宣鋼高爐EPU防喘控制系統技術應用

王宏軍

（河北鋼鐵集團宣鋼公司設備能源部，河北張家口075100）

宣鋼高爐EPU防喘控制系統技術應用

王宏軍

（河北鋼鐵集團宣鋼公司設備能源部，河北張家口075100）

針對冶金行業高爐鼓風機實際運行工況，分析了高爐與鼓風機對應風量的性能關系，并基于實際案例采用了EPU防喘振性能技術，達到了節能降耗的目的。

高爐鼓風機；防喘控制；動力裝置

1 概述

目前宣鋼4臺套高爐鼓風機與四座主系列高爐形成一對一運行模式，其中3#AV80-16型汽輪鼓風機為3#2000 m3高爐供風，機組年平均設計供風流量為：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，供風流量為:3950～4050 m3/min，送風壓力：0.385～0.390 MPa。在日常運行過程中，由于風機設計工況點偏離實際運行工況線，風機存在長期放風運行現象，防喘閥開度保持在15%～25%的位置，放風量約為：350～650 m3/min，長時間的放風運行不僅給機組帶來不穩定因素，也導致了一定的風量和能量損耗。隨著宣鋼公司對能源環境保護的日益提高，采用節能降耗新技術來提高設備潛能已成為發展的必由之路，因此，我們對鼓風機控制工藝進行分析并對3#鼓風機防喘振試驗重新標定，重點對防喘控制系統進行EPU節能控制改造。EPU技術是“Economy& Performance Upgrade”的簡稱，中文意思是節能性能改進，其實現方式就是根據系統負荷實時調整系統能耗，可以根據當前系統的不同負荷狀態、動態地調整整個系統的功耗水平，從而實現節能、降低功耗的目的。采用動態的性能曲線進行補償，可以在不同溫度下盡最大可能的滿足高爐對送風參數的要求，擴大了風機運行工況范圍，在正常運行期間能減少甚至消除放風量，有效地解決了風機放風浪費、性能發揮不完整的問題，消除風機保護與工藝管網間的矛盾，對于高爐及風機的安全運行起到積極地保障作用。

2 改造工作內容

2.1 改造思路

針對現有鼓風機工藝控制方式進行分析，找出風機運行存在的問題，本著提高鼓風機性能，節能增效的目的，采用節能增效（EPU）控制工藝，準確定位防喘線，并對防喘控制程序進行了補充及完善，利用科學合理的補償算法，進一步完善了防喘振調節功能，提高了對鼓風機防喘、逆流等危險工況的預知防范功能，保障了機組的安全穩定運行。

2.2 改造優點

2.2.1 科學合理地進行性能曲線補償

風機不同靜葉角度下的喘振臨界點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、流量也隨之產生很大的變化，風機的喘振極限壓力在不同密度的氣體下所表現出來的數值是不一樣的。一般來說，冬季風機的性能要高于夏季，EPU可以針對不同的季節溫度對風機性能曲線進行補償，將喘振線做成了動態調整線，從根本上避免了事故隱患的發生。

冬季、夏季的喘振線比較見圖1。圖1中可以看出冬季風機運行工況線高于夏季運行工況。

圖1 冬季、夏季的喘振線

2.2.2 穩定和快速地進行防喘振響應

在防喘振調節方面，用EPU調節模塊替代了PID調節，這個模塊充分利用PLC的運算優勢，對工況點做綜合計算分析，根據分析結果得出響應速度，避免常規調節所引起的雙向震蕩和超量調節的問題，可以實現慢速波動慢調節，快速運動快速響應的特點，使工況點可以更貼近防喘線，擴大了可利用的空間范圍。EPU調節器的響應曲線分三個階段（見圖2），其中a段為快速響應階段，在擾動產生的初期快速響應，確保鼓風機工況迅速回調；b段為穩定調節階段，根據初始調節后的工況進行判斷、預測并調節，確保調節過程的穩定性和安全性；c段為穩定區域，此時工況點覆蓋防喘線或位于調節線上，鼓風機穩定供風。這種調節不僅能保證機組運行安全，更能減少高爐意外泄壓，對高爐安全運行起到了有效地保護作用。

