高炉鼓风机防喘振控制方法的研究

摘 要：高炉鼓风机作为高炉设备中的一个重要的核心设备，其工作的安全性和稳定性对整个系统的工作效率影响很大。而鼓风机的喘振现象，是其工作异常时常见的一个表现形式。本文在简要分析高炉鼓风机喘振发生机理及其影响因素的基础上，对防喘振控制设计的相应方法进行了研究。

关键词：高炉鼓风机；喘振机理；控制方法

1. 前言

高炉鼓风机作为高炉炼铁设备中的核心动力设备，是保证整个炼铁工作正常的主要动力来源。其主要的工作任务是为高炉冶炼提供连续稳定的热风，保证内部原料的充分反应。高炉入口处的自然空气首先经过鼓风机压缩做功，形成高压气流。然后这些气流再由热风炉加热到1300℃左右，通过高炉炉腹下的环型风管进入高温反应炉。在这一过程中，高炉鼓风机的工作性能对进入高温反应炉气体的状态影响很大。如果鼓风机发生喘振或鼓风异常现象，高炉内的热化反应将不能正常进行，炉内的原料将失去热化反应产生的支持力作用。这会造成上层的原料塌陷，而炉底的铁水和残渣在压力作用下会四处飞溅，严重时堵住风口及进料口，从而引发事故。本文在对高炉鼓风机喘振发生机理及其影响因素进行简要分析的基础上，对防喘振控制的相应方法进行了研究。

2. 高炉鼓风机喘振发生机理

一般来说，高炉鼓风机鼓风出现异常主要表现在两个方面：一是气动异常现象，这主要是由于高速气体周期性压力变化导致鼓风机叶片出现的不稳定振动。这可以分为旋转失速和喘振两种。二是叶片和气体的耦合颤振现象，其中叶片既自身具有一定频率的振动，同时其与气体周期性的压力进行耦合，使鼓风机叶片的振动情况更加复杂而不稳定。一般来说，实际工作中高炉鼓风机发生喘振异常现象的情况还是非常普遍的。喘振发生的原因主要是由鼓风机和风管网中的气体振动产生的。当高炉鼓风机的工况发生改变时，风管中的气体流量会突然减小。此时风机轮虽然还在旋转，但由于气体流量的降低，其无法通过做功来增加气体的压力。这会造成鼓风机出口的压力急剧降低。而由于气体压力传递的滞后性，连接网管中气体的压力并没有马上随之下降。这就会出现网管中气体的压力大于鼓风机出口的压力的情况，网管中的气体将倒流向鼓风机。直到两者的压力平衡后，这种倒流才会停止。此时鼓风机才会正常工作，继续向网管输送高速压力气体。但当网管中的压力持续升高时，鼓风机正常的供气动作又会受到阻碍，气体又倒流回鼓风机。当这种状况持续反复发生时，整个鼓风机网管系统就会出现周期性的气体低频振荡现象，引发鼓风机的喘振。

3. 高炉鼓风机喘振的影响因素

3.1进气口气体温度的影响

进气口气体的温度对鼓风机的工作状态影响较大。当其他因素不变时，鼓风机的进气温度变化会直接影响其最终输送的气体压力。考虑到鼓风机对输入气体的做功量都是固定不变的，当进气口气体的温度较低时，同样的压缩做功，鼓风机出气口的压力值相对较高，此时鼓风机的喘振线发生上移；反之，出口压力值下降，喘振线下移。

3.2进气口气体分子量的影响

鼓风机进气口气体分子量也会对喘振线的位置造成影响，其大小主要与进气口混合气体中各气体的成分和比例有关。当其他因素不变时，鼓风机进气口气体的分子量越大，则出气口的压力越高，此时鼓风机喘振线的位置也将上移；反之，分子量越小，出气口压力越低，喘振线位置下移。

3.3进气口压力的影响

鼓风机喘振时，对进气口气体的压力大小变化十分敏感。在正常工况下，鼓风机进口气体的压力和速度都十分平稳，两者振动的幅度较小。而喘振发生时，如果进气口的气体压力较大，则喘振形成的压力也较大，喘振线位置上移；反之，进气口的气体压力较小，喘振线位置下移。

4. 高炉鼓风机防喘振控制方法

目前，对于高炉鼓风机防喘振的控制方式主要有两种：进口节流调节、出口节流调节等。其基本原理就是通过改变鼓风机的工作性能曲线或者改变网管性能曲线，来实现对喘振线位置的调节和控制。

①进口节流调节：该方式主要是通过在鼓风机进气口处安装调节阀来控制进气压力，以实现对鼓风机工况点的调节。防喘振控制系统通过对比当前鼓风机入口处的气体压力、流量和温度，与系统模型中预定的参数是否一致，来控制入口调节阀的开度。当鼓风机处于正常工作状况时，入口调节阀阀口处于关闭状态；当鼓风机工况曲线接近喘振线时，则适当打开入口调节阀，增大入口气体流量，使鼓风机重新回到正常工况状态。

②出口节流调节：该方式与进口节流调节方法类似，主要区别是通过在鼓风机出气口处安装调节阀来控制出气压力，以实现对鼓风机工况点的调节。这种方法由于人为的在出气口增加阻力，降低出气口气体压力和流量，造成了一定的能量损失，因此不是一种经济的防喘振控制方法。

5. 结语

本文在对高炉鼓风机喘振的发生机理进行阐述的基础上，主要从进气口气体温度、进气口气体分子量、进气口气体压力等三个方面，对引起高炉鼓风机发生喘振的因素进行了分析。并从进口节流调节和出口节流调节两方面，对高炉鼓风机防喘振控制的相应方法进行了研究。

参考文献

[1] 戚学锋. 高炉鼓风机计算机控制系统设计与实现[D]. 西北工业大学 2002

[2] 赵世祥，陈赞华. 高炉鼓风机防喘控制系统的应用[J]. 冶金动力. 2009（03）

[3] 杨缨，陈奇福. 炼铁厂高炉1号鼓风机防喘振控制系统的改造[J]. 机电工程技术. 2007（04）.

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