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煤气鼓风机自动调节的探索

文档作者：李勇勤王立柱文档来源：鞍钢集团鞍凌钢铁有限公司		点击数：	更新时间： 2021年03月11日
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使用与维护 ． 第3l卷2013年第2期(总第164期)
· 使用与维护·
煤气鼓风机自动调节的探索
李勇勤王立柱
(鞍钢集团鞍凌钢铁有限公司设备保障处朝阳 122000)
[摘要】介绍了焦炉集气管压力自动调节系统的应用，这样既稳定了焦炉集气管的压力，又达到了节能降
耗的目的。
[关键词】煤气鼓风机焦炉集气管 自动调节
Exploration on Automatic Regulation of Gas Blower
LI Yong-qin，WANG Li-zhu
(Equipment Support Department ofAnsteel An—Ling Iron&amp;amp;Steel Co．，Ltd．，Chaoyang 122000)
【Abstract]Introduce the application of automatic pressure regulation system in the coke oven gas
collector．The pressure of coke oven gas collector is stabilized，and also the purpose of energy saving and
consumption reducing is attained．
【Key words]Gas blower，coke oven gas collector，automatic regulation
1 工艺概况
鞍钢集团鞍凌公司焦化作业区于2010年8月
投产，两台D1250鼓风机一用一备，现用于1号、2
号两座焦炉的煤气输送，在正常生产情况下煤气
发生量35000—45000m ／h。工艺上除液力耦合器
调速和手动循环管阀门调节外，再没有其他用于
吸力调节的装置。投产后，发现液力耦合器投入
自动调节后，鼓风机的转速波动太大，并且出现严
重的滞后调节和超调，无法保证正常操作，所以，
只能靠人工调节循环管阀门来控制吸力。由于煤
气发生不均匀以及各种间歇作业的影响，鼓风机
前吸力频繁波动且幅度很大，鼓风司机需要频繁
调节循环管阀门，不仅劳动强度大，而且很难保证
正常生产的需求。
另外，由于鼓风机转速的频繁波动，造成初
冷器前煤气总管的吸力大幅度波动，进而影响焦
炉集气管压力无法维持在适当范围内，使得焦炉
出现频繁冒烟的现象。在炼焦过程中，集气管压
力过低时，空气会进入炉体，导致焦炭燃烧，降低
煤气质量，如果大量空气吸人到炭化室及荒煤气
中，甚至会引起生产事故；当压力过高时，荒煤气
将从炉门、炉盖等处冒出，一方面可能烧毁炉门
铁件，污染环境，另一方面降低了荒煤气的回收
率。压力波动过大，还会对焦炉除尘系统造成不
利影响u 。
针对以上情况，需要对初冷器前煤气总管吸
力及焦炉集气管压力进行自动调节，来满足炼焦
工艺的需求。
2 影响因素
焦化工艺设定焦炉集气管压力在140Pa左右
(0～400Pa可调节)，煤气净化初冷器前煤气总管
吸力在一lkPa左右(调节范围一0．7—一1．3kPa)，这样
能够保证结焦末期炭化室底部不出现负压，焦炉
又不出现冒烟现象。
一般情况下，每个炭化室逸出的煤气是适时
变化的，由于炼焦操作的连续性，从理论上讲，整
个炉组产生的焦炉煤气量是均匀而稳定的，但实
际操作中，由于受到多方面因素的影响，焦炉集气
管内的煤气量和压力是变化的，只是变化的幅度
依时间的不同而不同。另外，鼓风机前的煤气净
化工序对煤气的阻力也不稳定，焦炉煤气用户的
使用量有时也产生显著的变化，这些都会使焦炉
集气管压力产生波动。由此可见，集气管压力和
初冷器前煤气总管吸力系统是非线性时变系统，
