刍议如何有效控制高炉鼓风机喘振问题

摘 要：文章主要针对高炉鼓风机喘振问题进行了分析，并对引发喘振问题的因素进行了深入讨论。从传感器技术入手，有针对性的提出了改善喘振问题的方法，并最终提出有效的技术方案。

关键词：喘振问题；高炉鼓风机；控制；传感器

引言

大型高炉以及中型高炉运行过程中大多采用轴流式风机或者离心式风机。相比较于离心式风机，轴流式风机体积小、质量轻且容量相对较大，并且运行中气流阻损相对较小，因而其效率相对较高。当压力发生改变时，风量不会变化，因而令高炉运行更加稳定。但是由于其特性曲线相对较陡，因而其稳定工作区相对较窄，运行过程中容易出现喘振问题，并且由于其直接连接高炉，不设置储气罐，因此更易出现喘振问题。

1 影响因素分析

分析鼓风机特性可以看出，若鼓风机鼓风量低于某一风压其运行会不稳定。此时受到周期波动负荷影响，转子会发生轴向窜动，轴瓦烧坏继而将叶片打碎。这便是鼓风机的喘振现象，相对于鼓风机的常态运行，喘振为鼓风机失常工况，因此对于高炉鼓风机，必须要避免喘振问题的发生，以此确保高炉的正常运行。通常判断鼓风机发生喘振现象的方法为，当鼓风机风压一定时，对鼓风机风量进行判断，若流量超出喘振流量则发生喘振现象；当鼓风机风压一定时，对鼓风机风压进行判断，若风压超出喘振压力，则判定为喘振发生。但是宏观分析喘振特征可以看出，出了流浪和风压外，对鼓风机轴位移以及轴振动和风机噪声进行判断也可以及时检测喘振现象。文章主要以传感器技术为基础，对喘振现象综合判断技术进行了论述，以此提高检测的准确性。结合实际的工作经验，主要有两方面原因导致喘振现象发生：首先，实际运行流量<喘振流量；其次，出口压力<管网压力。除此之外，气体入口温差过大以及气体分子量变化较大、静叶角快速变化均可能成为喘振现象发生的原因。

2 控制方法

针对高炉鼓风机喘振问题的控制方法主要有两种，一种为开环控制方法，另一种为闭环控制方法。开环控制方法为被动控制，通过设置防喘振曲线，对防喘振控制进行设定，从而对防喘振阀进行控制，确保鼓风机运行的稳定。闭环控制方法则为主动控制，通过反馈系统将鼓风机运行过程中的实时状态进行监控，从而令鼓风机工作点始终维持在喘振区。对防喘振线进行设定。喘振线应当处于风机运行点左上方，此时风机运行稳定，不会发生喘振问题，若运行点位于喘振线左上，那么超出安全运行区，喘振现象发生。若运行点恰好在喘振线上，那么风机运行处于喘振发生临界状态，这种状态是不允许的。因而实际的运行中风机运行点必须保证处于安全区，即喘振线右下方。并且一旦运行点向左上方移动，即靠近喘振线，则系统应当及时向操作人员报警。为此可以在喘振线前设置警报线、紧急放风线等。其中，放风线便是调节器设定线，该设定线的纵坐标为风机吐出压力，横坐标为吐出流量。对于控制器的设置，可以讲防喘振设定曲线作为相应的设定值，并对鼓风机入口风压、流量等进行检测，结合检测值对防喘振阀进行调节。若风压一定，实际流量地域与须知，则打开防喘振阀，增大风量。而若风量一定，风机实际风压超过允许值，则打开防喘振阀，降低吐出风压，令运行点原理喘振线。若防喘振控制系统由于某些因素无法对运行点进行控制时，则可以利用联锁将全部防喘振阀打开进行紧急放风。出了上述方式外，以下四种方式也可以有效控制喘振现象的发生。

