轴流鼓风机防喘控制精细化调节实践

2014-02-28王麟周涛林易君芝

冶金动力 2014年5期

关键词：轴流鼓风机风机

王麟,周涛林,易君芝

(安源钢铁股份有限公司动力厂,江西萍乡337042)

轴流鼓风机防喘控制精细化调节实践

王麟,周涛林,易君芝

(安源钢铁股份有限公司动力厂,江西萍乡337042)

针对陕鼓AV63-15轴流鼓风机运行情况，在控制系统软件上改进了防喘振系统温度补偿程序、压力高时的调节程序两项内容，使轴流压缩机运行成本大幅下降。

防喘阀；贴线运行；喘振曲线

1 鼓风机工作流程

安源钢铁有限公司动力厂热电车间有一套采用汽轮机带动的AV63-15轴流压缩机，陕鼓设计制造。该机组在2010年投入运行，投入运行后出现防喘阀过早打开，运行中尚要有一定开度的不正常状况。鼓风机工作流程见图1。

图1鼓风机工作流程简图

气流首先通过进气管道进入进气室，气体流经高速旋转的动叶时，动叶将机械能转变为气体的压力能和动能，从而提高气体的压力和速度，然后通过与排气法兰连接的管道送入工艺系统供风。鼓风机工作时，如果工艺系统管网阻力增加，使机组出口压力增高，流量下降，叶片气流冲角增大，形成喘振，严重时还会出现气体的倒流，使叶片产生强烈振动，并使机壳内温度急剧升高，损坏鼓风机。为了防止喘振发生，在风机出口设置了两个防喘振调节阀，根据实测的喘振线标定防喘控制线，在接近排放线时，作为轴流鼓风机的自控系统使防喘振阀打开，增加风机出口流量，从而保证鼓风机在安全区域内运行.

2 原系统在运行中的问题

轴流鼓风机控制系统在风机有时明显还有能力承担负荷时软件自动保护已经打开防喘阀放风，造成风机送风压力达不到高炉的情况，为了防止自动放风的情况，正常运行时需要将防喘阀打开一定的角度，增加风机出口流量，使风机工况点上移，达到高炉压力要求，这种运行方式会浪费大量的能源、并且制造大量的噪声。

根据分析，造成以上情况的原因源自现有系统中对空气温度的补偿没有做好，现有的防喘阀开启条件对比实际喘振试验数据冗余过大使风机的实际工作范围过小。

3 改造方案

3.1 风机喘振参数及现有设计

基于风机的机械特性，其在不同的气候条件下所形成的喘振参数是不相同的，表1、表2是依据JB/T3165-1999《离心和轴流式鼓风机和压缩机热力

性能试验》标准，采用开式进出气试验方法，分别在30°，44.8°两个静叶角度下进行了试验，后两个角度为推算结果，现场试验数据如表1。

表1 试验喘振曲线参数表

从表1中的参数中看，冬天的喘振参数和夏天的喘振参数在排气压力、喉部压差有明显差别，同时风机输出的压力也高一些。根据试验所得的喘振参数按最不利情况将防喘线参数设定为表2中参数。

表2 现有防喘振曲线参数

注：平均进气温度24.4℃,逆流保护喉部压差1.204 kPa。

从设定的参数上看防喘振曲线对比夏天喘振曲线来看是合适的，但是对比冬天喘振曲线就偏小。因为现有自控系统并不能准确的换算不同进气温度下的喘振曲线，只能根据设备在某一进气温度下实测的喘振曲线进行判断，同时为了避免进入喘振区域，对喉部差压进行补偿，过度的压低了风机的输出压力，造成防喘阀长期开度过大（尤其是冬季）的情况。所以需要对自动控制系统增加温度补偿程序，使喘振曲线可以随着温度进行变动，为操作工的操作提供直观准确的指导，同时为风机发挥最大的潜能起到重要的作用。既要避免发生喘振，又要最大可能的发挥风机的潜能。