EPU調節器的響應曲線見圖2

圖2 EPU調節響應曲線

2.2.3 節能的操作方式

常規控制工藝對操作的要求是使工況點遠離防喘線，以避免撞到防喘線而造成快速放風。通常的操作是：將靜葉角度適當加大，將防喘閥打開一定角度，使工況點向下并遠離防喘線，一部分風量通過防喘閥放風，同樣也使風機的工況范圍縮小。EPU控制允許工況點接近并達到防喘線，因此，在操作的時候，根據高爐的需求調節靜葉角度，工況點沿防喘線移動達到需要的壓力，此時防喘閥完全關閉或打開很小的角度，節約了以往被放空的風量，產生利潤空間。兩種操作方式的對比效果見圖3。

常規操作方式：打開防喘閥，使工況點遠離防喘線，造成放風浪費。

圖3 兩種操作方式的對比效果

3 防喘振控制改進

針對原設計時鼓風機組設定防喘線偏低，風機安全運行預留裕度較大這一問題，2013年5月對機組進行喘振試驗標定，分別在四個不同靜葉角度（30.0°，40.0°，50.0°，60.0°）下進行喘振性能試驗，根據喘振試驗參數設定喘振曲線，并對防喘振性能曲線重新標定，把升級后的EPU控制程序加載到PLC中，提高靜葉40°～50°時防喘振數值，進一步擴大了風機運行工況范圍。

3.1 改造前防喘振控制

根據鼓風機性能測試實測出的風機喉部差壓（ΔP）與排氣壓力P的函數關系得出風機的特性曲線和喘振曲線，在計算機控制中設定了喘振調節報警、喘振調節、喘振預報、喘振四個函數發生器。為確保風機安全運行，在實際運行中我們將喘振線平行下移4%得出喘振預報線、喘振線平行下移8%得出喘振調節線，喘振線平行下移10%得出喘振調節報警線，喘振線為實際發生喘振線的99%，以上為喘振四條線控制（見圖4），其中A線為喘振線，B線為喘振預報線，C線為喘振調節線，喘振調節報警線在操作員站畫面上未標出，只報警不顯示。

圖4 改造前喘振曲線

3.2 改造后防喘振控制

根據機組喘振試驗參數重新標定防喘振曲線，制作喘振線（A線），喘振線下方6%為喘振調節線（B線）。改造后，建立了科學合理的風機性能溫度補償曲線模型，使風機性能曲線隨季節溫度變化進行動態補償，以保證風機隨時可以找到真正的運行極限。具備穩定、快速的風機防喘振控制響應，EPU節能技術控制軟件舍棄了原有的風機防喘振PID調節模式，充分利用PLC建立快速和精確的控制算法，快速響應意外情況，在工況點距調節線30 kPa時動作，而在快速響應的同時，根據實際工況變化的趨勢，快速趨于穩定，有效地避免了常規調節所引起的雙向震蕩和超量調節造成風機和高爐送風壓力波動大等故障，由此也實現了風機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

（1）防喘振控制程序采用更為科學合理的補償計算方法，更為精確的仿真和更加完善的防喘振調節功能，同工況（送風壓力、送風流量）下，靜葉角度較原來降低3°～5°，防喘閥開度則由15%降到0%，運行中不發生放風現象，汽輪機蒸汽耗量明顯降低；

(2)改造后，防喘控制改為雙線控制，提供了更安全的運行狀態及更為節能的操作方式，可以使運行工況點靠近調節線運行，在風機及后序工藝管網不發生大范圍變化時，防喘閥開度保持不動，消除了風機保護與工藝管網之間的矛盾，保護了風機和高爐的安全運行。

3.4 改造前后喘振控制曲線參數(見表1)

4 改造效果

EPU技術改造前后數據顯示，汽輪機平均蒸汽單耗同比由3.25 t/萬m3降至3.09 t/萬m3，按360天運行計算，年供風量為205920萬m3，蒸汽按100元/t計算，則每年減少用蒸汽費用為：

N=Q×(U1-U2)×100÷10000

式中：N—年節約蒸汽費用，萬元。

Q—年供風量，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 結語

通過對高爐鼓風機EPU防喘控制系統改造，使風機性能曲線隨季節溫度變化進行動態補償，實現了風機和高爐工藝的整體安全性能的提高，拓寬了風機運行工況范圍，使在同等風壓下靜葉角度在原來的基礎上降低了3°～5°，防喘閥開度則由15%降到0%，有效地緩解了機組運行中的放風運行現象，汽輪機耗蒸汽流量顯著降低，節能效果顯著。

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#鼓風機改造前后喘振控制曲線參數

TH44

B

1006-6764（2015）09-0043-04

2015-05-06

王宏軍（1969-），男，碩士學位，現從事冶金行業熱能動力系統管理工作。