大型高炉鼓风机控制系统概述
中钢炼铁1#、4#、5#高炉鼓风机自动拨风系统
中钢炼铁1#、4#、5#高炉鼓风机自动拨风系统摘要：为了解决高炉因鼓风机突然跳闸造成炉膛“坐料”、风口“灌渣”问题关键词：高炉；鼓风机；拨风中钢炼铁1#、4#、5#高炉自2008年投产以来，由于各种原因相继发生鼓风机事故跳闸，造成高炉事故断风，致使高炉风口灌渣事故发生.高炉风口灌渣事故不仅造成更换风口的直接经济损失，如风口设备费和人工费；间接经济损失更惨重，如停产及恢复炉况造成的经济损失。
本文详细介绍了中天钢铁1#、4#、5#高炉的自动拨风系统，论述了该系统的设计思想、系统组成、系统运行情况、plc 系统的硬件与软件构成。
1.鼓风机系统配置说明1#、4#550m3高炉配置鼓风机型号为av45-12，进口冷风流量2200 m3/min，出口冷风压力0.39mpa，常用冷风压力为0.28--0.29mpa。
5#850m3高炉配置鼓风机型号为av56-13，进口冷风流量3150m3/min，出口冷风压力0.45mpa，常用冷风压力为0.33--0.34mpa。
送风管道通径都为1200mm。
1#高炉鼓风机位于1#高炉鼓风机房，4#、5#高炉鼓风机同在4#高炉鼓风机房，两地相距约200米，中间有一根离心备用鼓风机送风管道相连。
（如下图1）2.拨风系统设计方案在1#、5#高炉之间增加自动拨风系统一套（因1#高炉与5#高炉工作压力相差较大，1#高炉向5#高炉拨风时，无法满足两个高炉的最低工作压力，因此只能5#高炉向1#高炉拨风），当1#高炉鼓风机故障跳机时，5#高炉鼓风机通过拨风管道自动往1#高炉冷风系统拨风，使1#高炉不至于风口灌渣，并在一段时间内维持较低的生产压力。
拨风管道可利用1#高炉离心备用风机冷风管道。
在4#、5#高炉之间增加自动拨风系统一套，当4#或5#高炉其中一台鼓风机故障跳机时，4#、5#高炉鼓风机通过拨风管道自动往对方高炉冷风系统拨风，使故障高炉不至于风口灌渣，并在一段时间内维持较低的生产压力。
高炉 送风系统
6.1.3 高炉鼓风机的选择
1. 高炉鼓风量 的确定：
V0
Vu Iv 1440
式中： V0 ——标态入炉风量，m3/min；
Vu ——高炉有效容积，m3；
I ——高炉冶炼强度，t/(m3·d)；
v ——每吨干焦消耗标态风量，m3/t。
一般在2450～2800 m3/t之间 。
考虑漏风率：V=（1+R）V0
火井隔墙结构： 上部： 230高铝砖＋345高铝砖＋20滑动缝 下部： 230高铝砖＋345高铝砖＋20滑动缝 注：上部高铝砖较下部高铝砖更耐高温
3. 选火井面积（包括隔墙）
根据经验，选火井面积占热风炉内 截面积的28％ （1） 热风炉内截面积：
S内＝4 d内2＝4 6.8442 36.788m2
6.2.1 传统型内燃式热风炉
一. 基本结构： 由炉衬、燃烧室、蓄热室、炉壳、
炉篦子、支柱、管道及阀门等组成。 燃烧室和蓄热室砌在同一炉壳内，之 间用隔墙隔开。
结构图：
热风炉主要尺寸是外径和全高，一般 新建热风炉的高径比（H/D）在5.0左右。
不同炉容热风炉的高径比见下表
高炉容积 (m3) 255
③风机转速愈高，风压——风量曲线曲率愈大。
④概念：
临界压力：风压过高时，风量迅速减少，如 果再提高压力，则产生倒风现象，此时的风 机压力称为临界压力。
风机的飞动曲线：将不同转数的临界压力点 连接起来形成的曲线。
风机不能在飞动曲线的左侧工作，一般 在飞动曲线右侧风量增加 20％以上处工作。
二. 轴流式鼓风机 1. 结构 示意图
水渣——石棉填料层。
在上部高温区大墙外增加一层113 或230mm的轻质高铝砖；
注意：热风口、燃烧口周围一米半径 范围内的砌体紧靠炉壳，以防止填料 脱落时窜风。
高炉鼓风机自动控制系统
高炉鼓风机自动控制系统[摘要]简要介绍了鼓风机自动控制的应用，经典控制方法与程序设计相结合，提高控制的可靠性。
[关键词]喘振自动控制调节高炉鼓风机在炼铁生产中是一重要的子系统，该系统控制的好坏直接影响到送风的质量，从而关系到高炉生铁的产量和能耗。
一、系统介绍及主要设计参数武钢7#高炉鼓风机设计使用的是MAN TURBO公司的A V90-15机组。
该机组由10KV ABB同步电机通过增速齿轮箱带动轴流鼓风机。
该机组还有如下的辅助系统：润滑油和控制油单元，动力油单元，顶轴单元，盘车单元，进气过滤器单元等。
主要设计参数如表1-1：二、自动控制系统构成TURBOLOG DSP BASIC/4为主控制器站，采集处理所有I/O信号。
TURBOLOG PROTECT中的COMPACT/M3为冗余喘振监测（逆流保护）系统，并带有VOTER CARD REL2002（紧急停机保护选择系统）和喘振计数器，使用TURWIN可进行编程和强制调试。
TURBOLOG DSP PROVISET为支持人机界面的计算机系统，提供实时监控、趋势记录、通讯功能。
风机监控系统使用BENTLY NEV ADA 3600 。
建有一个操作站和一个工程师站。
三、系统控制功能及原理整个机组的控制系统有以下几大部分：连续控制、逻辑控制及操作监视管理等。
连续控制功能有送风流量/压力调节系统、风机防喘振调节系统。
逻辑控制系统有机组启动步骤联锁系统、逆流保护系统、重故障紧急停机联锁系统、供辅设施控制系统、送风与拨风控制系统等。
整个机组的起停运行使用的是顺控程序，程序方框图如图3-1：（一）重故障紧急停机联锁控制为保障机组的安全运行，设有相应的停机联锁保护，如果满足其中一个条件，就要进行联锁保护停机。
这些条件为：（1）按下急停按钮，（2）风机轴位移过大（+/-0.6MM），（3）持续逆流，（4）润滑油压力过低（低于0.8bar），（5）主电机跳闸。