栏目编辑：陈振华
一3 一
第3l卷2013年第2期(总第164期) ．
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并且两者又存在着耦合关系，所以单纯调整集气
管压力或煤气总管吸力很难保证焦炉稳定生产 。
3 鼓风机自动调节实施方案
为满足工艺要求，针对原系统进行了一系列
改进。
3．1 更换液力耦合器执行器
在操作过程中，操作工需要通过液力耦合器
执行器的开度来调节鼓风机的转速，原焦化煤气
鼓风机液力耦合器执行器(型号为DKJ一210B／S，转
角时间25s)为工程施工时安装，此执行器灵敏度
很差。在现场操作时发现，当设定执行器的开度
变化值小于1．25％时，鼓风机的转速不发生变化，
也就是液力耦合器的勺管位置不发生变化；当设
定执行器的开度变化值大于1．25％时，鼓风机的转
速发生大幅度的变化(当执行器的开度变化值为
1．3％时，鼓风机转速变化在50～60r／min)。这样就
造成当岗位人员需要通过调节鼓风机转速来控制
初冷器前煤气总管吸力时，初冷器前煤气总管吸
力发生上下震荡，不利于焦炉煤气压力的稳定。
针对这种情况，首先更换了备用鼓风机液力
耦合器的执行机构(4800一M—mac—Dsco—H)，并进
行离线调整。通过调整，此执行器的灵敏度在
0．5％以内，鼓风机转速的调节精度在20drain以内，
基本能够满足煤气鼓风机手动调速的要求。这样
通过调节鼓风机转速来控制煤气总管吸力，不需
要操作大循环管阀门，在降低岗位工人劳动强度
的同时能够减少煤气的回流量，节约一部分电能。
第一次改进后，通过手动调节鼓风机转速来
控制初冷器前煤气总管吸力，在一定程度上满足
了：【艺对压力的需求。但人工调速存在很大的滞
后和不确定性，岗位工人经常在压力报警后才开
始对鼓风机转速进行调节，对生产的稳定存在很
大的制约。
3．2 炉顶集气管PID参数的整定
由于焦炉炉顶集气管压力与初冷器前煤气总
管吸力存在耦合关系，导致这两个调节回路间的
压力调节相互制约，所以要实现煤气鼓风机转速
(控制初冷器前煤气总管吸力)的全自动调节，首
先需要保证焦炉炉顶的集气管压力保持相对稳定
(10()～180Pa)。
由于焦炉炉顶集气管压力及初冷器前煤气总
一4 一
使用与维护
管吸力的变化是非线性和时变的，所以建立这两个
系统的控制模型几乎是不可能的。PID控制在使用
中不需要系统的精确模型等先决条件，而且PID控
制的参数较易整定，并且PID的参数 ， 和 可以
根据过程的动态特性及时整定，如果过程的动态特
性发生变化(例如：由于负载的变化引起系统动态
特性变化)，PID参数只需重新整定即可。因此，使
用PID控制是最合理的控制方式 。
鞍凌公司焦化区域使用的上位机控制系统为
浙大中控开发的DCS系统，该系统提供单回路控
制模块BSC(基于PID控制算法)，在应用中只需调
用BSC模块，设定好被控量(P 、控制量( )及
给定量(5 后，便组成了基本的PID控制系统。
调试过程只需要对算法的比例(K)、积分( )和微
分( )进行整定便可实现系统的自动调节功能。
根据以上分析，先对焦炉炉顶集气管(分四
段)压力进行参数整定，观察炉顶集气管压力稳定
在100～180Pa24h后，将煤气鼓风机转速调节功能
投入自动，通过24h的观察，初冷器前煤气总管吸
力稳定在一0．9—一1．1kPa之间，达到了预期的调节
效果。
3．3 设定集气管压力上下限
第二次改进煤气鼓风机稳定运行三个月后，
岗位工人又发现鼓风机转速出现大幅度波动的现
象。并且通过多次调整PID参数也不能达到稳定
运行。此次变化是由生产节奏加快导致煤气量持
续波动及执行器机械间隙引起调节滞后造成的。
针对这种情况，通过对焦炉集气管压力与初冷器
前煤气总管吸力之间关系的调查，发现初冷器前
吸力维持在一定范围且变换缓慢时，集气管压力
的变换幅度是比较小的。因此，没有必要把初冷
器前吸力控制在一个精确的给定值上。新的改进
方法是根据集气管压力的实际需求，设定比较合
