石钢公司轴流压缩机EPU应用实践

石钢公司轴流压缩机EPU应用实践

李 绅  时永海

（石钢公司炼铁厂  河北  石家庄  050000）

摘  要：高炉鼓风用轴流压缩机是炼铁过程中的核心动力设备，其工作性能与稳定性对高炉生产至关重要。在高炉风机控制策略中，采用科学、先进的控制方法，不仅可以更有效地保证机组的安全和稳定，同时可以使风机性能范围有所扩大，在提高风量的同时尽最大减少不必要的放风能耗，对高炉安全稳定和节能降耗起到显著的促进作用。研究EPU（Economy&Performance Upgrade）对高炉风机喘振控制实践，实现了对高炉鼓风机安全稳定运行，减少了鼓风机放风量，促进风机节能降耗，改善了铁前成本电耗指标。

关键词：轴流压缩机；EPU；防喘线；喘振控制；节能降耗

Application Practice of EPU in Axial Compressor of Shi Steel Company

Li Shen，Shi Yong-hai

(Shi Steel Company，iron works,shijiazhuang,hebei,05000, author: Li Shen,E-mail: lishen_1986@126.com)

Abstract：The axial flow compressor used in blast furnace blast blast is the core power equipment in the process of iron making. In the blast furnace fan control strategy, the scientific and advanced control method can not only guarantee the safety and stability of the unit, but also expand the performance range of the fan, while increasing the wind volume and minimizing unnecessary air discharge energy consumption, play a significant role in promoting the safety and stability of the blast furnace and energy conservation. In this paper, we study the control practice of EPU(Economy & performance Upgrade) to blast furnace fan surge, realize the safe and stable operation of blast furnace blower, reduce the amount of air discharge, promote energy saving, improve the pre-iron cost consumption index.

Key words：Axial flow compressor; EPU; Airline; Strain control; Energy conservation

1 前言

高炉是钢铁企业的核心设备，高炉鼓风用轴流压缩机是重要的动力装置，压缩机的工作状况直接影响高炉的产量和质量。目前国内的高炉压缩机控制方式，采用的是运算灵活的PLC（可编程控制器）。硬件的控制技术不断发展，而软件的控制方式发展相对滞后，从最初的仪表控制中采用PID调节，折算计算机等简单的运算，虽然有所改进，但是整体的控制工艺，尤其是风机控制核心功能——防喘振控制并没有较大发展。为了满足高炉的工艺要求，对高炉鼓风压缩机的控制将更加严格，在高炉鼓风压缩机控制策略中，采用科学、先进的控制方法，不仅可以更有效地保证机组的安全和稳定，同时可以使风机性能范围有所扩大，在提提高风量的同时尽最大减少不必要的放风能耗，对高炉安全稳定和节能降耗起到显著的促进作用。研究EPU（Economy&Performance Upgrade）对高炉风机喘振控制实践，实现了对高炉鼓风机安全稳定运行，减少了鼓风机放风量，促进风机节能降耗，改善了铁前成本电耗指标。

2 炼铁厂现有风机状况

2.1 高炉鼓风机配置状况

石钢公司炼铁厂现有5台高炉鼓风机，其中3台AV系列的轴流压缩机，2台离心风机，正常使用3台，两台备用。每月电耗占整个炼铁工序70%左右。由此可见，对于炼铁厂来说，在高炉鼓风机上降低电耗空间较大。

2.2 风机运行现状

以石钢同轴BPRT机组中，高炉鼓风轴流压缩机AV56-13来说，该风机为石钢2#1080m3高炉送风，机组年平均设计供风流量为2765m3/min，年平均大气压力0.098Mpa（A），入口温度14.6℃，出口压力0.48Mpa（A）。正常工况下，送风流量为：2400~2600m3/min，送风压力0.360~0.370Mpa。高炉正常生产过程中，为了保证压缩机的正常运转，风机喘振阀始终保持16%~28%之间的开度，始终控制工况点距离防喘线有一段距离，这样是保证了机组的安全，但是造成风机风量有一部分被放空。分析风机放空运行原因，在于工控点靠近防喘调节线时，担心风机因快速进入喘振区而造成工况震荡发生放风事故发生。同时也不希望因工况点撞到防喘线而进入防喘振调节动作，该动作会在正常送风时引起管道压力波动。为了安全生产，人为控制喘振阀一定开度，配合静叶角度，使工况点向右移动（如图1常规调节方法），远离防喘调节线。另外固定防喘线的作用，使控制系统不能准确预测喘振点，这样会形成事故隐患，为了确保安全，也需要人为将防喘阀打开一定角度，使工况点远离防喘线，同样也造成一定的能量损失。

