軸流鼓風機防喘控制精細化調節實踐

王麟,周濤林,易君芝

(安源鋼鐵股份有限公司動力廠,江西萍鄉337042)

軸流鼓風機防喘控制精細化調節實踐

王麟,周濤林,易君芝

(安源鋼鐵股份有限公司動力廠,江西萍鄉337042)

針對陜鼓AV63-15軸流鼓風機運行情況，在控制系統軟件上改進了防喘振系統溫度補償程序、壓力高時的調節程序兩項內容，使軸流壓縮機運行成本大幅下降。

防喘閥；貼線運行；喘振曲線

1 鼓風機工作流程

安源鋼鐵有限公司動力廠熱電車間有一套采用汽輪機帶動的AV63-15軸流壓縮機，陜鼓設計制造。該機組在2010年投入運行，投入運行后出現防喘閥過早打開，運行中尚要有一定開度的不正常狀況。鼓風機工作流程見圖1。

圖1鼓風機工作流程簡圖

氣流首先通過進氣管道進入進氣室，氣體流經高速旋轉的動葉時，動葉將機械能轉變為氣體的壓力能和動能，從而提高氣體的壓力和速度，然后通過與排氣法蘭連接的管道送入工藝系統供風。鼓風機工作時，如果工藝系統管網阻力增加，使機組出口壓力增高，流量下降，葉片氣流沖角增大，形成喘振，嚴重時還會出現氣體的倒流，使葉片產生強烈振動，并使機殼內溫度急劇升高，損壞鼓風機。為了防止喘振發生，在風機出口設置了兩個防喘振調節閥，根據實測的喘振線標定防喘控制線，在接近排放線時，作為軸流鼓風機的自控系統使防喘振閥打開，增加風機出口流量，從而保證鼓風機在安全區域內運行.

2 原系統在運行中的問題

軸流鼓風機控制系統在風機有時明顯還有能力承擔負荷時軟件自動保護已經打開防喘閥放風，造成風機送風壓力達不到高爐的情況，為了防止自動放風的情況，正常運行時需要將防喘閥打開一定的角度，增加風機出口流量，使風機工況點上移，達到高爐壓力要求，這種運行方式會浪費大量的能源、并且制造大量的噪聲。

根據分析，造成以上情況的原因源自現有系統中對空氣溫度的補償沒有做好，現有的防喘閥開啟條件對比實際喘振試驗數據冗余過大使風機的實際工作范圍過小。

3 改造方案

3.1 風機喘振參數及現有設計

基于風機的機械特性，其在不同的氣候條件下所形成的喘振參數是不相同的，表1、表2是依據JB/T3165-1999《離心和軸流式鼓風機和壓縮機熱力

性能試驗》標準，采用開式進出氣試驗方法，分別在30°，44.8°兩個靜葉角度下進行了試驗，后兩個角度為推算結果，現場試驗數據如表1。

表1 試驗喘振曲線參數表

從表1中的參數中看，冬天的喘振參數和夏天的喘振參數在排氣壓力、喉部壓差有明顯差別，同時風機輸出的壓力也高一些。根據試驗所得的喘振參數按最不利情況將防喘線參數設定為表2中參數。

表2 現有防喘振曲線參數

注：平均進氣溫度24.4℃,逆流保護喉部壓差1.204 kPa。

從設定的參數上看防喘振曲線對比夏天喘振曲線來看是合適的，但是對比冬天喘振曲線就偏小。因為現有自控系統并不能準確的換算不同進氣溫度下的喘振曲線，只能根據設備在某一進氣溫度下實測的喘振曲線進行判斷，同時為了避免進入喘振區域，對喉部差壓進行補償，過度的壓低了風機的輸出壓力，造成防喘閥長期開度過大（尤其是冬季）的情況。所以需要對自動控制系統增加溫度補償程序，使喘振曲線可以隨著溫度進行變動，為操作工的操作提供直觀準確的指導，同時為風機發揮最大的潛能起到重要的作用。既要避免發生喘振，又要最大可能的發揮風機的潛能。

3.2 防喘控制精細化調節方案

西安某公司開發出具有自主知識產權的“軸流鼓風機防喘控制精細化調節軟件”專門應用于對軸流鼓風機自控系統升級解決該問題，具有以下特點：

（1）可以根據風機在確定的流量下，其喘振點所對應的能量頭是固定的原理，以喘振測試結果為依據，在軟件中分別計算每個喘振點所對應的能量頭，并在軟件中根據能量頭計算結果計算在不同進氣環境下所對應的喘振點的輸出壓力。并依據此結果進行防喘振控制。