适的上下限 1，当吸力超过范围时，则通过转速自
动调节使吸力回到设定范围内，允许吸力在该范
围内自由变化。
通过对液力耦合器执行器滞后现象的观察，
发现鼓风机转速调节滞后的主要原因是由于勺管
执行机构存在间隙，当调节输出值 比实际反馈
值船 大于0．5％或小于0．4％时，执行机构才开始
动作。鉴于以上观察结果，首先确定初冷器前吸
[下转第8页]
第31卷2013年第2期(总第164期)
(3)体积庞大。由于采用的是空心电抗器，而
且滤波装置容量大，硅塔的安装需要专门的厂房，
而且硅塔需要水冷装置，诸多原因导致传统SVC
的占地面积非常庞大⋯。
6．2．4 新型SVC的特点
随着控制技术的不断发展和对电抗器工艺与
结构的突破性改进，在克服了传统饱和电抗器响
应速度慢、损耗大、噪音大、谐波大等缺点之后，一
种基于磁阀式饱和电抗器的新型SVC装置在具备
了响应速度快特点的同时，克服了传统SVC的诸
多缺陷，成了传统SVC的替代产品。与传统SVC
相比，这种新型SVC最主要的特征就是SCR安装
在控制回路而不直接安装在主回路中，SCR所需要
承受的电压仅为主回路的l％左右，正因如此，新
型SVC具有极高的可靠性。归结起来，新型的
SVC装置具有以下显著特点：
(1)极高的可靠性。
(2)较低的谐波含量，三相角接系统的电流
THD小于5％，符合国家规定的相关标准。
(3)体积小，可调电抗器部分体积仅为传统
TCR(无功补偿)的1／5左右。
(4)响应速度快，可以达到20ms左右。
常好，是无功补偿和谐波治理的首选。
使用与维护
7 结束语
随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统
中谐波问题越来越严重，一方面造成了电力设备
的损坏，加速绝缘老化，另一方面也影响了计算
机、电视系统等电子设备正常工作。因此，谐波问
题不但涉及供电部门、电力用户，而且对设备制造
商也提出了更高的要求，谐波问题已引起了人们
的高度重视。应合理规划电网，电力电子设备(特
别一次设备)在制造时应考虑如何抑制谐波，电子
设备、电子仪器应满足电磁兼容性要求。
参考文献
『11耿毅．工业企业供电．北京：冶金工业出版社，1991：
302-326．
【2】刘介才．实用供配电技术手册．北京：中国水利水电
出版社．2002：12-16．
『3]GB／T 14549—93 电能质量．公用电网谐波
[4】叶青，徐政．电力系统间谐波及其检测方法综合分
析，浙江大学电机系，2007．
[5l中国自动化网，电力系统谐波分析，http：／／www．
ca800．~om，2007．
从目前应用看，新型SVC在冶金企业前景非 (2012—08-14收稿)
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[上接第4页]
力的上下限范围，当初冷器前吸力低于下限时，令
MV=PRV+A，A的取值大于0．5％，使鼓风机直接
升速进行吸力调整。等待一段时间后，如果吸力
已升到规定范围内，则转入PID自动调节，如果吸
力仍然低于下限，则继续以上调节。反之，如果初
冷器前的吸力高于上限，应用同样的方法进行调
节。
4 应用效果
上述控制方案实施后，再结合鼓风司机适时
地调节循环管阀门，基本上能适应焦炉集气管的
一8 一
调节，取得了一定的经济和社会效益。
参考文献
⋯1张继青．焦炉集气管压力自动调节系统的应用．山西
焦煤科技，2004．
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『31李利兵，阎以生，高永俊．鼓风机液力耦合器的控制策
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【41高忠仁．焦炉集气管压力与鼓风机综合控制系统．冶
金自动化．2009．
(2012-12-11收稿)

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