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高炉鼓风机防喘振控制系统的改进

谢玉苹/华东交通大学电气与电子工程学院    

摘要: 阐述了高炉鼓风机 TURBOLOG 防喘振控制系统及其原理,分析了其存在的问题并采取了改进措施,改造后效果良好。

关键词:高炉鼓风机;防喘振;控制器

中图分类号:TH442    文献标识码:B

Improvement of Anti-surge Control System of Blast Furnace Blower

Abstract: In this paper, the TURBOLOG anti-surge control system of blast furnace blower and its principle are specified. The existed problems are analyzed and the improving measures are taken. The effect is good after reconstruction.

Key words: blast furnace blower ; anti-surge; controller

0  引言

  武钢5#高炉鼓风站建于1990年,是武钢首个电动鼓风机站。其电动鼓风机选用了型号为AG120/16RL6的轴流压缩机,并选用了TURBOLOG EKU控制系统。以下简要介绍一下该控制系统的原理和运行情况。

1  TURBOLOG EKU防喘振控制原理

  TURBOLOG EKU防喘振控制系统,它具有双向保护功能,通过控制放风阀的开度,使风机始终运行在安全区域内,从而实现风机的防喘振控制。它由两大部分组成:一部分为喘振的检测及报警,另一部分为喘振的保护和控制。

  喘振的检测部分主要由EKU321喘振检测器和继电保护器保护系统组成,见图1。

  喘振检测器检测吸风差压开关信号和吸风温差信号,如果检测到喘振信号,就发出控制信号给继电器连锁保护系统把放风阀全部打开,直到消除喘振。同时,喘振检测器计数一次。

  喘振的保护和控制系统由EKU180防喘振基本控制器,EKU110位置控制器和放风阀、吸风温度、差压和送风压力变送器等组成,并将控制信号和测量信号串联接在PLC和TIRBOLOG-GRAPH系统中,进行逻辑控制和显示,同时对风机进行双向保护,其系统方框图见图2。

  从图2看出,TURBOLOG EKU180与TURBOLOG EKU110一起,组成了风机喘振保护的闭环控制系统。EKU180防喘振控制器将检测到的吸风差压、排风压力和吸风温度与内部设定参数比较后,发出控制信号,通过信号分配器将控制信号分成三路同时给EKU110,EKU110通过与反馈信号进行比较,发出控制信号,控制放风阀的开度。与一般电液压式防喘控制器不同的是,该系统采用了电液转换式,图3为EKU180防喘振控制器原理图。

  如图3所示,EKU180防喘振控制器内共有三路偏差信号。一路偏差信号为实际送风压力与设定压力之比,该路信号可实现实际送风压力不超过设定压力,起到限压作用;一路偏差信号为差压Δp与通过FG函数发生器输出设定Δpmin之比 , 该路信号可保证实际风量Δp不低于Δpmin,具体实施是通过FG来实现的。首先在FG上设定一个放风线,这样,在每一个具体风压下都有一个对应的最小Δpmin输出,也就是FG输入为p2 ,输出为Δpmin。当Δp=Δpmin时,也就是工作点到达放风线位置时,此时偏差为零,防喘控制系统就准备动作,这就保证了风机始终运行在放风线右下方,即始终在稳定区范围内运行;第三路偏差信号为手动设定与控制输出之比,该路信号可实现控制系统手动亦能干预。MAX逻辑选用三路偏差信号中偏差最大的输出给PI控制器,由它输送位置控制器EKU110。TURBOLOG EKU110也是一个电液转换的位置控制器,其电液转换是通过一个具有伺服阀特性,在任意位置都能工作的电磁阀来完成的。图4为EKU110控制图。

  控制器输出电源信号在电磁阀中产生磁力,该磁力打破了原来与弹簧势能之间的平衡,电磁阀中的滑块开始移动,引起控制油口面积变化,使控制油流入或流出。同时放风阀控制活塞中的油流也相应变化,使活塞移动,放风阀动作,这使控制器的X(反馈值)发生变化,使控制器输出回到原来值,电磁阀中的滑块在弹簧力作用下又回到原来值,油路不通。放风阀在新的位置达到新的平衡,保证放风阀在新的位置不动。同时,位置控制器发出一个位置反馈信号,实现闭环控制。

  防喘振控制及保护逻辑见图5,机组启动前放风阀强制全开,当图中条件3和4满足后,防喘振控制系统进入自动操作模式,放风阀自动关至最佳角度,同时放风阀手动调节生效。当图中条件5、6、7中任何一项成立后,电磁阀动作,放风阀快速打开。