（2）更改了防喘閥的動作過程，其程序在排氣壓力達到防喘線（調節線）后，既迅速響應避免排氣壓力進一步上升引起喘振，同時還要避免過多的放風。

通過上述兩點可將防喘線合理的逼近實際喘振線，從而風機的實際工作范圍得到加大同時不會有風機喘振的威脅。采用該軟件對防喘控制進行精細化調節的目的在于精確計算風機的邊界能力，充分發揮風機的潛力，從而達到減少防喘閥放風降低電能消耗，同時提高風機穩定運行可靠性的目的。

4 改造情況

系統改造后操作改為人工和自動兩部分，平時操作時應盡量關閉防喘閥使得工況點貼近系統屏幕中藍線運行以減少放風達到節能的目的，軟件改進了防喘策略，在工況點越過藍線后系統自動貼線運行，風壓不會有大的波動。其后可通過對靜葉的操作實現加風減風。

其中人工操作靜葉與防喘閥的方法如下：

靜葉人工的操作：

靜葉由人去按“加風”或“減風”按鈕進行調節，每按一下，靜葉閥將有輸出0.5%（角度0.3度）的變化。

防喘閥人工的操作：

防喘閥由人去按“開閥”或“關閥”按鈕進行調節，每按一下，防喘閥將有0.5%的變化。

在工況畫面中，當工況點（十字中心）到達藍線時，計算機接管控制，將工況點穩定在藍線下方。系統轉入自動控制，“手動”按鈕轉為灰色，系統根據工況的變化自動采取閥門開關策略，使工況穩定在下線附近。當工況點到達黃線時，開閥速度加快，喘振預報警，并在屏幕左下方有閃爍的“喘振預報”字樣提示。當工況點到達紅線時，喘振報警，并在屏幕左下方有閃爍的“喘振”字樣提示，防喘閥速開一個開度（30%）后繼續執行開閥動作直到工況點低于藍線，如6 s后仍不能脫離喘振狀態，進入安全運行，靜葉回到22°，防喘閥全開，逆止閥強制關閉。

在系統進入自動防喘狀態后（“手動”按鈕為灰

色），將不允許操作工進行關閥操作，但在調節穩定時仍可進行開閥操作，在工況點在防喘點下方較遠后（低于防喘點25 kPa以上后），系統自動恢復手動狀態，通過操作來進行防喘閥的開關操作。在工況點處于藍線下方時，在確認可脫離自動防喘保護狀態時，也可通過點擊“手動”按鈕進入“手動”狀態來進行防喘閥開關的手動操作。

為了更加穩妥的實現以上功能，并確保風機的安全，在實施的過程中做了充分的安排，對防喘程序部分重新編制，升級后正常運轉，對機組觸碰調節線及喘振線進行了動作試驗確認了防喘振保護系統動作及時準確。軟升級后與原有的喘振線和防喘調節線對比如圖3。

表3 改造后防喘振曲線參數

圖3喘振線與調節線對比圖

注：平均進氣溫度2℃。

從圖3和表3中的參數上看改造后防喘振曲線比原有的防喘線更靠近低溫下的喘振線，考慮到改造后防喘振線和喘振線都會隨進氣溫度調整，而且高爐正常工況時鼓風機一般排氣壓力0.350～0.39 MPa之間，從圖3看所設定的防喘振線是安全的，不會再出現誤放風的情況。

5 實施效果

從改造前取一段數據和改造后取一段數據（兩段數據選取進氣溫度、風壓、風量運行參數接近）抄表進行對比，對比表4如下。

數據選取原則為選取一段供風較平穩階段，供風工況（風壓風量）基本相似。從表4可看出在相同工況下，改造后的數據組（2013-3-1）和2012-10-24數據組的進氣溫度相近，兩組數據對比，在輸出風量及風壓一致的情況下，改造后的數據組中耗能有了明顯下降，改造后在全風狀態時防喘閥基本可以全關，改善了原系統防喘閥開度過大的問題。噪聲明顯降低。

取改造前后最接近的兩組數據對照如表5。

Meticulous Adjustment of Anti-surge Control for Axial-flow Blower

WANG Lin,ZHOU Taolin,YI Junzhi
(The Power Plant of Anyuan Iron and Steel Co.,Ltd.,Pingxiang,Jiangxi 337042,China)

The temperature compensation program and adjustment program for excessive pressure of the anti-surge system in the control system software were optimized based on the operation conditions of the Shaangu AV63-15 axial-flow blower,significantly reducing the operation cost of the blower.

anti-surge valve;close to limit operation;surging curve

表4 萍鋼安源鋼鐵AV63-15風機相近工況（風壓風量）數據對照表

TH443

B

1006-6764（2014）05-0049-04