工况及防喘振曲线图；

图4为EPU调节器框图；

图5为常规操作方式与EPU调节方式的对比效果图。

图中：P为排气压力、△P为喉部压差。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

现有技术高炉鼓风机的防喘振控制采用常规PID调节，调节精度和速度滞后，范围狭小，开静叶可以使工况点远离防喘振线，但是增大了能量消耗，开防喘振阀可以使工况点远离防喘线，但是造成了风量浪费，因此当鼓风机运行时工况点越过防喘线时，由于PID调节器属于偏差调节，往往出现响应滞后而导致鼓风机直接进入喘振区的现象，易造成供风中断导致高炉灌渣，不能有效保证供风的安全性，为了保证鼓风机自身设备安全和供风压力的稳定，尽量使工况点远离防喘线，防止工况异常引起防喘阀调节导致送风压力波动，从而造成大量放散，造成浪费，图1所示。

本发明在原有的PLC控制系统中，删除原防喘振线相关程序，接着确定鼓风机的性能曲线，具体的操作方法为在夏季和冬季，分别在静叶角度为30°、40°、50°、60°、68°和76°时对鼓风机进行特性试验，得出静叶在这6种角度时排气压力和容积流量的关系，得出鼓风机的性能曲线，如图2所示。

确定得出鼓风机的性能曲线后，确定鼓风机的防喘振线，具体操作方式为在鼓风机投运前，分别在静叶角度为20°、30°、40°、50°、60°时对鼓风机进行防喘试验，根据实测出的鼓风机喉差与排气压力的函数关系得出鼓风机的防喘振线，并且依据鼓风机特性，在PLC控制系统中增加完整的补偿模型程序，对整条防喘振线进行温度和压力的补偿，使防喘振线在不同状态下与鼓风机的性能准确对应，接着在分析了防喘振阀和工况变化的数据后，在PLC系统中建立完整的防喘振控制模型，并且对工况进行采集，利用模型程序对其进行分析、预测，建立快速和精确的算法，在上述过程中，增加EPU调节环节，根据鼓风机性能参数，确定防喘压力设定值，采集实际排气压力以及喉部压差工况参数，通过建立的模型进行判断，当工况点越过防喘线时进行防喘振调节，如图3所示。

EPU调节技术可以使鼓风机工况点贴近防喘振线运行，并且当工况点越过防喘线时响应迅速，调节稳定的特点，使鼓风机运行更安全，使工况点贴线运行，减少放风量，额外能耗得到降低，改造后的鼓风机的运行工况和防喘振曲线如图4所示。

在现有的防喘振控制方案中，由于防喘调节不够灵敏、不够稳定，为了避免工况点在工况异常时越过防喘振线，通过加大静叶角度、适度打开放散阀的方式，使工况点远离防喘振线，造成了能源浪费。在新的控制方案下，鉴于EPU调节器的灵敏、稳定，工况点可以贴近防喘线，因此在操作的时候，根据高炉供风量的需求调节静叶角度，工况点沿防喘线移动达到需要的压力，此时防喘阀完全关闭或者打开很小的角度，因而节约了以往被放空的风量，达到节能的效果，如图5所示。

Claims (3)

1.用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法，其特征在于：该方法按照下述步骤进行：

1）整理程序：在原有的PLC控制系统中，删除原防喘振线相关程序；

2）确定鼓风机的性能曲线：在夏季和冬季，分别在静叶角度为30°、40°、50°、60°、68°和76°时对鼓风机进行特性试验，得出静叶在这6种角度时排气压力和容积流量的关系，得出鼓风机的性能曲线；

3）确定防喘振线：在鼓风机投运前，分别在静叶角度为20°、30°、40°、50°、60°时对鼓风机进行防喘试验，根据实测出的鼓风机喉差与排气压力的函数关系得出鼓风机的防喘振线，并且依据鼓风机特性，在PLC控制系统中增加完整的补偿模型程序，对整条防喘振线进行温度和压力的补偿，使防喘振线在不同状态下与鼓风机的性能准确对应；

4）建立防喘振数学模型：在分析了防喘振阀和工况变化的数据后，在PLC系统中建立完整的防喘振控制模型，对工况进行采集，利用模型程序对其进行分析、预测，建立快速和精确的算法；

5）增加EPU调节：根据鼓风机性能参数，确定防喘压力设定值，采集实际排气压力以及喉部压差工况参数，通过建立的模型进行判断，当工况点越过防喘线时进行防喘振调节。

2.如权利要求1所述的用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法，其特征在于：在步骤5）中，为了在极端工况下保护鼓风机，确保快速放风，增加一个从防喘振阀，通过主、从防喘振阀实现分程控制，主、从防喘振阀的开度值为0%为全开，100%为全关，主防喘振阀参与压力调节，当主防喘振阀开度达到40°，但工况点压力值仍大于防喘值时，从防喘振阀自动投入，主、从防喘振阀同时对压力进行调节，使工况点重新回到防喘振线以下运行。

3.如权利要求2所述的用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法，其特征在于：在需要人为打开主、从防喘振阀进行必要的操作时，则可以操作手动进行动作，手动操作和自动操作之间遵守低开度优先原则，若自动输出值>实际输出值时，输出值为实际输出值；若自动输出值<实际输出值时，输出值为自动输出值。