車間通風設備_高爐鼓風機防喘振控制系統的改進　中企大舉挺進占

武鋼5#高爐鼓風站建于1990年，是武鋼首個電動鼓風機站。其電動鼓風機選用了型號為AG120/16RL6的軸流壓縮機，并選用了TURBOLOG EKU控制系統。以下簡要介紹一下該控制系統的原理和運行情況。

1　 TURBOLOG EKU防喘振控制原理

　　TURBOLOG EKU防喘振控制系統，它具有雙向保護功能，通過控制放風閥的開度，使風機始終運行在安全區域內，從而實現風機的防喘振控制。它由兩大部分組成：一部分為喘振的檢測及報警，另一部分為喘振的保護和控制。

　　喘振的檢測部分主要由EKU321喘振檢測器和繼電保護器保護系統組成，見圖1。

　　喘振檢測器檢測吸風差壓開關信號和吸風溫差信號，如果檢測到喘振信號，就發出控制信號給繼電器連鎖保護系統把放風閥全部打開，直到消除喘振。同時，喘振檢測器計數一次。

　　喘振的保護和控制系統由EKU180防喘振基本控制器，EKU110位置控制器和放風閥、吸風溫度、差壓和送風壓力變送器等組成，并將控制信號和測量信號串聯接在PLC和TIRBOLOG-GRAPH系統中，進行邏輯控制和顯示，同時對風機進行雙向保護，其系統方框圖見圖2。

　　從圖2看出，TURBOLOG EKU180與TURBOLOG EKU110一起，組成了風機喘振保護的閉環控制系統。EKU180防喘振控制器將檢測到的吸風差壓、排風壓力和吸風溫度與內部設定參數比較后，發出控制信號，通過信號分配器將控制信號分成三路同時給EKU110，EKU110通過與反饋信號進行比較，發出控制信號，控制放風閥的開度。與一般電液壓式防喘控制器不同的是，該系統采用了電液轉換式，圖3為EKU180防喘振控制器原理圖。

　　如圖3所示，EKU180防喘振控制器內共有三路偏差信號。一路偏差信號為實際送風壓力與設定壓力之比，該路信號可實現實際送風壓力不超過設定壓力，起到限壓作用；一路偏差信號為差壓Δp與通過FG函數發生器輸出設定Δpmin之比 , 該路信號可保證實際風量Δp不低于Δpmin,具體實施是通過FG來實現的。首先在FG上設定一個放風線，這樣，在每一個具體風壓下都有一個對應的最小Δpmin輸出，也就是FG輸入為p2 ，輸出為Δpmin。當Δp=Δpmin時，也就是工作點到達放風線位置時，此時偏差為零，防喘控制系統就準備動作，這就保證了風機始終運行在放風線右下方，即始終在穩定區范圍內運行；第三路偏差信號為手動設定與控制輸出之比，該路信號可實現控制系統手動亦能干預。MAX邏輯選用三路偏差信號中偏差最大的輸出給PI控制器，由它輸送位置控制器EKU110。TURBOLOG EKU110也是一個電液轉換的位置控制器，其電液轉換是通過一個具有伺服閥特性，在任意位置都能工作的電磁閥來完成的。圖4為EKU110控制圖。

　　控制器輸出電源信號在電磁閥中產生磁力，該磁力打破了原來與彈簧勢能之間的平衡，電磁閥中的滑塊開始移動，引起控制油口面積變化，使控制油流入或流出。同時放風閥控制活塞中的油流也相應變化，使活塞移動，放風閥動作，這使控制器的X（反饋值）發生變化，使控制器輸出回到原來值，電磁閥中的滑塊在彈簧力作用下又回到原來值，油路不通。放風閥在新的位置達到新的平衡，保證放風閥在新的位置不動。同時，位置控制器發出一個位置反饋信號，實現閉環控制。

　　防喘振控制及保護邏輯見圖5，機組啟動前放風閥強制全開，當圖中條件3和4滿足后，防喘振控制系統進入自動操作模式，放風閥自動關至最佳角度，同時放風閥手動調節生效。當圖中條件5、6、7中任何一項成立后，電磁閥動作，放風閥快速打開。