3 改造工作内容

3.1 改造前分析

   针对当前防喘振定为不准，不能反应真正的性能极限；工况点接近防喘振线的时候快速放空，造成管网压力突然间波动；调节过程采用PID调节产生震荡，出现事故隐患；防喘阀长期放空造成浪费；手/自动低选造成调节饱和。找出以上风机运行控制存在问题，从提高风机性能，节能降耗为目的，采用陕鼓公司研发的节能增效控制软件EPU（Economy&Performance Upgrade）可以很好的解决现状存在问题。该软件可以在不改变硬件配置的情况下关闭放风阀门，降低放风造成的能源消耗，并可以提高压缩机利用的性能空间，提高送风压力和流量。

3.2  EPU改造优点

3.2.1 更高性能空间和安全控制过程

由于EPU性能曲线分析建立的全新数学模型，在此基础上对每一条工况条件下的性能曲线作出精确补偿，得到可靠的性能曲线。有了准确可靠的性能数据，就可以将压缩机的性能发挥到最大，比起以往的固定性能曲线，效率至少提高10%。由此应用EPU控制软件，可以大幅提高压缩机可利用性能空间，给高炉带来更高的产量和更低的消耗。

我们熟知风机运行中最重要的是安全，这也是进行软件改造的最基本要求。EPU控制软件通过科学合理的控制算法，充分利用仿真的基础上增强了对安全性的考虑。大家知道风机的性能随着季节温度而变化，如图2，夏季和冬季分别用红色和蓝色表示。如果喘振测量在冬季，在目前补偿方式下，喘振线不变化，保持在冬季位置，当进入夏季时，实际喘振线已经到了红线位置，如果仍用冬季蓝线去调，工况点将很有可能进入喘振区域，而EPU控制软件中，科学的线性补偿将喘振线做出动态，保证随时可以找到压缩机的运行极限，保证了机组安全、高性能的工作运行。

图2  冬、夏季节喘振线

3.2.2更科学、合理的喘振调节

在防喘振调节方面，EPU控制技术摒弃了常规控制中多数采用的PID调节，采用自主研发的EPU调节模块。这个模块对工况点状况做综合计算分析，根据分析结果确定其危险性，并得出响应速度。同时还将工艺容量、阻力等因素作为参数进入调节模型中，有针对性的发出输出变化信号。这样避免了常规调节所引起的双向震荡和超量调节问题，可以实现慢速波动慢速调节，快速波动快速响应的特点。使工况点可以各加贴近防喘线，扩大可利用的空间范围。EPU调节响应分为快速、稳定响应阶段，在扰动产生的初期快速反应，确保风机工况迅速回调；稳定调节阶段，根据初始调节后的工况进行判断、预测并调节，确保调节过程的稳定性和安全性。

3.23节能、环保、降耗

常规操作控制时是尽量使工况点远离防喘线，避免撞到防喘线而造成快速大量放风。一般做法将静叶角度适当加大，然后喘振阀打开一定角度，使工况点向下并远离防喘振线，这样的操作必然会造成浪费，一部分风量通过喘振阀放空，同时也使得风机工况范围减小。EPU控制工艺允许工况点接近或贴线运行，因此操作的时候，根据高炉的需求调节静叶角度，工况点沿防喘线移动达到需要的压力，此时防喘阀完全可以关闭或在5%以下，因而节约了以往被放风的风量，减小静叶开度降低了电机电耗。操作对比见图3。

图3 操作对比

   压缩机在运行过程中，喘振阀的关闭或微开，消除原来放风时产生的大噪音，对环境有了良好的改善。

3.24 其它实用功能

除了以上重要功能外，EPU还有首发追忆、温度断线保护，变化率限幅和信号滤波、信息列表、自动报表、长历史趋势等功能，这些功能可以协助操作者对一些非正常状态进行分析，也可以避免误操作的可能性。

4 应用后效果

表1所记录数据是AV56压缩机改造前、后1个月内运行机组数据值。从统计数据可以看出，应用EPU控制软件操作后，风机工况运行工况发生了较大变化：风机静叶角度平均减小了15°，防喘阀位开度平均减小了27°，电机电流平均降低了85A，功率平均降了低了1470Kw.h，如果按每度电0.5元计算，每年减少的电耗为1470*0.5*24*350=609万。

表1石钢AV56压缩机EPU改造后喘振等参数

5 结语

从使用效果上看，高炉鼓风用轴流压缩机通过EPU控制软件实践后，实现了风机和高炉工艺的整体安全性能的提高，拓宽了

风机运行范围，简化了操作，有效的减低了喘振放风量，达到了节能减排的控制目标。在同类型高炉配套压缩机控制系统中，EPU

软件完全可以代替原来PID喘振调节控制模式，值得推广和广泛应用的节能、环保控

制技术。