（二）防喘振控制1．控制原理轴流风机运行在不同的风压时，都有严格的吸入风量限制范围，低于该限则发生喘振。
高炉轴流风机防喘振控制系统优化及实验
高炉轴流风机防喘振控制系统优化及实验摘要：针对萍钢4#高炉鼓风机存在的问题，阐明了防喘振控制优化的方案，包括工况点沿防喘线精确控制，入口温度对喉部差压、出口压力的补偿，提出了控制优化的具体实施方法，优化达到了预期目标。
【关键词】轴流风机防喘振优化实施一、前言高炉鼓风机是高炉炼铁生产的关键动力设备，为确保鼓风机的安全稳定运行，在其控制系统中必须配备防喘振自动控制，并应兼顾高炉生产、机组安全、节能降耗等各方因素，高炉作为鼓风机供风的负载，炉内状况瞬息万变，鼓风阻力发生扰动，控制系统将使防喘振阀动作，就会在高炉意外崩料和风机喘振之间处于两难的境地，本文以萍乡钢铁公司4#高炉鼓风机的防喘振控制优化为例，阐述控制系统在防喘振调节过程中如何保证送风压力的稳定性，在安全运行前提下充分发挥风机能力，进而为高炉稳产、高产奠定基础。
二、存在的问题萍乡钢铁公司4#高炉采用AV45-13全静叶可调式轴流风机，由于防喘振控制侧重于保护鼓风机，加之防喘振控制品质不高，2010年投产以来，防喘振控制系统运行状况不甚理想，主要表现在以下几方面：1）防喘阀开度基本在10%左右，轴流风机经常处于放风状态，造成大量无谓能量损失，放风噪声污染严重。
2）防喘振的控制品质有待提高：一旦高炉路况不顺，鼓风阻力增大使风机工况点进入调节区时，通常是采用人工紧急干预打开防喘阀使工况点回到稳定工作区，保守的安全意识使工况点总是远离防喘振线。
3）不同入口温度对风机喘振性能有较大影响，采用固定的喘振性能曲线不能真实地反映风机喘振性能，一方面可能影响风机的安全、稳定运行，另一方面可能制约风机供风能力的充分发挥。
三、防喘振控制优化方案1．防喘振控制优化的先决条件为了实现防喘振控制的优化，必须借助于性能优良的PLC系统。
PLC的高速运算性能可使用户程序的扫描周期在10毫秒级，为有效克服鼓风阻力瞬变扰动成为可能；PLC丰富的运算和编程功能可以实现各种先进控制算法，达到预期的控制效果；PLC的高可靠性，实现风机控制系统的安全运行进而确保风机的安全可靠运行。
高炉鼓风机AV56技术协议初稿-1
*钢铁股份有限公司五、设计分工及资料提供六、性能保证七、执行标准及工厂检验八、技术服务九、供货范围十、其他协议附件一、前言*钢铁股份有限公司（以下简称需方）、西安陕鼓动力股份有限公司（以下简称供方），双方就需方850m3高炉鼓风轴流压缩机组的有关技术事宜经友好协商，达成共识，形成以下技术协议。
2.12.22.32.4低压单相动力负荷及照明电源（双路）：220V50Hz直流控制电源：220V2.5水源条件（循环水）供水温度：≤35℃供水压力：0·4MPa悬浮物含量：≤25mg/l水硬度：≤25德国度PH值：6.5～8.52.6净化风（用作防喘振阀气源、仪表源等）气体种类:N24.1.2设计要求(1)、轴流压缩机E点作为设计点，设计点效率≥90%。
(2)、旋向：从进气端看为顺时针。
(3)、启动角度：14?o（第一级静叶角度）。
4.1.3轴流压缩机的结构特点轴流压缩机采用三层缸（机壳、调节缸、叶片承缸）结构，具有刚性好、吸振、降噪等特点。
机壳采用水平剖分型式，由灰铸铁铸造而成，上、下机壳由螺栓连接。
机壳为四点支撑，其中一端为固定端，另一端为滑动端。
机壳两端设有垂直导向键，保证机壳受热膨胀时的对中性。
调节缸为静叶角度的调节机构，由钢板焊接而成，上、下水平剖分。
支撑在机壳内，由安装在机PT1002个(互成904.1.4o V35 AT i0 调节缸Q235 A 4.1.5主要部件重量及外形尺寸（参考值）风机总重量57吨风机维修最大件重量10吨风机安装最大件重量15吨外形尺寸(m m)5100×3020×2775最小起吊高度2800m m4.2润滑油系统4.2.1润滑油站及高位油箱油站油箱容积（暂定）10000L润 6 泵i nP a/h 4.2.34.3供 a 供i n 冷却水耗量3T/h 油过滤精度5μm 蓄能器容量16L× 2 油牌号V G4 6 整个油站材质为不锈钢，油站配两台电动油泵（选用力士乐产品），一台作为主泵，另一台作为辅助泵。
高炉风机
2.2蒸汽轮机：
利用蒸汽使叶轮转动的 机器叫“蒸汽轮机”。 蒸汽 轮机利用从锅炉来的高温高 压蒸汽，通过蒸汽喷嘴喷出 ，冲击汽轮机的叶片，带动 机轴一起转动。为了提高蒸 汽使用效率，常采用压力多 级冲动式的汽轮机。
2.2蒸汽轮机： 原理：当气体从高压空间流向
低压空间时，压强差越大，流动的 速度也越大。因此在蒸汽轮机里就 利用喷嘴，使水管式锅炉的过热管 送来的过热蒸汽，从喷嘴喷出时， 体积开始急剧地膨胀。同时压强降 低，速度增大，这样的蒸汽具有很 大的动能。也就是说蒸汽的内能在 喷嘴中转变为蒸汽的动能。当蒸汽 喷射到叶片上时，它的动能又转变 为机轴旋转的机械能。
逆止阀(安全)
防喘阀(安全)
2、进风过滤器： 型式①布袋除尘，②滤筒过滤 关注：过滤器压差→能耗
3、脱湿鼓风系统 (调湿、恒湿)
脱湿原理：高炉鼓风脱湿器通过冷却降温，使空气中大
部分水蒸气凝结成液滴，从而达到减少进入风机的空气含 湿量的目的。凝结出的液滴经过自平衡压差排水系统排出 脱湿器。此外，空气经过脱湿后，部分固体尘也被滤除， 因此，气源品质达到清洁，含湿量减少，且温度适中。
复合式: 指同一台压缩机 内，同时具有轴流式与离 心（斜流）式工作叶轮。 一般轴流在前，离心在后。
3、按压力分类 3.1 通风机：指大气压在101.325kPa，温度 为20℃，出口全压值小于15kPa(表压)的风 机。
