高炉风机防喘振先进控制技术

高炉风机防喘振先进控制技术

高炉鼓风机是炼铁过程中的核心动力设备，对于整个钢铁企业而言，鼓风机的运行状态与企业的产量、效益、安全息息相关，防喘振控制作为高炉风机控制中最重要的一环，其控制效果完善与否，在很大程度上决定了能否充分发挥鼓风机的潜能，为高炉提供一个安全、稳定、高效的风源，保证高炉达到理想的利用系数。

一、目前在炼铁行业高炉风机防喘振控制技术中普遍存在的问题

1．“保风机”与“保高炉”之间的矛盾：

在防喘振控制回路中，由于缺少完备的数学算法，在工况点接近喘振线时，“保风机”和“保高炉”往往成为一对不可调和的矛盾。防喘振动作的速度主要由调节器的增益值来决定，在调试过程中，往往对增益值如何设定感到两为其难：如增大数值，防喘振阀在动作时打开得过快、过大势必会产生较大的流量和压力波动，这种波动是高炉正常生产中无法接受的。如减小数值，又不能保证在工况点上升较快的情况下保证风机不进入喘振区。产生这一矛盾根本的原因是防喘振控制回路设计的出发点是保护风机本体，对如何在保护风机的同时又保护高炉的正常生产缺少必要的考虑。目前普遍应用的防喘振控制效果的现实情况是：一旦工况点越过防喘振线，防喘振阀进行调节动作，工况点在2~3秒钟内由接近喘振区域被向下拉至距离防喘线以下，风机出口压力的波动至少会超过40kPa，在高炉憋压比较突然的情况下，压力的波动甚至可能达到100~150kPa，这样幅度的波动远远超过了高炉操作所允许的范围。一般来说，导致来自高炉的阻力增大、风机工况接近喘振线的原因可能是以下几种：在热风炉切换的过程中操作不慎、高炉炉料下落、炉顶煤气压力控制不稳等，这些原因都可能导致炉料料层透气性下降、高炉工况恶化。从维持高炉工况的角度出发，在这种情况下，最需要的就是高炉风机能够保证稳定的送风压力，使高炉工况得以好转，而由于防喘振控制的局限性，往往恰是在这一时候，供风压力最不稳定，导致和加剧了高炉座料，而高炉工况一旦变坏后往往需要几天的时间才能逐渐恢复，由此给炼铁企业造成巨大的经济损失。

2．AV系列轴流风机尚未发挥出最大效益：

由于目前普遍应用的防喘振控制过分侧重于风机本身，使AV（静叶可调式）系列轴流风机无法在最大工况点上稳定工作。工况点一旦达到或越过防喘振线，防喘阀就会在调节器的作用

下开启，风机排气压力大幅下降，如不进行人工干预，会形成振荡性的波动，给高炉带来不良影响。为避免这种情况的发生，在风机运行中工况点必须与防喘线保持一定的间距，尤其是在高炉工况不太稳定时，这个间距更是必须保持得大一些。以AV40-11风机为例，在大静叶角度下，防喘线基本上趋近于水平线，高度约为0.26Mpa，但实际运行操作中，顾忌到防喘振阀一旦动作可能造成的不良影响，风压最多加至0.24Mpa后，就不能再继续加大静叶角度，提高风机出力。从理论上说，风机排气压力还可再提高0.02Mpa，相当于提高8.3%。由于风机的出力（送风功率）与排气压力的平方成正比（风机的流量随着排气压力同时增加），风机的送风功率至少还有17.3%的提升空间。如果能有效加以利用，对充分挖掘高炉的生产潜力，大幅度提高产量将起到很大的促进作用。

二、防喘振控制软件优化后的控制效果

为解决上述问题，就需要有更加先进的防喘振控制软件和响应快、精度高的控制系统和防喘振阀，在控制回路的设计上，必须充分考虑到高炉工艺对防喘振的需要，保证高炉的稳产、高产，同时绝对保证机组的安全。由此对防喘振控制的效果提出了两点新的要求：

1．工况点在达到防喘振线时的稳定性：

通过建立与各种型号轴流风机、不同口径的防喘振阀相匹配的数学模型，利用合理的计算方法和投运过程中进一步的参数优化，达到稳定的控制效果。简而言之，当工况点达到防喘线后，随着来自工艺的阻力进一步增加，防喘阀自动增加开度，如来自工艺的阻力降低，则防喘阀自动关闭，但在这一过程中，无论来自工艺的阻力和防喘振阀开度如何变化，风机工况点始终应被“钉”在防喘振线上，并保持稳定，风机排气压力没有上下窜动的振荡，因而无需人工做任何干预使其工况点必须离开防喘线。

2．控制响应的敏捷性：

为保证轴流风机在各种工作状态下的绝对安全，防喘振控制在保证稳定的同时，还要保证在工况快速变化时的敏捷性。如果由于某种原因，造成来自工艺管网的送风阻力突然快速增加（例如，在风机正常大负荷送风时高炉误操作关闭了一个送风管道上的阀门），防喘振控制必须具备足够的响应速度确保风机不进入喘振区。

三、防喘振控制软件的应用价值及效益

防喘振控制软件的实用价值体现在以下四个方面：

1． AV系列轴流风机工作工况范围扩大5~10%，实用最大送风功率增加15%~21%的提升空间，从而为高炉挖掘增产潜力创造了可能。以AV40-11轴流风机为例，配套380m3高炉，正常产量每天约1100~1200吨生铁，如果增产5%（按保守估计），则每天增加的产量为60吨，按吨铁利润500元计算，通过应用这项技术可使一座380m3高炉每月增加效益达百万元。下图为防喘振控制软件未优化和优化后的轴流风机实用工况范围示意图。

控制效果未经优化的AV轴流压缩机实用工作范围防喘振经过优化后的AV轴流压缩机实用工作范围

2．可以做到“即防风机喘振，又防高炉座料”。由于优化后的控制效果在进行防喘振调节的同时保证了送风压力的稳定性，对高炉风源的稳定不产生影响，彻底解决了“保风机”和“保高炉”之间的矛盾，而不再是仅仅通过PID增益参数的调整，在这一对矛盾中寻求折中点。这一功能是高炉风机防喘振控制的一大进步，具有很高的实用价值。高炉生产过程中炉料的正常下降和料柱的透气性能良好是保证高炉高产的重要条件，而将这一连续生产过程维持在最佳状态主要依赖于高炉煤气沿着料柱自下而上始终保持均匀、稳定的压降梯度，以及料层在一定程度上的透气性自我调节作用。高炉风口稳定的供风压力，是维持高炉内部物料平衡的前提条件，一旦这一平衡遭到破坏，则需要长时间的努力才能逐渐好转，高炉的产量无法在短时间内恢复至正常水平，从而造成的巨大的效益损失甚至设备事故。对防喘振控制系统进行优化，为高炉的长期稳定高产提供了有力的保障。