2  EKU180防喘振控制器存在的问题及改进

  热力厂二鼓风的2台电动鼓风机组1990年5#高炉投产以来,初期设备性能好,鼓风机保护系统稳定。经过十余年的使用,EKU180设备逐渐老化,设备的性能逐渐下降,鼓风机防喘保护系统已明显不足。

2.1  EKU180 防喘振控制器存在的问题

  (1) EKU180 内部元件老化,反应速度慢。且无备件可更换。

  (2)由于设备的老化,使鼓风机的放风线向下飘移,放风线飘移7%~10%,使风机的安全系数下降。

  (3)放风线的飘移使风机的效率降低,鼓风机长期放风运行,能耗大量浪费,损失严重。

2.2  EKU180 防喘振控制器改进

  在不改变鼓风机原防喘振控制系统原理的情况下,做局部改进。用沈阳创世达自动化系统有限公司生产的防喘振控制系统(简称ASCS控制系统)来代替EKU180防喘振控制器。

2.2.1  ASCS 控制系统简介

  ASCS控制系统采用了先进的控制算法,它补偿了分子量变化、温度变化而造成的喘振点移动量,当喘振点向右移时,能及时打开防喘振阀,避免喘振;而当喘振点向左移时,控制线相应向左移,避免了回流(使安全区域增大)降低了能耗;ASCS控制系统采用了多段折线函数做为喘振控制线,使喘振控制线与喘振线几乎平行,这样,最大限度地扩展了鼓风机、压缩机的安全运行区域,减少了过去采用单参数控制仅是一条直线而造成的不必要的回流,从而节约了能源。

  ASCS 控制系统,考虑了各控制回路之间的干扰,采用了解耦技术,提高了喘振控制的精度,从而使鼓风机、压缩机能安全地在接近喘振极限的操作点运行,拓宽了风机的安全运行区域,使风机的回流量减至最少,减少了能耗。

2.2.2  措施实施

  (1)根据鼓风机性能,应用ASCS控制系统的逻辑运算功能制订出风机的性能曲线。

  (2)建立放风控制线。由于ASCS控制系统在放风控制线附近进行闭环控制,需建立放风控制线。放风控制线在喘振线的右侧,其直线方程为

      Y=79.6875X+118.71875

  式中Y为出口压力(表压);X为喉差。

  当压缩机运行操作点在放风控制线右侧时,ASCS控制系统的输出为20mA,放风阀完全关闭;当压缩机操作点到达放风控制线时,防喘振逻辑设计为打开防喘振阀;当操作点向放风控制线左侧缓慢移动时,防喘振控制将以PID回路控制放风阀,使操作点始终在放风控制线处。

  (3)建立快开控制线。在喘振快开控制线处,ASCS控制系统实行开环控制。其直线方程为

     Y=79.6875X+204.78125

  式中Y为出口压力(表压);X为喉差。

  它在放风控制线的左侧,喘振线的右侧,这对于较大的扰动是有效的。若防喘振控制无法将操作点保持在放风控制线右下方,操作点越过放风控制线向左移动。一旦操作点到达快开线处,防喘振控制系统将输出一阶跃信号,使放风阀瞬间开至预定开度,以达到消除和控制喘振的目的。

3  系统实施效果

  通过对TURBOLOG防喘振控制系统进行工艺改造,优化了系统工艺,解决了因设备性能下降使原控制系统操作不便的问题,提高了风机保护控制系统的稳定性、安全性,确保了高炉炼铁生产的正常运行。经过半年多的运行检验,达到了生产工艺要求。

4  经济效益分析

  实施改造后,减少了鼓风机的放风运行,提高了风机的运行效率,降低了鼓风吨铁能耗。

  在未改造前,由于放风线漂移,放风阀长期放风运行,电机负荷为29.4MW;改造后,放风阀可以全关运行,电机负荷为28.2MW。按0.6元/kW·h计算,则风机运行一年的经济效益为(29.4-28.2)×1000×24×365×0.6=6307200元。

5  结论

  通过对TURBOLOG防喘振控制系统的工艺改造,提高了高炉鼓风机组运行的效率和安全性,获得了可观的经济效益,同时也为其它鼓风机组的防喘振控制改造提供了宝贵的经验。

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  评论人:肉牛   打分:0 分  发表时间:2015-5-13 21:48:46
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  评论人:西门塔尔牛   打分:0 分  发表时间:2015-4-10 16:53:01
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  评论人:mutlrdgtwgd   打分:85 分  发表时间:2010-10-27 17:50:53
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