3.2 鼓风机: 指升压在15kPa～200kPa(表压) 之间压比大于1.15小于3的风机。
目录
一、鼓风机概述 二、系统工艺流程 三、主体设备系统 四、操作特性
一、高炉鼓风机概述
1、压缩机的分类 轴流压缩机是气体压缩机械的一种形式。按压缩气体的方
式不同分为两类：
第5章 高炉送风系统
5.1.3 高炉鼓风机的选择 1. 高炉鼓风量 的确定： (1)高炉入炉风量
1440 式中： V0 ——标态入炉风量，m3/min；
Vu ——高炉有效容积，m3；
I ——高炉冶炼强度，t/(m3· d)，取最高值；
qv
Vu Iq j
qj——每吨干焦消耗标态风量，m3/t。
灰分为10%~16%一般在2750～2604 m3/t之间 。 （2）考虑漏风率： 0 大高炉0.1，中小高炉0.15 q qv
5 高炉送风系统
高炉生产1吨铁需要1400~1600m3 空气， 约2吨；热风带入的热量约占总热耗的1/4； 约有1/2的高炉煤气用于热风炉；热风炉 的基建投资约占高炉车间总投资的1/2。 高炉送风系统包括 ：鼓风机、冷风管道、 热风炉、热风管路以及管路上的各种阀门 等。
5.1 高炉鼓风机
5.1.1 高炉冶炼对鼓风机的要求: 高炉鼓风机是高炉的心脏，是高炉冶炼
2 结构示意图：
四级离心式鼓风机
1－机壳；2－进气口；3－工作叶轮；4－扩散器；5－固定导向叶片；6－排气口
3. 特性曲线：
鼓风机特性曲 线：在一定吸 气条件下，鼓 风机的风量、 风压、效率及 转速之间的关 系曲线
K－4250－41－1型离心式鼓风机特性曲线
特性如下：
①在一定转速下，风量增加，风压降低;反之，风 量减少，则风压增加。 ②风机转速越高，风量与风压变化特性曲线的曲 率越大，并且末尾段曲线变得越来越陡。即风量 过大时，风压降低得很多，中等风量时，曲线比 较平坦。中等风量区域，风机的效率较高，这个 较宽的高效率风量区称为风机的经济运行区，风 机的工况区应在经济运行区内。风机转速越高， 稳定工况区越窄，特性曲线向右移动。
最新BPRT系统组成
BPRT系统组成BPRT系统区别于传统的TRT装置和高炉鼓风机组。
在传统TRT装置和高炉鼓风机组的基础上，专门合并集成了高精度顶压智能稳定装置。
高炉鼓风机的调节控制，功能不减，安全裕度不减。
该系统主要由十大子系统组成：①高炉鼓风主机系统。
②能量回收透平主机系统。
③高精度顶压智能稳定系统。
④管网输配与大型阀门系统。
⑤自动化仪表控制系统。
⑥高低压电气系统。
⑦液压伺服控制系统。
③润滑油控制系统。
⑨氮气密封系统。
⑩冷却水系统。
1、高炉鼓风主机系统。
高炉鼓风机是高炉最重要的动力设备。
它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。
现代大、中型高炉所用的鼓风机，大多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。
近年来使用大容量同步电动鼓风机。
这种鼓风机耗电虽多，但启动方便，易于维修，投资较少。
高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.1～2.5m3／min的风量配备。
但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例。
二、能量回收透平主机系统。
高炉在炼铁的过程中，产生的高炉煤气除具有煤气的一般性质外，还有高温和高压的特点；高炉煤气从炉顶出来一般是180-250℃；大风量、高压是现代高炉的特点，一般炉顶压力为0.20-0.25MpG。
高炉没有配TRT机组时，高炉煤气从高炉出来后，经过除尘洗涤（除尘洗涤后的高炉煤气的含尘量≯10mg/Nm3），进入减压阀组减压后，进入煤气管网，供用户使用。
TRT机组就是与减压阀组并联，在正常运行时，取代减压阀组，就是将高炉煤气中的压力能和热能转变为机械能的透平机械。
高炉除尘的方式有干式除尘和湿式除尘两种形式，干式除尘几乎不降低高炉煤气的温度，湿式除尘将高炉煤气的温度降低到50℃左右。
TRT机组有干式TRT和湿式TRT的两种形式，能够适应钢铁用户对应的除尘工艺。
高炉鼓风机知识详解
第一部分高炉鼓风机知识第一章高炉鼓风机定义及其分类一、高炉鼓风机的定义高炉鼓风机定义：它是能将一部分大气汇集起来，并通过加压提高空气压力形成具有一定压力和流量的高炉鼓风，再根据高炉炉况的需要进行风压、风量调节后将其输送至高炉的一种动力机械。
从能量的观点来看，高炉鼓风机是把原动机的能量转变为气体能量的一种机械。
鼓风机的作用：向高炉送风，以保证高炉中燃烧的焦炭和喷吹的燃料所需的氧气。
另外，还要有一定的风压克服送风系统和料柱的阻损，并使高炉保持一定的炉顶压力。
高炉鼓风设备是为冶炼高炉提供足够的含氧空气，它是高炉生产的重要组成部分。
由于高炉冶炼的连续性，要求鼓风机均匀地供给一定量的空气，另外还应有一定的风压，以克服送风系统和料柱阻力，并使高炉保持一定的炉顶压力，在整个冶炼过程中，由于原料、燃料、操作等条件的变化，引起炉况经常改变，也相应地要求供风参数也要变化，所以要求高炉风机具有一定的稳定调节范围和可靠的安全控制系统。
二、高炉鼓风机的分类㈠压缩机按排气压力分类通风机：P＞0.0142Mpa（表压）鼓风机：P＝0.0142～0.245Mpa（表压）压缩机：P＞0.245Mpa（表压）㈡按原理分1．容积式（间断流式）鼓风机，其主要分为往复式鼓风机和回转式鼓风机。
2．速度式（连续流式）鼓风机，其主要分为喷射式和透平式，透平式鼓风机按流体在叶轮中流动的情况分为三种，即离心式（径流式）、轴流式和混流式。