3.2 防喘控制精细化调节方案

西安某公司开发出具有自主知识产权的“轴流鼓风机防喘控制精细化调节软件”专门应用于对轴流鼓风机自控系统升级解决该问题，具有以下特点：

（1）可以根据风机在确定的流量下，其喘振点所对应的能量头是固定的原理，以喘振测试结果为依据，在软件中分别计算每个喘振点所对应的能量头，并在软件中根据能量头计算结果计算在不同进气环境下所对应的喘振点的输出压力。并依据此结果进行防喘振控制。

（2）更改了防喘阀的动作过程，其程序在排气压力达到防喘线（调节线）后，既迅速响应避免排气压力进一步上升引起喘振，同时还要避免过多的放风。

通过上述两点可将防喘线合理的逼近实际喘振线，从而风机的实际工作范围得到加大同时不会有风机喘振的威胁。采用该软件对防喘控制进行精细化调节的目的在于精确计算风机的边界能力，充分发挥风机的潜力，从而达到减少防喘阀放风降低电能消耗，同时提高风机稳定运行可靠性的目的。

4 改造情况

系统改造后操作改为人工和自动两部分，平时操作时应尽量关闭防喘阀使得工况点贴近系统屏幕中蓝线运行以减少放风达到节能的目的，软件改进了防喘策略，在工况点越过蓝线后系统自动贴线运行，风压不会有大的波动。其后可通过对静叶的操作实现加风减风。

其中人工操作静叶与防喘阀的方法如下：

静叶人工的操作：

静叶由人去按“加风”或“减风”按钮进行调节，每按一下，静叶阀将有输出0.5%（角度0.3度）的变化。

防喘阀人工的操作：

防喘阀由人去按“开阀”或“关阀”按钮进行调节，每按一下，防喘阀将有0.5%的变化。

在工况画面中，当工况点（十字中心）到达蓝线时，计算机接管控制，将工况点稳定在蓝线下方。系统转入自动控制，“手动”按钮转为灰色，系统根据工况的变化自动采取阀门开关策略，使工况稳定在下线附近。当工况点到达黄线时，开阀速度加快，喘振预报警，并在屏幕左下方有闪烁的“喘振预报”字样提示。当工况点到达红线时，喘振报警，并在屏幕左下方有闪烁的“喘振”字样提示，防喘阀速开一个开度（30%）后继续执行开阀动作直到工况点低于蓝线，如6 s后仍不能脱离喘振状态，进入安全运行，静叶回到22°，防喘阀全开，逆止阀强制关闭。

在系统进入自动防喘状态后（“手动”按钮为灰

色），将不允许操作工进行关阀操作，但在调节稳定时仍可进行开阀操作，在工况点在防喘点下方较远后（低于防喘点25 kPa以上后），系统自动恢复手动状态，通过操作来进行防喘阀的开关操作。在工况点处于蓝线下方时，在确认可脱离自动防喘保护状态时，也可通过点击“手动”按钮进入“手动”状态来进行防喘阀开关的手动操作。

为了更加稳妥的实现以上功能，并确保风机的安全，在实施的过程中做了充分的安排，对防喘程序部分重新编制，升级后正常运转，对机组触碰调节线及喘振线进行了动作试验确认了防喘振保护系统动作及时准确。软升级后与原有的喘振线和防喘调节线对比如图3。

表3 改造后防喘振曲线参数

图3喘振线与调节线对比图

注：平均进气温度2℃。

从图3和表3中的参数上看改造后防喘振曲线比原有的防喘线更靠近低温下的喘振线，考虑到改造后防喘振线和喘振线都会随进气温度调整，而且高炉正常工况时鼓风机一般排气压力0.350～0.39 MPa之间，从图3看所设定的防喘振线是安全的，不会再出现误放风的情况。

5 实施效果

从改造前取一段数据和改造后取一段数据（两段数据选取进气温度、风压、风量运行参数接近）抄表进行对比，对比表4如下。

数据选取原则为选取一段供风较平稳阶段，供风工况（风压风量）基本相似。从表4可看出在相同工况下，改造后的数据组（2013-3-1）和2012-10-24数据组的进气温度相近，两组数据对比，在输出风量及风压一致的情况下，改造后的数据组中耗能有了明显下降，改造后在全风状态时防喘阀基本可以全关，改善了原系统防喘阀开度过大的问题。噪声明显降低。

取改造前后最接近的两组数据对照如表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