高爐羅茨鼓風機控制系統的設計與應用

高爐羅茨鼓風機控制系統的設計與應用

山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，贏得了市場好評和認可。

高爐羅茨鼓風機控制要求
高爐羅茨鼓風機的主要性能參數有送風量、排氣(出口)壓力、轉速、靜葉角度、效率等。描繪這些參數之間關系的曲線稱為特性曲線。從喘振邊界到阻塞線的范圍稱為穩定工況區,高爐羅茨鼓風機必須在穩定工況區內工作。高爐羅茨鼓風機控制和保護系統的主要作用是保證高爐正常生產所需的風量或者供風的壓力,并確保高爐羅茨鼓風機長期、安全的運行,其具體內容和要求隨高爐羅茨鼓風機及驅動裝置的形式而異。大、中型高爐的高爐羅茨鼓風機一般應設置有以下幾種控制:保持給定風量不變的定風量控制,保持供風壓力不變的定風壓控制,防止高爐羅茨鼓風機發生喘振、逆流、轉子軸溫超限、轉子軸位移超限、轉子軸振動超限等保護功能,為維持系統正常工作的輔助設備控制功能等。
控制系統結構設計
由于全靜葉可調式軸流壓縮機屬于大型高速旋轉設備,用于高爐送風時被稱做“高爐心臟”設備,它的運行狀態將直接影響高爐的生產。因此,高爐壓縮機控制站硬件選用西門子S7-400系列高端PLC,該系列PLC具有高可靠性、強大的運算能力、完善的自診斷功能、強大的聯網能力,具有CPU冗余能力等功能。工程師站(ES)和操作員站(OS)選用西門子工業PC機并在WindowsXP下安裝西門子WinCC人機界面平臺軟件、西門子工業以太網卡CP1613;監控站完成畫面調用、參數修改設定、趨勢記錄、報警,報表生成與打印等功能。交換機選用西門子工業以太網交換機OSM-ITP62。
重要功能的實現
定風量/定風壓調節系統
全靜葉可調式軸流壓縮機的葉片組由多級旋轉葉片和若干級靜止葉片組成。靜葉可調是指靜葉角度可以通過控制系統來調整。軸流壓縮機對風量或風壓的調節是通過調整壓縮機靜葉角度來實現的。靜葉角度調節回路是由內環控制和外環控制形成的串級回路組成,如圖2所示。
在壓縮機從啟動、增速、加載到運行過程中,隨著壓縮機工狀態的變化,控制回路在定風量、定壓力、手動、自動狀態間進行切換,這些狀態的切換在任何條件下必須是沒有擾動的,通過軟件內部的無擾動切換功能,使操作人員感到輕松隨意,消除誤操作的顧慮。
防喘振控制
由于喘振的根源是由于排氣壓力過高引起的,機組發生喘振時對應的排氣壓力稱為喘振壓力。防喘振調節的關鍵是防喘振控制曲線的設定,它不但會影響羅茨鼓風機的安全程序,而且也會影響羅茨鼓風機的運行范圍和能量放空,是防喘振控制系統中的控制調節核心。防喘振控制曲線由空氣壓縮比、吸風溫度、靜葉位置、轉子轉速和羅茨風機出口風量組成。
在羅茨風機準備投入運行時,由制造廠對羅茨風機做羅茨風機特性試驗和喘振試驗。根據實測出的羅茨鼓風機喉部差壓(DP)與排氣壓力P的函數關系即可得出羅茨風機的特性曲線和喘振曲線。
全靜葉可調式軸流壓縮機的喘振點都采取現場實測獲得,即在不同的靜葉角度下,測量對應的喘振壓力,一般至少測量5至7點。將測量的點用折線連接即可繪出橫坐標為喉部差壓,縱坐標為排氣壓力參數的曲線,稱為該機組的喘振線。將喘振線縱坐標參數下移5%-10%得到該機組的防喘振線。防喘振線如圖3所示,圖中防喘振線②是將喘振線縱坐標參數下移5%得到的。

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