现代轴流式鼓风机按其静叶又可分为静叶可调式和静叶固定式；静叶可调式又包括全静叶可调式和部分静叶可调式两种。
现代离心式鼓风机又分为带中间冷却器和不带中冷器两种。
透平式鼓风机按其调节方式可以分为转速调节和静叶调节两大类。
目前动力厂的高炉鼓风机风压均大于0.245Mpa，严格而言应属压缩机范畴，其大都属于轴流和离心两类。
㈢汽轮机的分类1．按工作原理分⑴冲动式汽轮机：按冲动作用原理工作的汽轮机又称为冲动式汽轮机。
在近代冲动式汽轮机中，蒸汽在动叶内都有一定程度的膨胀（在有些级中甚至还相当大），但习惯上仍可称为冲动式汽轮机。
大型高炉鼓风机控制系统概述
Northeastern University
试验风机达到的性能
• 本次试验风机达到了预期的效果，风机运行安全、稳定， 风机的性能达到了国际水平，填补了国内4000立以上大型 高炉鼓风机制做的空白。 • 2012年3月8日，由首钢-迁钢钢铁公司与西安陕鼓动力股 份有限公司相关人员在现场对AV100—18轴流压缩机(产品 图号4502，产品编号071001110)重新进行了喘振及热力性 能试验。 • 试验采用GB/T3165《离心和轴流式鼓风机和压缩机热力学 性能试验》标准中的进出气试验方法。试验由电机提供风 机运转动力，用安装在放空管路中的防喘阀来调节出口压 力。试验在六个不同的静叶角度下进行了喘振试验，分别 为30°、40.0°、45.0°、50.0°、55.0°、60.0°。根 据双方协商，在30.0°、40.0°、45.0°静叶角度下进行 热力性能试验。
Northeastern University
压缩机密封系统
轴流压缩机进气端和压力端通过嵌装 在主槽内的不锈钢拉别令密封片来密封。 平衡盘上装有相同的拉别令密封片，密封 间隙的调整通过调整密封套圆周上的调整 块来实现，具有安装维护方便、事故出现 时候保护主轴等优点，因此轴流压缩机在 长期周期运行过程中，可使密封效果始终 保持在最佳状况。
Northeastern University
AV100-18型高炉鼓风机控制系统采用SIMATIC S7-400系列PLC。SIMATIC S7-400采用模块化的设计， 具备良好的扩展性和通讯能力，极易实现的分布式结 构以及友好的操作。当控制任务变得更加复杂时，控 制系统可以逐步升级来满足要求，不必过多的添加额 外模板。整个鼓风机机组的控制系统，一般有以下几 大部分组成：连续控制、逻辑控制及操作监视管理等 。连续控制功能有定风压/定风量调节系统、风机防喘 振调节系统。逻辑控制系统有机组启动条件联锁系统 、逆流保护及安全运行系统、重故障紧急停机联锁系 统、动力油泵及润滑油泵逻辑控制系统。
高炉鼓风机监控系统的设计与应用
高炉鼓风机监控系统的设计与应用【摘要】本文介绍了高炉鼓风机主体设备及炉鼓风机组的工艺流程。
根据高炉鼓风机的控制要求,给出了自动控制系统设计的原理与框架。
实现了风机流量控制与防喘振等核心功能,在风机的安全可靠和经济运行方面发挥了重要作用。
【关键词】风机流量防喘振1 引言高炉鼓风机是钢铁企业保证高炉稳产、高产的核心设备。
鼓风机的控制系统如果出现异常,其后果将有可能造成高炉停产、风机毁坏等重大事故,严重时甚至造成高炉报废,给钢铁企业造成不可估量的损失。
因此高炉鼓风机送风量的大小,风压平稳与否,保护措施得当与否,直接表明控制系统质量的好坏。
采用轴流压缩机替代国内钢铁企业较多使用的离心压缩机,将极大地降低能耗,产生很大经济效益。
本文主要介绍采用瑞士苏尔寿A V系列风机的监控系统。
2 高炉风机2.1 风机系统构成及工艺本系统由一台盘车电机及相应的减速机构、主电机、增速箱、一台全静叶可调的轴流式风机、动力油站、润滑油站和各种辅助设备组成。
图1为轴流压缩机组的工艺流程。
可以看出,对于鼓风机系统,空气在经过滤风室之后进入鼓风机。
鼓风机对其做功后将其从排风管道排出。
排风管道分成3路分别通向主风门、防喘振阀和电动放风阀。
当机组处于正常的工况时,防喘振阀和电动放风阀都处于关闭状态,鼓风机排出的空气由主风门通向高炉。
如果风机工作点进入了防喘震控制,则控制系统将打开防喘振阀进行放风,从而降低风机的出口压力,使风机的工作点远离喘振边界。
防喘阀分为大阀和小阀,大、小防喘阀为分程控制方式,分程节点为小阀开度的60%。
小阀先开后关,大阀后开先关。
关阀时,大阀先关,小阀关至60%而后再全关。
当两个防喘振阀均出现故障,不能正常工作时,操作人员用手动控制电动放风阀完成放风操作。
2.2 高炉鼓风机控制要求高炉鼓风机的主要性能参数有送风量、排气(出口)压力、转速、静叶角度、效率等。
描绘这些参数之间关系的曲线称为特性曲线。
从喘振边界到阻塞线的范围称为稳定工况区,高炉鼓风机必须在稳定工况区内工作。
高炉鼓风机知识
升高，风量下降，为防止风机的运行点进入不稳定工况区 发生喘振，特设定了防喘振保护器，当风压、风量达到放 风线后，防喘保护器动作，适当开启放风门，保持风压、 风量在放风线的右下方运行。 • 二、喘振、逆流保护的作用 • 鼓风机的喘振、逆流是鼓风机最危险的事故之一，如果不 及时的消除，就会造成机组的损坏。喘振、逆流保护的作 用就是当鼓风机发生喘振逆流时（逆流时是指逆止阀失灵 产生逆流，此时逆流保护动作，发出信号将放风阀打开）， 保护器立即动作，迅速开启放风门，降低风压，以防止再 次喘振。
• ㈠这种调节改变管网压力的方法，原则上可以实现位于鼓风机特性曲线、喘 振线的下方任何工况。
• ㈡鼓风机放风调节是靠人为改变管网阻力改变管网特性，压降消耗于闸阀的 损失上，故这种调节方法经济性差，对于鼓风机和性能曲线陡的场合经济性 则更差。
• ㈢放风调节方法简单。
• 三、轴流式鼓风机静叶可调的调节特点
