高炉鼓风机定风量定风压自动控制模式的设计与应用

曹培培

（北京首钢自动化信息技术有限公司京唐运行事业部，河北唐山063000）

自动化

高炉鼓风机定风量定风压自动控制模式的设计与应用

曹培培

（北京首钢自动化信息技术有限公司京唐运行事业部，河北唐山063000）

阐述了高炉鼓风机定风量定风压控制系统的工作原理及目前的工作方式，并提出了自动控制模式的设计理念，详细的对高炉鼓风机流量压力调节控制系统、定风量定风压自动控制系统程序进行了分析与研究，实现了定风量、定风压之间稳定、无扰动的之间的切换。

高炉鼓风机；定风量；定风压；应用

1 前言

京唐钢铁公司现有两座容量为5500 m3的高炉，为满足此大型高炉正常生产时的用风需求，特引进了3套具有国际先进技术水平的AV100-17型轴流式鼓风机，此风机由德国MAN公司生产，单台最大风量可达10000 m3/min。

在风机系统中为了满足高炉生产负荷变化的要求，为此，设置了静叶定位调节系统，它是通过调整风机的动静叶片，从而实现冷风风量和压力的调节。轴流压缩机在转速恒定时，利用改变静叶开度达到调节排气流量和压力，为了灵活操作，在PLC内部设置了流量压力选择开关，可以按高炉实际生产工况的需要选择回路为定风量调节或定风压调节。

高炉生产中，为了保证高炉高风温，需要热风炉每40 min左右周期性的换炉，换炉过程中，因为向另一座热风炉充压的原因，入炉风量要经过先减少，后有增加到换炉前风量的过程，在这个过程中，热风压力会先降低，再升高的波动过程，为了避免换炉过程对炉况的影响，通过对热风炉换炉过程的分析，对高炉鼓风机控制程序的修改，对现有的控制模式进行改进，增加了定风压、定风量自动控制模式，实现了换炉过程中定风压操作，换炉结束后定风量的自动控制操作技术。

2 流量、压力调节控制系统介绍

该系统由两大部分组成：位置控制器、伺服阀、伺服作动器、位置变送器等组成串级调节系统的小内闭环—静叶定位系统。实际流量测量回路、流量调节器、静叶定位系统和带有静叶调节机构的轴流式压缩机组成大外闭环—流量控制系统。实际压力测量回路、压力调节器、静叶定位系统和带有静叶调节机构的轴流式压缩机组成大外闭环—压力控制系统。

根据喉部差压PDT110-1计算出风机入口流量，将它作为流量调节单元的实际值PV1，轴流压缩机排气压力PT110-3作为压力调节单元的实际值PV2，两调节单元的设定值SV1和SV2分别由控制功能块设定。两单元对偏差进行“比例＋积分”运算后送给“通道选择单元”，通过流量/压力选择开关选择其中一个作为调节单元输出值（4～20 mA），信号经手操器作为静叶伺服控制器的设定值，静叶开度实际值作为伺服控制器的测量值。伺服控制器的输出送给电液伺服阀，再通过油缸驱动静叶。流量调节控制系统如图1所示。

图1 流理控制系统的内外闭环示意图

3 定风量、定风压手动控制模式概述

定风压控制模式下，见图2，按照高炉的生产需要，系统设定压力值为SP，若通过风机出口压力变送器检测到的压力值PV小于SP时，则控制系统发出控制指令使得静叶角度增大，从而使得出口压力值增大。若通过风机出口压力变送器检测到的压力值PV大于SP时，控制系统发出控制指令使得静叶角度减小，从而使得风机出口压力值PV与设定值SP相等。

图2 定风压控制

定风量控制模式下，见图3，系统设定流量为SP，通过风机入口差压变送器检测到的差压值，经过温压补正计算的流量值为PV，若PV小于SP时，则控制系统发出控制指令使得静叶角度增大，从而使得出口流量值增大，直到SP=PV。若PV大于SP时，控制系统发出控制指令使得静叶角度减小，从而使得SP=PV。

4 定风量、定风压自动控制模式实现过程

按照热风炉的生产要求，热风炉换炉时需要进行压力控制，热风炉换炉结束后风机系统需要进行流量控制。鉴于此条件，我们对现有的控制模式进行改进，增加了定风压、定风量自动控制模式。