2 　EKU180防喘振控制器存在的問題及改進

　　熱力廠二鼓風的2臺電動鼓風機組1990年5#高爐投產以來，初期設備性能好，鼓風機保護系統穩定。經過十余年的使用，EKU180設備逐漸老化，設備的性能逐漸下降，鼓風機防喘保護系統已明顯不足。

2.1 　EKU180 防喘振控制器存在的問題

　�。�1） EKU180 內部元件老化，反應速度慢。且無備件可更換。

　�。�2）由于設備的老化，使鼓風機的放風線向下飄移，放風線飄移7%～10%，使風機的安全系數下降。

　�。�3）放風線的飄移使風機的效率降低，鼓風機長期放風運行，能耗大量浪費，損失嚴重。

2.2　 EKU180 防喘振控制器改進

　　在不改變鼓風機原防喘振控制系統原理的情況下，做局部改進。用沈陽創世達自動化系統有限公司生產的防喘振控制系統（簡稱ASCS控制系統）來代替EKU180防喘振控制器。

2.2.1　 ASCS 控制系統簡介

　　ASCS控制系統采用了先進的控制算法，它補償了分子量變化、溫度變化而造成的喘振點移動量，當喘振點向右移時，能及時打開防喘振閥，避免喘振；而當喘振點向左移時，控制線相應向左移，避免了回流（使安全區域增大）降低了能耗；ASCS控制系統采用了多段折線函數做為喘振控制線，使喘振控制線與喘振線幾乎平行，這樣，最大限度地擴展了鼓風機、壓縮機的安全運行區域，減少了過去采用單參數控制僅是一條直線而造成的不必要的回流，從而節約了能源。

　　ASCS 控制系統，考慮了各控制回路之間的干擾，采用了解耦技術，提高了喘振控制的精度，從而使鼓風機、壓縮機能安全地在接近喘振極限的操作點運行，拓寬了風機的安全運行區域，使風機的回流量減至最少，減少了能耗。

2.2.2　 措施實施

　�。�1）根據鼓風機性能，應用ASCS控制系統的邏輯運算功能制訂出風機的性能曲線。

　�。�2）建立放風控制線。由于ASCS控制系統在放風控制線附近進行閉環控制，需建立放風控制線。放風控制線在喘振線的右側，其直線方程為

　　　　　　Y=79.6875X+118.71875

　　式中Y為出口壓力（表壓）；X為喉差。

　　當壓縮機運行操作點在放風控制線右側時，ASCS控制系統的輸出為20mA，放風閥完全關閉；當壓縮機操作點到達放風控制線時，防喘振邏輯設計為打開防喘振閥；當操作點向放風控制線左側緩慢移動時，防喘振控制將以PID回路控制放風閥，使操作點始終在放風控制線處。

　�。�3）建立快開控制線。在喘振快開控制線處，ASCS控制系統實行開環控制。其直線方程為

　　　　　Y=79.6875X+204.78125

　　式中Y為出口壓力（表壓）；X為喉差。

　　它在放風控制線的左側，喘振線的右側，這對于較大的擾動是有效的。若防喘振控制無法將操作點保持在放風控制線右下方，操作點越過放風控制線向左移動。一旦操作點到達快開線處，防喘振控制系統將輸出一階躍信號，使放風閥瞬間開至預定開度，以達到消除和控制喘振的目的。

3 　系統實施效果

　　通過對TURBOLOG防喘振控制系統進行工藝改造，優化了系統工藝，解決了因設備性能下降使原控制系統操作不便的問題，提高了風機保護控制系統的穩定性、安全性，確保了高爐煉鐵生產的正常運行。經過半年多的運行檢驗，達到了生產工藝要求。

4 　經濟效益分析

　　實施改造后，減少了鼓風機的放風運行，提高了風機的運行效率，降低了鼓風噸鐵能耗。

　　在未改造前，由于放風線漂移，放風閥長期放風運行，電機負荷為29.4MW；改造后，放風閥可以全關運行，電機負荷為28.2MW。按0.6元/kW·h計算，則風機運行一年的經濟效益為（29.4－28.2）×1000×24×365×0.6=6307200元。