高炉鼓风机知识
• 第一章 高炉鼓风机定义及其分类 • 一、高炉鼓风机的定义 • 高炉鼓风机定义：它是能将一部分大气汇集起来，并通过加压提高空气压
力形成具有一定压力和流量的高炉鼓风，再根据高炉炉况的需要进行风压、 风量调节后将其输送至高炉的一种动力机械。从能量的观点来看，高炉鼓 风机是把原动机的能量转变为气体能量的一种机械。 • 鼓风机的作用：向高炉送风，以保证高炉中燃烧的焦炭和喷吹的燃料所需 的氧气。另外，还要有一定的风压克服送风系统和料柱的阻损，并使高炉 保持一定的炉顶压力。 • 高炉鼓风设备是为冶炼高炉提供足够的含氧空气，它是高炉生产的重要组 成部分。由于高炉冶炼的连续性，要求鼓风机均匀地供给一定量的空气， 另外还应有一定的风压，以克服送风系统和料柱阻力，并使高炉保持一定 的炉顶压力，在整个冶炼过程中，由于原料、燃料、操作等条件的变化， 引起炉况经常改变，也相应地要求供风参数也要变化，所以要求高炉风机 具有一定的稳定调节范围和可靠的安全控制系统。
高炉送风系统设计
6.3高炉送风系统高炉送风系统是为高炉冶炼供给足够数量和高质量风的鼓风设施，送风系统的设备主要包括高炉鼓风机，热风炉，加湿或脱湿装置，送风管道和阀门等。
6.3.1高炉鼓风机高炉鼓风机是高炉冶炼的重要动力设备。
它不仅直接为高炉冶炼供给所需的氧气，还为炉内煤气流的运动抑制料柱阻力供给必需的动力，使高炉生产中各种气体循环流淌。
高炉鼓风机是高炉的“心脏”。
6.3.1.1高炉鼓风机技术要求（1）有足够的送风系统力气，即不仅能供给高炉冶炼所需要的风量，而且鼓风机的出口压力要能够足以抑制送风系统的阻力损失，高炉料柱阻力损失以保证有足够高的炉顶煤气压力。
（2）风机的风量及风压要有较大宽的调整范围，即风机的风量和风压均应适应与炉况的顺行。
冶炼强度的提高与降低，喷吹燃料与富氧操作以及其他的多种因数变化的影响。
（3）送风均匀而稳定，即风压变动时，风量不得自动的产生大幅度变化。
（4）能够保证长时间连续，安全及高效率运行。
6.3.1.2高炉鼓风机选择（1）鼓风机出口风量的计算鼓风机出口风量包括入炉风量、送风系统漏风量和热风炉换炉时的充风量之和。
计算时用标准状态下的风量表示。
1）高炉入炉风量的计算V Iqq =u jv 140式中: q ——高炉入炉风量，m 3/ min ；vV——高炉有效容积，m 3；uI ——冶炼强度，t/m 3 ⋅ d ，一般取综合冶炼强度，本设计为 1.1；——每吨干焦的耗风量，m 3/ t 。
qj每吨干焦的耗风量与焦炭的灰分含量和风的湿度有关，焦炭灰分为 12%时，每吨干焦的耗风量一般为 2550 m 3/ t 。
V Iq3200 ⨯1.1⨯ 2550q =u j =v 1440 1440= 6233.33m3 / min 2）送风系统漏风量损失计算q =η⋅qo v式中qo——送风系统漏风量损失，m 3/ min ；η——漏风系数，正常状况，大型高炉为10%左右，中小型高炉为15%左右。
q =η⋅q = 10% ⨯ 6233.33 = 623.33m3 / mino v3）热风炉换炉时的充风量计算热风炉换炉充风量，热风炉换炉时，假设风机仍依据原来的风量送风，高炉风口的风压势必会降低，从而导致炉内的煤气流淌性，影响炉况稳定，这种状况虽然对于中小型高炉影响并不重要，但是对于大型高炉来说，影响不行无视，大型高炉热风炉操作时，为了维护高炉风口风压不变，风纪从定风量调整，即增加风纪的供风量，充入送风的热风及充风时间长短等有关，按标准计算充风量比较简洁，生产中是依据阅历公式估算，或按阅历取值确定。
高炉鼓风机控制系统的设计和应用
浙江大学硕士学位论文
第二章工艺流程及控制系统介绷
匿２．１高炉炼铁工艺流程
高炉炼铁的化学反应过程及公式如下，
Ｃ＋０２＝Ｃ０２ Ｃ＋Ｃ０２＝２ＣＯ
（２．１）
Ｇ－２）
当ＣＯ气体与矿石相遇在高温下将产生还原作用， 再经加热在炉底形成铁水
靼炉渣【５】。
３Ｆｅ２０３＋ＣＯ＝２Ｆｅ３０４＋Ｃ０２ Ｆｅ３０４＋ＣＯ＝３Ｆｅ＋Ｃ０２
浙江大学硕士学位论文
第二章工艺流程殿控制系统介绍
高炉鼓风机的主要性能参数有风量、排风压力、转速、静时角度、效率等， 描绘这些参数之间关系的曲线称为特性曲线。在一定转速（或静叶角度）下，最小 的风量受喘振边界的限制，最大风量受鼓风机阻塞线的限制。从喘振边界到阻塞 线的范围称为稳定工况区，高炉鼓风机必须在稳定工况区内运行。 高炉鼓风机能否稳定的工作童接影响着高炉的芷常生产，如果高炉鼓风杌在 冶炼过程中突然由于故障而停车，将导致高炉中的铁水和矿料由于没有风压而下 落进丽凝结在炉内，这就是炼铁工艺中所说的高炉灌渣现象。高炉灌渣将会给企 业造成巨大损失并对高炉本身产生很大的损伤。
一关键词：鼓风机，喘振，解耦，通讯，ＰＬＣ
ｌｌＩ
２．髓ｅ ｄｅｓ主萨ｏｆ Ｃｏｎ昀ｌ嫩ｏｄｅｌ泌ｃｏｎ觚ｌ ｓｙｓｔｅｍ
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少。 （２）
离心式。离心风机是通过离心力的作用，通过叶轮叶片对空气做功，使 空气的箍力和动能得以升高，离心式鼓风机的工作效率较低，但是由予 其价格低及对空气过滤的要求不高，所以仍普遍采用。
高炉鼓风机控制系统的设计和应用探讨
高炉鼓风机控制系统的设计和应用探讨 Nhomakorabea刘 小 臣
（ 广东省 阳春新钢铁有 限责任公 司设备 工程部 ．广 东 阳春 ５ ２ ９ ６ ０ ０）
【 摘 要ｌ 在 国内改革 开放 的带动下 ，国内钢铁行业开始 了快