具体的实现过程：1）在换炉前，当热风工点击自动换炉信号时，高炉鼓风机会自动的切换为定风压，风机静叶开度与风机出口压力连锁；2）当充压阀打开充压时，风机出口压力会慢慢降低、此时，风机会维持充压前压力，通过风机静叶慢慢加风，减风；3）换炉结束，风机检测到信号后，延时3分钟，风机自动切换为定风量操作，风量为换炉前的风量，此时，风机静叶开度与风量连锁。实现高炉换炉时定风压，换炉结束后定风量的自动控制技术，最终达到稳定炉况，稳定气流的目的。

5 定风量、定风压自动控制模式程序修改

在定风压、定风量自动控制模式下，热风炉的开始换炉信号和结束换炉信号由高炉送至风机系统主控室UCP柜，当PLC接收到热风炉的开始换炉信号时风机系统开始执行定风压控制，当PLC接收到热风炉的结束换炉信号时风机系统开始执行定风量控制，如此风机在定风压、定风量之间自动切换，满足了生产工艺的需求。其控制程序如图4所示。

在机组正常运行过程中，如果风机处于旁路运行状态、风机急停信号激活、快速拨风阀关限位丢失、快速拨风阀打开条件满足等，则机组控制系统自动将定风量调节切换为手动，其控制程序见图5。避免机组由于自动运行造成静叶动作，导致送风风量风压波动，影响高炉的安全生产。

图4 自动模式下定风量、定风压控制程序图

图5 定风量、定风压控制程序图

6 定风量、定风压自动控制模式技术创新点

风压、风量控制改自动模式后，通过对闭环控制参数进行调整，观察风机系统运行曲线，发现静叶运行平缓，未出现波动现象，满足了热风炉的生产需求，有效解决了操作工手动操作带来的时间滞后，实现了高炉煤气流的稳定，炉况的稳定；产量得到了增加；稳定炉温，料速；铁口工作保持稳定。

7 定风量、定风压自动控制模式经济效益分析

换炉周期40 min，每座高炉每天换炉36次，换炉充压时间10 min，通过过程的风量加权平均计算，风量增加200 m3/min，每吨铁风耗按1200 m3计算，每座高炉日增产10×200×36÷1200=60 t，每座高炉年增产：360×60=21600 t（按360天计算），炼铁新厂3座高炉年增产：21600×3=64800 t；

按吨铁效益50元计算，年效益为：64800×50= 324万元

间接效益：增强炉况的稳定性。

8 结论

通过上面的分析可知，静叶定位调节系统就是通过调整风机的动静叶片，从而实现冷风风量和压力的调节，而风量、风压是压缩机送风的重要指标，是高炉稳产高产的重要条件。根据高炉的工艺要求，选为定风量或定压力工作方式。控制器能实现手/自动无扰动切换。高炉正常生产要求定风量操作，因为稳定的供风量是高炉炉温、炉内煤气稳定和炉子顺行的必要条件，风量的波动将直接影响下料速度，进而破坏到炉缸的热制度，直接影响到高炉的日产量。可见高炉鼓风机的运行不仅是多工况的，而且运行方式是动态的。

[1]阎云龙,武善业.风机及系统运行与维修[M].北京:机械工业出版社. 2004.7.

[2]陈余平,吴士年.自动控制系统[M].北京:机械工业出版社.2007.

[3]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆:重庆大学出版社.2007.

[4]胡寿松.自动控制原理[M].上海:科学出版社.2011.

[5]吴玉林等.通风机和压缩机[M].北京:清华大学出版社，2004.

Design and Application of the Automatic Control Mode for Preset Air Volume and Pressure of Blast Furnace Blowers

Cao Peipei
(Jingtang Branch of Beijing Shougang Automation Information Technology Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063000,China)

The working principle and current operation mode of the air volume and pressure control system for blast furnace blowers are introduced.The design concept of the automatic control mode was put forward;the air flow pressure regulation system and preset air volume and pressure automatic control system program for blast furnace blower were analyzed and studied in detail.Stable and undisturbed switch between preset air volume and air pressure has been achieved.

blast furnace blower;preset air volume;preset air pressure;application

TP27

B

1006-6764（2015）05-0047-04

2015-02-03

曹培培（1985-）女，大学专科毕业，现从事高炉鼓风机及空压机的维护工作。