宣鋼高爐EPU防喘控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

王宏軍

（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司設(shè)備能源部，河北張家口075100）

宣鋼高爐EPU防喘控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

王宏軍

（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司設(shè)備能源部，河北張家口075100）

針對冶金行業(yè)高爐鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況，分析了高爐與鼓風(fēng)機(jī)對應(yīng)風(fēng)量的性能關(guān)系，并基于實(shí)際案例采用了EPU防喘振性能技術(shù)，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

高爐鼓風(fēng)機(jī)；防喘控制；動力裝置

1 概述

目前宣鋼4臺套高爐鼓風(fēng)機(jī)與四座主系列高爐形成一對一運(yùn)行模式，其中3#AV80-16型汽輪鼓風(fēng)機(jī)為3#2000 m3高爐供風(fēng)，機(jī)組年平均設(shè)計(jì)供風(fēng)流量為：5700 m3/min，年平均大氣壓:0.930 bar,入口溫度：8.2℃，出口壓力：0.450 MPa。正常工況下，供風(fēng)流量為:3950～4050 m3/min，送風(fēng)壓力：0.385～0.390 MPa。在日常運(yùn)行過程中，由于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)偏離實(shí)際運(yùn)行工況線，風(fēng)機(jī)存在長期放風(fēng)運(yùn)行現(xiàn)象，防喘閥開度保持在15%～25%的位置，放風(fēng)量約為：350～650 m3/min，長時(shí)間的放風(fēng)運(yùn)行不僅給機(jī)組帶來不穩(wěn)定因素，也導(dǎo)致了一定的風(fēng)量和能量損耗。隨著宣鋼公司對能源環(huán)境保護(hù)的日益提高，采用節(jié)能降耗新技術(shù)來提高設(shè)備潛能已成為發(fā)展的必由之路，因此，我們對鼓風(fēng)機(jī)控制工藝進(jìn)行分析并對3#鼓風(fēng)機(jī)防喘振試驗(yàn)重新標(biāo)定，重點(diǎn)對防喘控制系統(tǒng)進(jìn)行EPU節(jié)能控制改造。EPU技術(shù)是“Economy& Performance Upgrade”的簡稱，中文意思是節(jié)能性能改進(jìn)，其實(shí)現(xiàn)方式就是根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)能耗，可以根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的不同負(fù)荷狀態(tài)、動態(tài)地調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的功耗水平，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低功耗的目的。采用動態(tài)的性能曲線進(jìn)行補(bǔ)償，可以在不同溫度下盡最大可能的滿足高爐對送風(fēng)參數(shù)的要求，擴(kuò)大了風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況范圍，在正常運(yùn)行期間能減少甚至消除放風(fēng)量，有效地解決了風(fēng)機(jī)放風(fēng)浪費(fèi)、性能發(fā)揮不完整的問題，消除風(fēng)機(jī)保護(hù)與工藝管網(wǎng)間的矛盾，對于高爐及風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行起到積極地保障作用。

2 改造工作內(nèi)容

2.1 改造思路

針對現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)工藝控制方式進(jìn)行分析，找出風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在的問題，本著提高鼓風(fēng)機(jī)性能，節(jié)能增效的目的，采用節(jié)能增效（EPU）控制工藝，準(zhǔn)確定位防喘線，并對防喘控制程序進(jìn)行了補(bǔ)充及完善，利用科學(xué)合理的補(bǔ)償算法，進(jìn)一步完善了防喘振調(diào)節(jié)功能，提高了對鼓風(fēng)機(jī)防喘、逆流等危險(xiǎn)工況的預(yù)知防范功能，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 改造優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 科學(xué)合理地進(jìn)行性能曲線補(bǔ)償

風(fēng)機(jī)不同靜葉角度下的喘振臨界點(diǎn)存在于流體的最小流量，而氣體的體積隨溫度的變化非常大，氣體的密度、流量也隨之產(chǎn)生很大的變化，風(fēng)機(jī)的喘振極限壓力在不同密度的氣體下所表現(xiàn)出來的數(shù)值是不一樣的。一般來說，冬季風(fēng)機(jī)的性能要高于夏季，EPU可以針對不同的季節(jié)溫度對風(fēng)機(jī)性能曲線進(jìn)行補(bǔ)償，將喘振線做成了動態(tài)調(diào)整線，從根本上避免了事故隱患的發(fā)生。

冬季、夏季的喘振線比較見圖1。圖1中可以看出冬季風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況線高于夏季運(yùn)行工況。

圖1 冬季、夏季的喘振線

2.2.2 穩(wěn)定和快速地進(jìn)行防喘振響應(yīng)