5 　結論

　　通過對TURBOLOG防喘振控制系統的工藝改造，提高了高爐鼓風機組運行的效率和安全性，獲得了可觀的經濟效益,工廠降溫設備，同時也為其它鼓風機組的防喘振控制改造提供了寶貴的經驗。

就在中國本土企業大舉挺進海上風電的同時，國外風機制造商們卻集體選擇了沉默。一頭熱一頭冷的現狀，背后緣由是什么？

　　10月13日，在2010北京國際風能大會上，華銳風電科技(集團)股份有限公司(以下簡稱“華銳風電”)副總裁陶剛高調宣布，其自主研發、并擁有全球知識產權的5兆瓦風電機組已于前一天(12日)出產，并且，在10月初公布的國內首輪百萬千瓦海上風電特許權招標中，由華銳風電提供設備的江蘇濱海30萬千瓦海上風電項目和江蘇射陽30萬千瓦海上風電項目中標，占總招標容量的60%。

　　當然，華銳風電只是國內風電整機制造商的一個縮影，金風科技也提出正在研發6兆瓦風電機組，并在海上風電特許權中中標20萬千瓦的大豐項目。此外，上海電氣與國家電網屬下的山東魯能以聯合體形式，中標江蘇東臺20萬千瓦潮間帶項目，中標機型為上海電氣3,負壓風機廠.6MW大型風電機組。

　　如果細心觀察，會發現中標者均為國內企業，而且力推的都是風電機組大型化趨勢。而在華的國外風機制造商們，如維斯塔斯(vestas)、恩德(Nordex)等七家主要外企均未參與其中。

　　2010年被稱為中國海上風電的元年，面對如此火熱的市場，本土企業在大舉挺進，外企卻集體沉默，一頭熱一頭冷的局面，背后是何緣由？

　　中企大舉挺進占領市場

　　海上風電的興起似乎比陸上風電更猛烈。這一輪海上風電的招標更是吸引了幾乎所有風電業主方和制造商們的目光。

　　招標結果基本上沒有懸念：濱海30萬千瓦的風電項目由大唐新能源中標，中標價0.737/千瓦時，由華銳提供風電機組；射陽30萬千瓦的風電項目由中電投中標，中標價0.7047/千瓦時，由華銳提供風電機組；大豐20萬千瓦風電項目由龍源中標，中標價0.6396/千瓦時，由金風提供風電機組；東臺20萬千瓦風電項目由魯能中標，中標價0.6235/千瓦時，由上海電氣提供風電機組。

　　當人們對如此低的價位表示質疑的時候，華銳風電副總裁陶剛的一種解釋聽起來似乎讓人易于接受，他說：“風險是有的，但這個決策很重要，企業的成功之道就是精準的預測，要有自己的市場定位和市場預測。正是由于中國企業的大批量生產和銷售，才使得四年來國外風電機組在中國銷售的單機價位降低了30%，這是有利于中國市場發展的,工廠車間通風降溫。”

　　不得不承認，在國產風電機組沒有起步的時候，進口風電機組的市場占有率極高，也就有著足夠的話語權。而隨著國產風電機組的興起，話語權重新被國內企業收回，風電機組降價成為了必然。在這次北京國際風能大會上，廠商云集，國內外整機制造商都紛紛亮出底牌，推出新機型，但是，當我國本土企業推出的機型單機裝機容量節節高升的同時，國外整機制造商卻一直力推小容量的風電機組。這就如同前幾天的海上風電特許權招標，結果顯示，沒有一家外企進入中國的海上風電領域。

　　“很多本土企業，比如華銳和金風，招投標時都是一個團隊去競標，我們就兩個人看看行情。”某外企銷售代表說，本土企業是沖著中標去的，而外企多是本著看看形勢的態度去觀摩。