转换，以满足多变的工况需求。 依据鼓风机结构组成 ，计算机控 制系统应 该由五路 模拟量控制 输出， 由调速系统控制鼓风机转速 、汽轮机气 门调速 ，协 同控 制转 速的 Ｐ Ｉ Ｄ控制器组成 闭环控 制回路 ，调速系统与 ｐ Ｉ Ｄ转速控制器虽 分属两个独立的控制系统， 但在工作过程中组成串级控制逻辑结构 ， 能够实现防干扰的作用，又因 Ｐ Ｉ Ｄ控制器操作方 式单一 ，因此工作 动态稳定，对机组的扰动性低 。在静叶角度与防 喘振控制输 出中， 应采用静叶角度控制器与 防喘阀手操器 ，在鼓风机组辅助 设备控制 中则采用驱动报警开关显示来实现开关启停的功能。 为满足计算机控制系统的要求 ，需要对计算机 Ｄ Ｏ Ｓ系统进 行结 构设计 ，以使其符合系统软硬件要求 、通讯系统要求 ，设定操作员 使用权限，并对报警系统 、通讯系 统进行控制器 的连接 ，能够 随时 监测接收 以及处理接 口信息 ，最终设计 出优化 的控制系统方案 ，满 足连续控制 、优化控制 、逻辑控制 以及顺序控制 的要求 。Ｄ Ｏ Ｓ 系统 结构主要集成控制系统中的通讯组件、过程控制器 以及 Ｉ ／ ｏ卡件， 过程控制器与 Ｉ ／ Ｏ卡件通过冗余通信网络连接 ，不仅 能够完成数据 采集、滤波 、监测 、警报 以及控制输入输 出功能 ，还 能够实现 故障 的 自我诊断 ，对故障 区域进行隔离或者预警 ，使维修工作人员 能够 及时的处理故障，减少经济损失。 鼓风机控制系 统还包括供 电系统以及 地线 系统的设计，供电系 统是维持计算机控制系统正常工作 的重要保证 ，供 电不正 常如 电网 波动、对 电网的干扰等还会影 响到系 统的可靠性 以及稳定性， 因此 必须保证供 电系统 的稳定运行 ，防止 电网干扰 ，保证供 电系统 的连 续性、稳定性 。在进行计算机供 电系统设计时应该采用两路供 电线 路并行的思想，一路为 Ｕ Ｐ Ｓ 电源 ，另 一 路 为 交流 稳 压 电源 ，此 外 还 应 包 含 备 用 电源 以及 关 键 设 备 的备 用 蓄 电池 等 。地 线 系 统 的设 计 要 注意防干扰特性 ，在铺设过程 中注 意与动力 电缆等线路分开 ，采用 带有屏蔽功能 的电缆 ，以减少 电磁干扰 。正确 的地线设计应 当是 既
高炉鼓风机控制系统的设计和应用探讨
高炉鼓风机控制系统的设计和应用探讨【摘要】在国内改革开放的带动下，国内钢铁行业开始了快速、稳定的发展，随着能源紧缺，国家倡导绿色、循环经济发展的趋势，采用先进的科学技术对传统钢铁行业进行技术改造成为国内钢铁发展的新要求。
通过扩大炉体容积，提高高炉炉顶压力，可有效减少污染物质的排放，节约原材料，提高高炉产量。
因此，对高炉进行扩容，是钢铁产业适应国家发展绿色能源、进行节能减排的主要举措。
鼓风机是高炉工作的动力中心，为应对高炉扩容带来的对风量、压力的新需求，必须对鼓风机系统进行重新设计与应用。
【关键词】鼓风机；控制系统；软件1 高炉鼓风控制控制系统概要高炉冶炼工艺过程主要是依靠催化剂在高温下将矿石材料还原成钢铁材料的过程，整个生产工艺都是在高炉中进行的。
高炉主要有耐火材料筑成圆筒形炉体，因其体积庞大以及工作过程中温度需求、压力需求，送风系统中的鼓风机成为工作过程中的中枢。
鼓风机的正常工作与否影响着高炉钢水、铁水等的生产、压力支撑等工作，一旦发生风量压力不足的情况，高炉中矿石燃料就会下落凝结在炉体空间内，形成高炉灌渣现象，给企业造成巨大损失。
鼓风机也称为压缩机，主要用来增加密闭空间压力，并完成气体输送任务，为保证鼓风机的正常工作，避免出现阻塞、喘振、旋转失速等工况，一套优良的控制系统成为其良好工作的重要保证。
鼓风机控制系统主要分为连续控制、逻辑控制、监视管理操作控制三方面。
连续控制主要实现对风量风压的调节控制，依据不同的鼓风机、对其主要参数进行控制调节来实现定风量定风压的工作过程。
连续控制还应包括防喘振控制系统，因喘振对鼓风机造成的破坏难以估量，甚至能够导致鼓风机叶片全部烧毁，因此必须对风量进行严格的限制，防止喘振的发生。
逻辑控制系统主要实现对鼓风机机组启动条件进行连锁功能、对工作过程中可能出现的逆流现象进行安全防护、对重大故障进行紧急停机、设备闭锁操作以及对辅助设备的进行工作流程逻辑的控制。
鼓风机机组涉及的电气设备种类繁多，操作复杂，对不同的电气设备信号进行互锁，以期达到只有在外部条件满足的情况下才能实现风机机组的启动条件，在发生重大事故时，能通过连锁系统实现整体设备的停机，防止更大的财产损失与人员伤亡。
高炉电动鼓风机技术规格书
1080m3高炉工程高炉电动鼓风机技术规格书xxxxx公司2010.07.06目录一概述二技术规格三设计分工四图纸、资料及提供进度五机组成套供货范围六设备监制、检验、组装、试运转及验收七功能指标保证值和考核方法八技术服务及培训1、概述Xxxxx公司新上1台1080m3高炉，须增设一台电动高炉鼓风机组，作为BPRT机组的备用。
该机组包括压缩机、电动机、辅助设备及电控、自控系统。
要求鼓风机组所有设备应具有世界先进水平，能长期、安全、稳定、可靠地运行，且是工作范围广、效率高的先进设备。
机组由供方总体设计，成套供货。
供方对机组的技术性能、供货质量、控制系统的完整性全面负责。
二、技术规格1、厂区公共工程条件1.1 公用工程条件1.1.1 大气温度年平均 3.6℃最热月平均27.7℃最冷月平均-25.2℃1.1.2 大气压力年平均99.69kPa 夏季98.71kPa 冬季100.58kPa 1.1.3 相对湿度年平均75% 夏季77% 冬季74% 2.1.4 循环冷却水供水温度夏季最高35℃回水温度夏季最高45℃供水压力0.3MPa(G) 清洁系数0.7 PH值7.5低压电AC 380V 双路三相50Hz 低压电AC 220V 双路单相50Hz 高压电源双路10KV 50Hz 2.1.6 压缩空气（仪表用）压力0.4～0.6MPa(G) 温度常温2.1.7 氮气压力0.6～0.8MPa(G)温度常温纯度99.9％2、设计要求2.1 机组配置：压缩机+齿轮箱+主电动机（示意图如下）压缩机齿轮箱主电动机机组由电动机、齿轮箱和压缩机组成，机组布置在二楼平台上，基础平台标高为8米(含二次灌浆层)，地脚螺栓为基础贯穿式。