在防喘振調(diào)節(jié)方面，用EPU調(diào)節(jié)模塊替代了PID調(diào)節(jié)，這個(gè)模塊充分利用PLC的運(yùn)算優(yōu)勢，對工況點(diǎn)做綜合計(jì)算分析，根據(jù)分析結(jié)果得出響應(yīng)速度，避免常規(guī)調(diào)節(jié)所引起的雙向震蕩和超量調(diào)節(jié)的問題，可以實(shí)現(xiàn)慢速波動慢調(diào)節(jié)，快速運(yùn)動快速響應(yīng)的特點(diǎn)，使工況點(diǎn)可以更貼近防喘線，擴(kuò)大了可利用的空間范圍。EPU調(diào)節(jié)器的響應(yīng)曲線分三個(gè)階段（見圖2），其中a段為快速響應(yīng)階段，在擾動產(chǎn)生的初期快速響應(yīng)，確保鼓風(fēng)機(jī)工況迅速回調(diào)；b段為穩(wěn)定調(diào)節(jié)階段，根據(jù)初始調(diào)節(jié)后的工況進(jìn)行判斷、預(yù)測并調(diào)節(jié)，確保調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定性和安全性；c段為穩(wěn)定區(qū)域，此時(shí)工況點(diǎn)覆蓋防喘線或位于調(diào)節(jié)線上，鼓風(fēng)機(jī)穩(wěn)定供風(fēng)。這種調(diào)節(jié)不僅能保證機(jī)組運(yùn)行安全，更能減少高爐意外泄壓，對高爐安全運(yùn)行起到了有效地保護(hù)作用。

EPU調(diào)節(jié)器的響應(yīng)曲線見圖2

圖2 EPU調(diào)節(jié)響應(yīng)曲線

2.2.3 節(jié)能的操作方式

常規(guī)控制工藝對操作的要求是使工況點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘線，以避免撞到防喘線而造成快速放風(fēng)。通常的操作是：將靜葉角度適當(dāng)加大，將防喘閥打開一定角度，使工況點(diǎn)向下并遠(yuǎn)離防喘線，一部分風(fēng)量通過防喘閥放風(fēng)，同樣也使風(fēng)機(jī)的工況范圍縮小。EPU控制允許工況點(diǎn)接近并達(dá)到防喘線，因此，在操作的時(shí)候，根據(jù)高爐的需求調(diào)節(jié)靜葉角度，工況點(diǎn)沿防喘線移動達(dá)到需要的壓力，此時(shí)防喘閥完全關(guān)閉或打開很小的角度，節(jié)約了以往被放空的風(fēng)量，產(chǎn)生利潤空間。兩種操作方式的對比效果見圖3。

常規(guī)操作方式：打開防喘閥，使工況點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘線，造成放風(fēng)浪費(fèi)。

圖3 兩種操作方式的對比效果

3 防喘振控制改進(jìn)

針對原設(shè)計(jì)時(shí)鼓風(fēng)機(jī)組設(shè)定防喘線偏低，風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行預(yù)留裕度較大這一問題，2013年5月對機(jī)組進(jìn)行喘振試驗(yàn)標(biāo)定，分別在四個(gè)不同靜葉角度（30.0°，40.0°，50.0°，60.0°）下進(jìn)行喘振性能試驗(yàn)，根據(jù)喘振試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定喘振曲線，并對防喘振性能曲線重新標(biāo)定，把升級后的EPU控制程序加載到PLC中，提高靜葉40°～50°時(shí)防喘振數(shù)值，進(jìn)一步擴(kuò)大了風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況范圍。

3.1 改造前防喘振控制

根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)性能測試實(shí)測出的風(fēng)機(jī)喉部差壓（ΔP）與排氣壓力P的函數(shù)關(guān)系得出風(fēng)機(jī)的特性曲線和喘振曲線，在計(jì)算機(jī)控制中設(shè)定了喘振調(diào)節(jié)報(bào)警、喘振調(diào)節(jié)、喘振預(yù)報(bào)、喘振四個(gè)函數(shù)發(fā)生器。為確保風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行，在實(shí)際運(yùn)行中我們將喘振線平行下移4%得出喘振預(yù)報(bào)線、喘振線平行下移8%得出喘振調(diào)節(jié)線，喘振線平行下移10%得出喘振調(diào)節(jié)報(bào)警線，喘振線為實(shí)際發(fā)生喘振線的99%，以上為喘振四條線控制（見圖4），其中A線為喘振線，B線為喘振預(yù)報(bào)線，C線為喘振調(diào)節(jié)線，喘振調(diào)節(jié)報(bào)警線在操作員站畫面上未標(biāo)出，只報(bào)警不顯示。

