风机防喘振系统在自动化领域的应用

1、概述 莱芜钢铁集团银前热电厂现有1#风机，其防喘振系统是利用了固定极限流量防喘振的自动化控制方式。自2005年9月份投运，经过几个月的生产运行来看，固定极限流量防喘振系统取得了良好的经济效益和环保效益。本装置结构简单、安全稳定。该系统在莱钢银前热电1#风机的成功应用，标志着防喘振技术在自动化领域提高到了一个新的高度。 2、风机喘振现象及原因 汽轮机在运行过程中可能会出现这样一种现象，即当负荷低于某一定值时，对高炉的正常送风输送遭到了破坏，热风的排出量时多时少，忽进忽出，发生强烈的振荡，并发出如同哮喘病人“喘气”的噪声。此时可看到热风送风出口的压力表、流量表指示大幅度波动。随之，汽轮机的机身也会剧烈振动，并带动出口管道、厂房振动，汽轮机将会发出周期性间断的吼响声。这就是我们所说的风机喘振，也叫飞动。风机喘振是安全运行最大的威胁。但是喘振是一般汽轮机固有的特性，它是由特性曲线呈驼峰引起的（如图1为在某一转速下汽轮机的特性曲线，它是风机的出口压力p2与入口绝压p1 之比（或称压缩比）和入口体积流量Q的关系曲线。 图1 离心式压缩机工作点 由图中可以看出，这种驼峰型的曲线具有极值点T。在极值点两侧压缩比与Q之间的关系是相反的。工作点建立在极值点右侧是稳定的，左侧是不稳定的。工作点的稳定与否是指热风输送系统在经受一个较小的干扰而偏离该工作点以后，系统能否自动返回到原来的工作点。因此引起汽轮机喘振的直接原因是负荷的下降，使工作流量QI 小于极限流量QP，从而使工作点进入到喘振区内。此外，还有一些工艺上的原因，也容易使工作点靠近或进入喘振区，引起汽轮机的喘振。 3、风机防喘振系统的自动化控制方案 由以上可知，在一般情况下，负荷的减少是汽轮机喘振的主要原因。因此要确保风机不出现喘振，必须在任何转速下，通过风机的实际流量都不小于喘振极限线所对应的极限流量QP。根据这个基本思路，莱芜钢铁集团技术人员采取风机的循环流量法。即当负荷减小时，采取部分回流的方案，即满足了工艺负荷要求，又使Q>QP。目前，银前热电厂1#风机采用了固定极限流量防喘振控制。 方案的实施：让风机通过的流量总是大于某一定值流量，当不能满足工艺负荷需要时，采取部分回流，从而防止进入喘振区运行。图2所示为固定极限流量防喘振控制的实施方案。在风机的吸入气量Q1>QP时，旁路阀关死；当Q1 图2 固定极限流量防喘振控制方案 固定极限流量防喘振控制方案设定的极限流量值QP是一定值。正确选择QP值，是该方案正常运行的关键。对于风机处于变转速的情况下，为保证在各种转速下，风机均不会产生喘振，则需要最大转速时的喘振极限流量作为流量控制器FC的给定值。固定极限流量防喘振控制具有实现简单，使用仪表少，可靠性高的优点。当吸入气量小于设定的固定极限值时，旁路阀打开，部分气体回流。 4、风机防喘振的应用实例 山东莱芜钢铁集团银前1#风机的防喘振系统是由用两个气动调节阀和一个电动放空阀构成了一个防喘振自动化控制系统，利用风机进风温度对吼部压差进行温度补偿以后，再用防喘线进行线形化，同时下浮10%作为喘振预报警戒线，下浮5%作为喘振的调节线，作为防喘调节的设定点，风机排风压力作为防喘调节的测量值。当发生喘振（排气压力高于防喘线），防喘阀动作，直至喘振现象消失；当出现持续逆流时，防喘阀全开、静叶全关（22o）进入安全运行状态。当故障停机时，防喘阀全开，静叶全关22o（图3为防喘振系统工艺图）。 图3 防喘振系统工艺图 5、结语 银前风机防喘振系统采用本设计装置，使系统具有可靠性并保持它的最佳性能。本防喘振调节阀系统特点是：保护压缩机，起动和停车时能够敏感的控制。整个气路的功能在正常情况下实现精确的阀位控制，快开慢关；在紧急情况（失气、失电）下快速打开阀门以保护风机。经过实际投运，系统运行稳定，控制效果良好。 参考文献： [1]翁维勤 周庆海 过程控制系统及工程 化学工业出版社 1996年 [2] 孙优贤 锅炉设备的自动调节 化学工业出版社 1982年