助燃风机节能技术的优化

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摘要：针对新钢热连轧厂1#、2#加热炉燃烧系统两台并联运行的供风风机，由于所需风量和风压发生变化时，会影响调节阀进风大小，造成助燃空气过剩，浪费了大量的能源，本文对风机负荷平衡进行了技术攻关，重点是调整风压的调节程序及风门开度前馈控制。经过攻关，达到了预期的节能效果。

关键词：双风机并联运行；风压控制；变频器

新钢集团公司热连轧厂1#、2#加热炉燃烧系统，设计由两台风机给1个加热炉供风，共4台风机。系统采用风机进风口调节风压和风量的设计。1#、2#加热炉燃烧系统每台风机的出风口都设置有1个电动切断阀，当风机停用时自动关闭，以防止空气倒灌入风机，而需要风机启动时又能快速打开。原加热炉燃烧系统所需风量和风压发生变化时，由助燃风机的入口调节阀对系统风量和风压进行调节，因为风机为工频满负荷运行，依靠调节阀控制进风的大小，仍然会引起助燃空气过剩，造成燃烧不充分，只能进行放散，不仅浪费了大量的能源，而且对大气也造成一定的污染。

1存在的问题

2015年公司为减少能源浪费，对助燃风机进行了变频器控制系统改造，引进了广州智光公司的“高压智能变频节电系统”，对热连轧厂2座加热炉助燃风机进行了节能改造，该产品运用“功率裂变”与高压“再生”技术，主要应用于风机、泵类负载场合。但这次设备技术改造完成后，试生产就发现不能满足节能要求，当变频器控制系统对风机进风口调节风压和风量时，热负荷一波动，风机就出现串风、喘振现象，根本无法根据风压进行频率自动调节，为了维持生产，热连轧厂只能把变频器的频率一直设定在50Hz上运行，改造项目迟迟无法投入运行。

2问题分析

（1）两台型号相同的风机并联后，最大风量可达到两风机总风量的90%左右。风机的性能曲线和管网特性曲线的交点称为工作点，风机运行的工作点应该在稳定的区域，两台性能相同的风机并联工作，他们的性能曲线可能基本相同，但它们的管网特性曲线也非常重要。分析发现，1#风机的直管段比2#的长4米多，2台风机的管网特性不相同，风机的工作点相差很大。两台性能相差很大的风机并联工作，容易引起倒灌和喘振现象。如图一所示。图一助燃风机工艺图（2）助燃风机采用变频调节风机风量，对于离心式风机来讲，风机的风量与转速成正比，风机的风压与转速的平方成正比，风机的轴功率与转速的立方成正比。如果风机转速降一倍，提供的风量也降一倍，风压会变为原来的1/4，转矩将变为用来的1/8。转矩减小将使风机运行的工作点进入不稳定区。图二中所示的曲线1在低速时的负载转矩比额定转矩小很多，如果用风量大幅度调整必然会引起风机进入性能不稳定区。

3两台风机负荷平衡攻关经过分析

2台风机并联运行，只要是热负荷发生变化（特别是变小），两台风机各自的工作点就发生变化，进入到不稳定区。压力高的风会向压力小的风机一边倒流，使能力小的风机不但不能送风反而灌风，因而依靠频率PID调节风压就显得太单调，不能满足工艺控制要求了，因此我们采取了以下攻关措施对风机负荷平衡进行了攻关。（1）修改风压自动调节程序，根据燃烧所需风量，进行速度分程控制（见表一）。表一风量与风压给定值对照表在热负荷不同的情况下，单纯运用风压控制不能满足控制要求，还需要考量用风量，把各段支管的风量进行累加作为总的用风量。用风量不同，变频器风压PID调节自动调节的给定也不同，同时用风量也作为入口风门调节的依据。（2）对各烧嘴助燃空气阀位的手动给定进行斜坡控制。加热炉操作人员习惯在减风过程中，直接把阀位由90%减到10%，这样会引起用风量和风压激烈波动，自动控制系统无法正常调整过来，从而打破了2台风机的负荷平衡状态。只要在程序中把空气阀位的手动给定进行斜坡控制，在不影响操作人员习惯的基础上，减少人为操作引起的激烈热负荷变化，风压控制的扰动减小，系统更加稳定。（3）风门开度前馈控制。在急剧减风情况下，风机容易产生憋压和灌风，这就需要应用入口调节阀的开度进行前馈控制，用风量一减少就直接把风门开度调到设定值（见表二），不需要经过自动调节系统，提高了响应速度。表二风量与入口调节阀开度对照表通过控制程序的优化，对用风量的变化率进行监控，用风量一减少就直接把风门开度调到对照表中的设定阀位，不需经过PID计算，提高了响应速度。控制入口阀门的大小直接就控制了风量和风压，避免风机的工作点运行到不稳定区。正常工况下，变频器和调节阀都在PID调节。（4）风压的过程值和给定值都经过开方处理后，作为转速PID调节的给定和过程值进行控制，控制的精度更好。（5）对P参数进行量化给定，当热负荷的变化率不同时P参数也不同。

4结束语

在冶金系统耗能设备中，针对不同的工艺情况做到精细化控制，生产效益就有很大的提升空间，加热炉双风机变频器改造后通过控制系统优化，节能效果达到40%，实现了节能改造的预期目标。

作者:蔡建辉 黄光辉 陈卫军 王淑华 单位:新钢集团公司

参考文献

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