　　對此，陶剛透露之所以沒有外企進入海上風電特許權招標項目，是因為當初做海上項目時，國外廠商提出五年內不能給業主提供任何數據，這些無法讓業主們接受，讓中標業主感覺自己像局外人。

　　于是，中國國產整機制造商看中了這個市場，大兆瓦機型逐步被推出。華銳也在推出5兆瓦風電機組的同時，提出6兆瓦風電機組的研發工作也進展順利，將于明年上半年下線。單臺5兆瓦風電機組，每年發電可達1000萬度電，相當于每年節約煤炭約4000噸標準煤，每年減排二氧化碳約8000噸。低碳的理念與將來國家承擔的巨大減排任務也成為中國風電整機制造商們迅速占領海上市場的動因之一。

　　外企用技術曲線進入

　　10月12日，全球最大的風機制造商維斯塔斯宣布在中國成立技術研發中心，并提出研究人員與世界接軌，據其中國區總裁唐瑪勒先生介紹，現在全球已經有2000多名研發人員，僅僅一兩年以后，中國技術研發中心人員規模就會占到全球研發隊伍的10%，并將會成為維斯塔斯在全球最重要的研發中心之一。

　　這是自去年在天津成立制造基地后，維斯塔斯的又一舉措，他們認為全球最好的市場在中國，而中國現在不缺錢，缺的是技術轉移，要變“中國制造”為“中國創造”，這樣才能進入中國市場。

　　應該說，維斯塔斯是在中國境內最活躍的國外制造商之一，動作頻頻，在上海設立了全球采購中心辦事處，幫助中國培養和發展了一批具有全球競爭力的配件供應商，在呼和浩特建立工廠，在徐州建立了具有先進技術水平的鑄造廠，在天津建立了其全球最大規模的一體化風機生產基地，等等。此番維斯塔斯中國技術研發中心的落成，標志著其在中國市場建成了完整的價值鏈，包括從研發、采購、生產、銷售到售后服務等各個環節。然而，有著很高的市場占有率的維斯塔斯也沒有進入中國的海上風電市場。而且其在中國推出的風機，當前從未有超過3兆瓦的。但是，維斯塔斯也沒有否認要進入海上風電領域，“從千瓦級的風力平臺，一直到很快將要發布的用于海上風場6兆瓦風機，我們的產品范圍是非常的寬廣。從風機塔的高度以及轉子、漿葉的大小來說，我們的產品有300多變種，而且適合于各種風速以及陸上風場和海上風場的需求，能夠帶來最低的度電成本。”維斯塔斯技術研發業務單元總裁芬恩·馬德森說，這就意味著風電場在開發和建設的時候必須因地制宜，即維斯塔斯在中國開發建設的風電場必須滿足中國當地的需求。

　　不僅僅是維斯塔斯，世界排名前五的德國風機制造商恩德，進入中國已經十五年了，而其10月14日推出的N系列風機也僅僅是單機1.5兆瓦。其中國銷售總監倪俊仁博士宣稱：“在中國，1.5兆瓦是主流機型，而非大機型，1.5兆瓦的風機至少還有三到五年的主導地位。”

　　從2003年就開始涉足海上風電的恩德面對中國的海上風電市場依舊無動于衷，恩德中國首席執行官簡斯·奧爾森先生表示：“近幾年不會進入中國海上風電市場，最早也要到2016年，如果推出將會是6兆瓦的風機。”

　　可以看出，國外風機制造商并沒有打算近兩年進入中國海上風電項目，簡斯·奧爾森稱，這次海上招標的價格遠遠低于他們的心理價位，因為作為一家外企，吊裝、物流等投入要多于本土企業，拼價格是不現實的。所以，必須要在其他方面彌補不足，想來想去也只有技術，故而，本次恩德N系列的改進主要側重點就是作為風機大腦的控制系統的更新。

　　“中國本土企業市場占有率是86%，而最為主要的七家國外制造商在中國市場占有率只有14%，這在全球其他國家來說是不尋常的。所以，要想占據中國市場，就必須知道中國需要什么，最終還是技術。”倪俊仁總監說。

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