高炉风机防喘振优化控制设计方案.ppt
冯卓
[摘 要]鼓风机是高炉炼铁的核心设备，其能够为炼铁提供稳定的风力，进而保障钢铁质量。当鼓风机的流量较小时，会产生极其不稳定的流动情况，这种流动情况就是喘振现象。喘振现象能够在极短的时间内对鼓风机造成损坏，进而影响高炉炼铁的质量。基于此，本文从高炉鼓风机喘振产生的原因、判定及影响因素入手，给出了一些防喘振控制的方法，希望可以为高炉炼铁提供帮助。
[关键词]高炉鼓风机；防喘振；控制方法
中图分类号：G847 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0106-01
1 喘振产生的原因、判定及影响因素
喘振情况的出现会使级间压力失常，引起强烈震动，损坏密封及推力轴承；还会导致转子和静子经受交变压力而断裂；喘振情况时运动原件和静止原件相碰，造成严重事故。因此，研究鼓风机喘振情况产生的原因、判定及影响因素，能够更好的对喘振情况进行控制，进而减少因喘振造成的损失。
1.1 喘振产生的原因
导致鼓风机喘振产生的原因主要有以下几方面：一，从内部来说，喘振现象的发生取决于鼓风机在实际运行工作中的流量变化，当鼓风机的运行流量过低时，就会出现喘振的情况；二，从外部条件来说，喘振现象与管网的容量和特性有关，鼓风机出口实际压力比其管网压力小时，会出现喘振情况；三，当鼓风机吹出的气体分子量同气体的入口之间的温度差变化较大或静叶角的变化过快时，都会出现喘振情况。
图1展示了鼓风机的喘振工况，从图中可以看出，由于管网系统的阻力不断增加，如果转速保持不变，鼓风机的工况就会沿着其性能曲线上移，当工况点达到喘振点时，如果管网系统阻力持续增加，鼓风机就会出现喘振的状况。
1.2 判定喘振情况的手段
通常情况下，喘振现象可以通过以下几种方法来判定：一，当运行的风量处于定值状态时，可以通过风压进行判断，如果鼓风机的压力超过额定值，则判断出现喘振情况；二，当鼓风机处于定风压状态时，可以采取流量判定法，当流量值小于判定值时则判断出现喘振情况；三，可以通过对鼓风机进行位移、轴振动、以及工作时发出噪音的大小来判断。
1.3 喘振线的影响因素
喘振线是指鼓风機会产生喘振现象的临界线，在压比和流量的性能曲线上，喘振点会随着鼓风机进气条件的变化而变化。影响喘振线的因素主要包括以下三种：第一，进口气体温度会对喘振线造成影响，在鼓风机其他条件不变的情况下，进口温度会直接影响鼓风机的进口压力，进而影响喘振线，进气温度降低，出口压力反而升高，因此，温度降低，喘振线上移，温度升高，喘振线下移；第二，进口分子量会对喘振线造成影响，在其它参数不变的情况下，出口压力会随着进口分子量的增加而升高，因此，进口分子量增加，喘振线上移，分子量降低，喘振线下移；第三，出口压力会对喘振线造成影响，喘振线会随着进口压力的增加而上移，随着进口压力的下降而下降。
2 防喘振控制的策略
2.1 被动控制策略
被动控制策略是指为鼓风机的运行设定一条标准防喘振的曲线，以此曲线为基础，设定防喘振控制器的波动值，并以此波动值为依据，对防喘振阀的开关进行有效的控制，从而在高炉炼铁过程中，实时了解鼓风机进入到喘振区的情况。被动控制策略主要包括以下两种，一种是在流量相通的情况下，当鼓风机的压力过高并且触碰到防喘振线的设定值时，需要根据实际情况使用防喘振阀进行调整；第二种是在同等压力的前提下，当运行流量过低且触碰到防喘振线的设定值时，通过防喘振阀进行调整。
2.2 分程控制策略
分程控制策略主要通过扩大鼓风机防风控制阀的调控范围来对喘振进行控制。分程控制策略指的是一个控制器同时对两个或多个控制阀进行输出，控制阀会根据实际要求控制输出信号的范围，从而达到分程控制的效果。在具体的实施过程中，可以对高炉鼓风机设置不同的防喘振阀，使用主、副防喘振阀来控制风量范围，进而控制高炉鼓风机的调控范围，使控制反应更加迅速。在进行分程控制时，要尽量选择反应快的小型防喘振阀，在进行放风时，要保证放风效果的稳定性，如果迫不得已必须迅速放风，必须启动大型防喘振阀。
2.3 变增益控制策略
变增益控制策略主要通过控制和改变鼓风机系统的增益情况，来改变系统响应情况，进而制定出能够有效防止喘振的策略。工作人员对增益点的确定，可以通过鼓风机实际的工作点与其在防喘振线右边设定的工作点之间的有效距离来实现。当鼓风机工作点位于防喘振线左侧时，其控制增益会线性增大，其控制器输出信号减少的频率随着鼓风机工作点偏离防喘振线距离的增大而增大，进而促使鼓风机回到安全运行的位置。
2.4 防喘振线的自适应调整控制策略
防喘振线的位置会因为鼓风机叶片表面遭到侵蚀、空气成分改变、内冷器的积污等原因发生变化，在这种情况下，如果不及时对防喘振线的设定曲线进行修改，会导致喘振线和响应线之间的安全程度不断减小，造成鼓风机在短时间内接近防喘振线，进而导致放空阀在短时间内被不断打开，进而导致系统形成波动。为了避免上述情况的产生，就必须及时调整防喘振线的位置，增加响应线和防喘振线之间的安全距离，通过减少喘振次数来增大喘振的安全值，进而增大喘振的安全程度。
2.5 微分控制策略
微分控制策略主要是通过控制鼓风机工作点进入喘振区域的速度来实现的。对高炉鼓风机的工作点和防喘振线之间形成的偏差信号进行微分运算，就可以检测出鼓风机工作点的运动速度。当运动速度过快，且鼓风机的工作点已经移至报警线右侧时，应增大防喘阀的开度，增大高炉鼓风机的流量，降低喘振的危险性。微分控制策略能够有效控制高炉鼓风机工作点发生偏移带来的喘振现象，避免因喘振情况对高炉炼铁产生影响。
总结
总而言之，鼓风机对高炉炼铁存在很大影响，鼓风机出现喘振会严重影响高炉炼铁的质量，因此对高炉鼓风机防喘振控制方法进行研究很有必要，钢铁企业可以通过被动控制策略、分程控制策略、变增益控制策略、防喘振线的自适应调整控制策略、微分控制策略等几方面对高炉鼓风机喘振情况进行控制，进而提高钢铁企业的炼铁质量。
参考文献
[1] 陈毅夫.高炉鼓风机防喘振控制方法的研究[D].浙江大学，2013.endprint