压缩机旋转方向：从压缩机进气端看为顺时针旋转。
2.2压缩机技术规格2.2.1压缩机设计参数:压力要比大气压低2000 Pa左右。
2.上表中轴功率、转速为初定值2.2.2压缩机的性能要求设计点（E）效率＞89%压缩机设计寿命：20年风量及风压按照设计参数考核，风量风压为正偏差。
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三、鼓风机控制系统分析
首钢迁钢AV100-18型高炉鼓风机机组的 系统，由一台同步电机（西门子）、一台 静叶角度可调的轴流风机和各种辅助设备 组成。随着3C(计算机Computer、通信 Communication、控制Control)技术的发展 ，在构建工业生产过程的计算机控制系统 时，普遍利用工业控制计算机、可编程控 制器和测控模块，结合组态软件来实现。
透平式压缩机是一种叶片式旋转机械，可以满足 工业上对气体压缩的各种需要，应用范围广，科学技 术的飞速进步，热力学、气体动力学、机械动力学、 计算机和现代控制等学科的新成就和一些新技术的运 用，透平式压缩机研究成果日新月异。随着中国经济 的快速发展，以及国家节能减排、经济持续发展的国 家战略需求，高炉大型化趋势越加明显。近几年来， 中国4000～5850m3大型高炉陆续建成15座以上。大型 轴流式鼓风机是大型高炉的核心动力供风设备，其安 全可靠、高效节能是用户和制造厂家追求的主要目标 。
Northeastern University
压缩机密封系统
轴流压缩机进气端和压力端通过嵌装 在主槽内的不锈钢拉别令密封片来密封。 平衡盘上装有相同的拉别令密封片，密封 间隙的调整通过调整密封套圆周上的调整 块来实现，具有安装维护方便、事故出现 时候保护主轴等优点，因此轴流压缩机在 长期周期运行过程中，可使密封效果始终 保持在最佳状况。
Northeastern University
调节缸
调节缸由Q235A钢板焊接而成，水平剖 分型，中分面用螺栓联接，具有较高的刚 性。调节缸分四点支撑在机壳上，安装在 机壳与叶片承缸之间，调节缸的作用在于 调节轴流压缩机的各级静叶角度，以满足 变工况下的要求。安装在机壳两侧的伺服 马达在控制系统作用下，通过连接板带动 调节缸做轴向往复运动，从而达到调节静 叶角度的目的。
Northeastern University
开发的“低边齿”新型叶根，代替以前的等高 齿形叶根可以增大叶根受力面积，降低叶根应力， 提高叶片运行安全性，经过可靠性验证后，在首钢 迁钢公司AV100-18上首次应用，经过实际操作验证 ，安全性有大幅度提高，由于反动度50％的在静叶 片中压升较大，改变工况时静叶调节角度所发挥的 作用大，也就是说静叶角度调节不仅仅是下一级预 旋调节还是该级内的扩压效果调节。所以设计中该 机组前面2～3级采用50%和60%反动度叶片，由于反 动度80％或90％的叶片特性曲线比较平坦，对于轴 流压缩机采用反动度80％或90％的叶型，可以获得 较宽的工作范围和较宽的高效率区域，所以设计中 最后两级采用90%反动度叶片，其余级采用80%反动 度叶片。
Northeastern University
叶片承缸
叶片承缸为水平剖分型，中分面用预应力螺 栓联接形成一个内孔为很小锥度的筒体，与转子 组成轴流压缩机的通道。这个通道的几何尺寸是 由气动计算来确定的。叶片承缸的缸体由球墨铸 铁QT400铸造而成，通过两端支撑在机壳上，靠进 气侧的一端为固定支撑，靠排气侧的一端设计成 为滑动支撑以满足缸体热胀的要求，承缸的进气 侧相配的是进口圈，排气侧相配的是扩压器，分 别与机壳、密封套组成一个收缩通道和扩压通道 。从而组成了一个完整的轴流压缩机通道。
Northeastern University
国外透平式压缩机的研究和发展现状
近十年来，在经济全球化和激烈竞争的背景下 ，国外离心压缩机制造业也经历了不断的并购重 组。2001年，德国MAN集团重组了GHH BOSIG和苏 尔寿，形成了曼透平MANTURBO公司。德国MAN集团 成为世界最大的透平机械和压缩机设备生产商。
45 520 9.3 9 未喘振
50 550 10.8 9.3 未喘振
Northeastern University
压缩机外形结构示意图
Northeastern University
压缩机内部结构图
Northeastern University
压缩机壳体
机壳分上机壳和下机壳两部分，为水平 剖分型，上、下机壳在中分面处用预应力螺 栓相联接，采用 HT250灰铸铁铸造而成，进 、出气法兰均垂直向下。机壳排气端固定， 受热后进气端膨胀。与叶片承缸一起构成双 层缸体结构，使得机壳坚固耐用，把由于温 度改变而造成的内部压力和扭曲变形减少到 最小，并有利于降低噪音。
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机组启动后静叶释放过程
Northeastern University
逆流保护及安全运行系统
Northeastern University
风机的特性曲线
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四、大型高炉鼓风机实际运行工况的优化