圖4 改造前喘振曲線

3.2 改造后防喘振控制

根據(jù)機(jī)組喘振試驗(yàn)參數(shù)重新標(biāo)定防喘振曲線，制作喘振線（A線），喘振線下方6%為喘振調(diào)節(jié)線（B線）。改造后，建立了科學(xué)合理的風(fēng)機(jī)性能溫度補(bǔ)償曲線模型，使風(fēng)機(jī)性能曲線隨季節(jié)溫度變化進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，以保證風(fēng)機(jī)隨時(shí)可以找到真正的運(yùn)行極限。具備穩(wěn)定、快速的風(fēng)機(jī)防喘振控制響應(yīng)，EPU節(jié)能技術(shù)控制軟件舍棄了原有的風(fēng)機(jī)防喘振PID調(diào)節(jié)模式，充分利用PLC建立快速和精確的控制算法，快速響應(yīng)意外情況，在工況點(diǎn)距調(diào)節(jié)線30 kPa時(shí)動作，而在快速響應(yīng)的同時(shí)，根據(jù)實(shí)際工況變化的趨勢，快速趨于穩(wěn)定，有效地避免了常規(guī)調(diào)節(jié)所引起的雙向震蕩和超量調(diào)節(jié)造成風(fēng)機(jī)和高爐送風(fēng)壓力波動大等故障，由此也實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)和高爐工藝的整體性能提高。

圖5 改造后喘振曲線

3.3 防喘振控制改進(jìn)

（1）防喘振控制程序采用更為科學(xué)合理的補(bǔ)償計(jì)算方法，更為精確的仿真和更加完善的防喘振調(diào)節(jié)功能，同工況（送風(fēng)壓力、送風(fēng)流量）下，靜葉角度較原來降低3°～5°，防喘閥開度則由15%降到0%，運(yùn)行中不發(fā)生放風(fēng)現(xiàn)象，汽輪機(jī)蒸汽耗量明顯降低；

(2)改造后，防喘控制改為雙線控制，提供了更安全的運(yùn)行狀態(tài)及更為節(jié)能的操作方式，可以使運(yùn)行工況點(diǎn)靠近調(diào)節(jié)線運(yùn)行，在風(fēng)機(jī)及后序工藝管網(wǎng)不發(fā)生大范圍變化時(shí)，防喘閥開度保持不動，消除了風(fēng)機(jī)保護(hù)與工藝管網(wǎng)之間的矛盾，保護(hù)了風(fēng)機(jī)和高爐的安全運(yùn)行。

3.4 改造前后喘振控制曲線參數(shù)(見表1)

4 改造效果

EPU技術(shù)改造前后數(shù)據(jù)顯示，汽輪機(jī)平均蒸汽單耗同比由3.25 t/萬m3降至3.09 t/萬m3，按360天運(yùn)行計(jì)算，年供風(fēng)量為205920萬m3，蒸汽按100元/t計(jì)算，則每年減少用蒸汽費(fèi)用為：

N=Q×(U1-U2)×100÷10000

式中：N—年節(jié)約蒸汽費(fèi)用，萬元。

Q—年供風(fēng)量，萬m3

U1--改造后蒸汽單耗，t/萬m3

U2--改造前蒸汽單耗，t/萬m3

則N=Q×(U1-U2)×100÷10000

=205920×（3.25-3.09）×100÷10000

=329.47（萬元）

5 結(jié)語

通過對高爐鼓風(fēng)機(jī)EPU防喘控制系統(tǒng)改造，使風(fēng)機(jī)性能曲線隨季節(jié)溫度變化進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)和高爐工藝的整體安全性能的提高，拓寬了風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況范圍，使在同等風(fēng)壓下靜葉角度在原來的基礎(chǔ)上降低了3°～5°，防喘閥開度則由15%降到0%，有效地緩解了機(jī)組運(yùn)行中的放風(fēng)運(yùn)行現(xiàn)象，汽輪機(jī)耗蒸汽流量顯著降低，節(jié)能效果顯著。

Technical App lication of EPU Anti-surge Control System in the Blast Furnaces of Xuanhua Steel

Wang Hongjun
(Xuangang Equipment and Energy Dept.of Hebei Iron and Steel Group,Zhangjiakou,Hebei 075100,China)

The performance relationship between blast furnace and the corresponding blast volume of the blast fan was analyzed in vieWof the practical operation state of blast furnace fans in domestic steelmaking sector.EPU anti-surge technology was adopted based on actual cases,which has achieved the goal of energy saving and consumption reduction.

blast furnace fan;anti-surge control;power device

表1 3#鼓風(fēng)機(jī)改造前后喘振控制曲線參數(shù)

TH44

B

1006-6764（2015）09-0043-04

2015-05-06

王宏軍（1969-），男，碩士學(xué)位，現(xiàn)從事冶金行業(yè)熱能動力系統(tǒng)管理工作。