2.1 分程控制

放风控制阀范围可以依照实际需要予以调节，分程控制可以有效增大可调范围。分程控制是将同一控制器信号同时发送至两个或两个以上控制阀，依照工艺需求，控制阀在相应的范围内对放风系统进行控制。为了增加防喘振阀的控制调节范围，可以在高炉鼓风机上设置主防喘振阀和副防喘振阀，增加防风量范围，提高放风的反应速度。当控制器发出信号，首先启动反应迅速的副防喘振阀（一般为小型防喘振阀），从而稳定放风。若需要提高防风量，那么在控制器发出信号时启动主防喘振阀（一般为大型防喘振阀）。主副放风和主副防喘振阀动作的分程范围设置是按放风要求决定的。主防喘振阀开、闭时间如下。紧急放风时：全开小于10秒。一般情况时：全开36秒左右，全闭30秒左右。根据这些要求可以确定主副放风的分程动作的范围。根据以上要求确定主、副防喘振阀的开度和调节器的输出方程为：

y副=Ax

y主=Bx-C

式中：x为调节器输出，y为阀门开度.A，B，C为正常数，可根据现场设备来确定。当A=2.5，B=1.7，C=0.67，主、副防喘振阀对应调节器的输出响应。

2.2 变增益控制

根据控制系统的增益改变来影响控制系统响应的方法，可以制定防喘振控制的变增益控制策略。可以根据高炉鼓风机的工作点与其在防喘振线上右边的工作点的距离来确定控制系统增益。把控制器的增益看作是防喘振线右侧工作点与防喘振线上对应工作点的距离的函数即控制器增益P=f（-e）。变增益控制器在一般控制器的比较部件与PI部件之间并上一个非线性环节。由于防喘振阀的关闭速度过快也会将鼓风机推人喘振状态。为此，需要采用非对称方式作为防喘振调节器输出，从而使调节器输出信号增大时产生延时，即慢关防喘振阀。从上可以看出变增益控制策略从高炉鼓风机的工作点进人喘振区域的幅度方面进行了有效的控制，但还没有对高炉鼓风机的工作点进人喘振区域的速度进行控制，为此采用微分控制策略来对高炉鼓风机的工作点进人喘振区域的速度进行控制。

2.3 微分控制

对高炉鼓风机的工作点进人喘振区域的速度进行监测和控制是十分必要的。我们知道微分运算可以检测出信号的变化率，其数学表达式为：

△u=Td■

通过微分运算计算出防喘振线和风机工作点之间的偏差信号，从而得出工作点运动速度。若工作点移动速度被检测出过快，那么鼓风机喘振现象发生率上升，此时需要将防喘阀开度增大。防喘振控制器对工作点用速度的判断主要是通过对控制偏差减小速率的监测得出。通过上述分析可以看出，该种方式可以有效控制高炉鼓风机工作点的速度，从而避免其进入喘振区域，结合变增益控制法，不但可以从速度方面消除喘振现象，还能够有效控制幅度因素引发的喘振危险，从而有效提高了喘振的预防效果。

2.4 防喘振线自适应调整控制

高炉鼓风机运行过程中鼓风机的叶片由于工作环境很容易被污渍覆盖或者发生侵蚀，并且空气成份的变化以及内冷器积污的变化都会改变喘振线位置。若喘振线位置改变而防喘振设置曲线不便，那么安全裕度会相应降低，鼓风机工作点很容易便会达到防喘振线，继而令系统打开放空阀，引发系统波动。为避免该种现象的出现，稳定系统运行，需要依照实际情况对防喘振线进行及时调整，从而提高安全裕度。实际操作中应当依照喘振次数对喘振安全裕度进行适当增大，令响应线右移。防喘振系统每检测到喘振信号，系统可以依照平移量将响应线右移，但是需要注意，应当限制每次的最大平移量。系统弯沉平移后，由调节器向操作者反馈相应的报警信号，从而便于操作者对喘振发生原因进行判断，并有针对性的确定消除方案。操作者通过复位键可以令响应线复位。

3 结束语

作为高炉炼铁的重要设备，鼓风机起到了重要作用，为高炉运行提供动力，但实际操作中，喘振问题始终影响着高炉炼铁的效率、质量以及安全，因而如何有效消除喘振问题成为了人们技术研发的重点。通过上述分析可以看出，喘振问题上是可以消除预防的，通过有效的控制方式更能够确保鼓风机的安全运行，从而提高高炉的安全性、稳定性。

参考文献

[1]雷剑宇，廖明夫，杨伸记.预测风机喘振边界的新方法[J].风机技术，2005（4）.

[2]王志标，张早校.叶轮压缩机喘振的机理及防喘振策略研究[J].化工自动化及仪表，2003（30）：131.

[3]王树青，等.工业过程控制工程[M].北京：化学工业出版社，2003.