• 大型透平式压缩机的运行工况的安全、稳定、高 效是用户最终追求目标，其运行经济性的两大因 素，首先要选择高效、调节范围宽的鼓风机，充 分利用鼓风机性能范围和特点、合理提供的鼓风 机运行工况点参数及其工况参数范围。在实际运 行中对其运行参数的不断摸索和优化措施的采取 ，使机组释放出最大潜能，对其运行经济性降低 能耗指标不断提高。
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转子及动静叶片
转子由主轴、动叶片、隔叶块及叶片 锁紧装置等组成，主轴为高合金锻钢锻造 而成，主轴上安装有动叶片，转子上有两 个平衡盘，压缩机的主要轴向推力通过平 衡盘平衡，平衡盘为主轴的一部分，剩余 的轴向推力通过安装在轴承箱内的止推轴 承来进行吸收平衡。
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AV100-18型高炉鼓风机控制系统采用SIMATIC S7-400系列PLC。SIMATIC S7-400采用模块化的设计， 具备良好的扩展性和通讯能力，极易实现的分布式结 构以及友好的操作。当控制任务变得更加复杂时，控 制系统可以逐步升级来满足要求，不必过多的添加额 外模板。整个鼓风机机组的控制系统，一般有以下几 大部分组成：连续控制、逻辑控制及操作监视管理等 。连续控制功能有定风压/定风量调节系统、风机防喘 振调节系统。逻辑控制系统有机组启动条件联锁系统 、逆流保护及安全运行系统、重故障紧急停机联锁系 统、动力油泵及润滑油泵逻辑控制系统。
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试验风机达到的性能
• 本次试验风机达到了预期的效果，风机运行安全、稳定， 风机的性能达到了国际水平，填补了国内4000立以上大型 高炉鼓风机制做的空白。 • 2012年3月8日，由首钢-迁钢钢铁公司与西安陕鼓动力股 份有限公司相关人员在现场对AV100—18轴流压缩机(产品 图号4502，产品编号071001110)重新进行了喘振及热力性 能试验。 • 试验采用GB/T3165《离心和轴流式鼓风机和压缩机热力学 性能试验》标准中的进出气试验方法。试验由电机提供风 机运转动力，用安装在放空管路中的防喘阀来调节出口压 力。试验在六个不同的静叶角度下进行了喘振试验，分别 为30°、40.0°、45.0°、50.0°、55.0°、60.0°。根 据双方协商，在30.0°、40.0°、45.0°静叶角度下进行 热力性能试验。
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国内透平式压缩机研究和发展现状
我国透平式压缩机制造业经历了从无到有的迅速发展 ,除了各大汽轮机厂外,还有许多鼓风机专业生产厂,如沈 阳鼓风机厂、陕西鼓风机厂、上海鼓风机厂、武汉鼓风机 厂等可以生产各种规格的工业透平式压缩机。透平式压缩 机的理论研究、设计工作都取得了很大的进步，除了自行 设计，还从国外引进技术，推动我国透平式压缩机事业的 发展。早期，沈阳鼓风机厂从意大利新比隆引进了MCL（ 水平剖分型）、BCL（筒型）和PCL（输气管线型）三种系 列压缩机技术之后，又从日本引进了DH系列压缩机，陕西 鼓风机厂从瑞士苏尔寿公司引进轴流式压缩机技术，生产 A系列（静叶不可调）和AV系列（静叶可调）多种规格轴 流式压缩机。
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试验实际性能参数
工 况 点 1 2 3 4 5 55 580 14 9.3 推算 6 60 620 16 9.3 推算
静叶角度（°） 排气表压（kPa） 喉部压差（kpa） 进气温度（℃）
30 394 5.3 9 喘 振
40 489 7.6 9 喘 振
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高炉鼓风机控制系统结构示意图
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定风量/风压调节系统
压力测量值 定P／定F开关 SW 压力设定 PV 逻辑控制指令 定P／定F开关 SW PID SV 静叶角度 流量测量值
流量设定
MV
静叶限位
伺服控制器
电液伺服阀
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防喘振控制系统
防喘振控制是风机重要的保护系统，尤其轴 流压缩机。防喘振控制的基本原理是在风机接近 喘振工况时，通过调整风机出口处的防喘振阀， 使防喘振阀打开至一定角度，来改变管网阻力， 以达到消除喘振的目的。为了提高防喘振控制的 可靠性，除了选用高质量的硬件外，软件设计时 也采取了一些特殊控制运算功能，如折线函数、 动态响应、快开慢关、自动操作与闭锁、防误操 作等。
Northeastern University
本课题研究的目的和意义
• 我国没有生产过4000立以上高炉鼓风机，为了发展民 族工业，大型高炉鼓风机的国产化研究非常必要。本课题 中所研究的大型透平式压缩机的成功运用，是对其核心技 术消化和吸收，作为一种经验技术进行总结储备，为我国 开发的更大型高炉透平式压缩机提供必要的技术支持。但 是由于技术保密，没有相关的产品图样、技术文档、工艺 等技术资料。目前，借鉴其技术唯一可行的办法就是机组 实际运行中，各工况下的性能参数对比，根据实际运行中 自动控制系统下的各种操作，再对其进行不断完善、优化 ，使机组在不同气候条件下，进行自我调节和人工调节相 结合，来满足高炉各种工况下的需求。