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和利时DEH纯电调技术在汽轮鼓风机一体化控制系统的应用方案

  • 关键词:DEH,汽轮鼓风机
  • 摘要:在现代化大型高炉和石油化工企业中,鼓风机或压缩机是最重要的设备之一。拖动鼓风机或压缩机的原动机有电动机或工业汽轮机。由工业汽轮机即变转速汽轮机拖动时,可调节汽轮机的转速以满足风机的出口风量或风压的要求。

  在现代化大型高炉和石油化工企业中,鼓风机或压缩机是最重要的设备之一。拖动鼓风机或压缩机的原动机有电动机或工业汽轮机。由工业汽轮机即变转速汽轮机拖动时,可调节汽轮机的转速以满足风机的出口风量或风压的要求。

  以往汽轮鼓风机的调节控制系统多为全液压控制,主要缺点是:转速控制范围狭窄、精度不高,油压受液压设备状况的影响大,调节特性非常差,液调迟缓率所引起的机组不稳定,灵敏度不好;且液压设备容易磨损老化,其控制品质会逐渐下降,从而影响到机组的正常运行。

  而一些采用自动控制的汽轮鼓风机组,往往采用两套控制调节系统,一套是汽轮机调速系统控制器,如505型调速器,用于控制汽轮机转速;另一套是风机控制器,如YS80系列的可编程调节器,主要用于调节风机的可转导叶角度来控制调整风机的出口风量或风压,以及控制逆流阀和放风阀,满足风机本身防喘振、防逆流保护的要求。但两套控制系统相互独立,孤岛运行,缺乏协调性。

DEH系统概述

  DEH(Digital Electro-hydraulic Control System)装置由三大部份组成:电子控制硬件、软件系统和液压伺服系统,是以微处理器DPU为核心的,具备监视、控制操作、系统试验等功能的独立完整的控制系统。

图1:DEH电子控制系统结构图

  DEH电子控制硬件由现场控制站、操作员站、工程师站、通讯网络、打印机、继电器盘、操作回路和硬接线手操盘等组成,如图1所示。现场控制站柜内装有一对互为冗余的DPU和各种功能的I/O模块(伺服放大模块、转速测量PI模块、模拟量输入AI模块、模拟量输出AO模块、开关量输入DI模块、开关量输出DO模块等)。

  DEH控制装置的控制功能,主要由软件来完成。软件由两大部分构成,即系统软件平台及应用系统软件。前者决定了DEH控制系统的适时性,灵活性和先进性;后者决定了DEH系统的控制功能。

  汽轮鼓风机控制与保护系统采用集散型控制组件(即DCS),组态灵活,便于功能扩展。配有工程师工作站,非常方便地进行控制系统设计、组态、编程、监视、检查并排除运行中的故障,与打印机及监视器相连进行硬拷贝。工程师工作站既可在线进行实时控制,又能离线组态编程,画面处理,制表打印,故障记忆,,报警等。整个控制系统结构简单,功能完善,技术先进,可靠性高。

汽轮鼓风机一体化控制系统

  汽轮鼓风机一体化控制系统包括计算机控制部分和执行机构部分,计算机控制部分包括人机接口部分、控制单元、输入/输出模块、伺服控制模块和超速保护部件等;执行机构包括伺服油动机、放风阀和逆流阀等,控制单元接受指令与现场信号进行逻辑处理及运算,输出控制信号,通过伺服控制模块控制电液伺服阀驱动油动机,带动阀门运动,从而控制汽轮机转速保持鼓风机的风量和风压不变,同时输出控制信号给防逆流阀和放风阀,满足风机本身防喘振、防逆流保护的要求。

图2:汽轮鼓风机一体化控制系统

  如图2所示,转速控制信号C10经伺服油动机去控制汽轮机的调速汽门,以便进行机组的启动和调整风机出口流量和风压。汽轮鼓风机DEH输出的C20、C30是通过电动执行器控制风机的防逆流(防阻塞)阀V1和控制放风阀V2,由于防逆流阀V1和放风阀V2要求有快关或快开动作,因此设有快关电磁阀S1和快开电磁阀S2。

DEH纯电调汽轮鼓风机主要控制功能

l 调节汽门电液伺服控制

  调节汽门电液控制单元的组成原理如图3所示。电液控制单元由DEH控制器、电液转换器、错油门、油动机活塞及位移传感器组成。DEH控制器生成的油动机阀位指令信号,经伺服放大板、电液伺服阀,形成调节油压至错油门,从而产生油动机动作。油动机行程经位移传感器LVDT(Liner Variable Differential Transformer)测出,反馈至伺服放大板输入端,使之与该油动机阀位指令保持相等,从而使油动机行程完全由DEH阀位指令控制。

图3:调节汽门电液控制单元原理图

自动调节控制功能

1)定转速控制:实现转速的全程闭环控制;

2)定风量、定风压控制,如图4所示,给定的风机出口风量Qs或压力ps,它与流量或压力反馈信号Qf或pf进行比较,其差值ΔQ=Qs-Qf或Δp=ps-pf经过流量或压力调节器校正为汽轮鼓风机组的转速给定信号ns,该信号再与机组的转速反馈信号nf进行比较,其差值Δn=ns-nf再经过转速调节器校正为控制汽轮机的阀位信号,从而控制了汽轮机的转速,以达到了控制风机的出口风量Q0或风压p0,满足高炉的需求。

图4:定风量、定风压控制原理框图

自动保护系统功能

1) 超速保护:当转速到达超速动作值时,DEH测速模块发出停机动作信号(三取二);

2)紧急手动:DEH系统设置了后备手操盘,操作员可以手动切换增减阀位,或在系统故障情况下自动切换到紧急手动;

3) 喘振保护:风机运行保护特性曲线。设计有紧急放风线、调节放风线、报警线和阻塞边界线。风机正常运行时,平衡工作点应在工作区即非喘振区之内,一旦风机工作点达到这些限定线时,立即打开放风阀进行放风,使工作点回到工作区稳定运行。

图5:风机运行保护特性曲线

  当风机的出口风压达到设定的调节放风线时,可调节放风阀V2进行放风,使工作区回到稳定区域内运行。风机工作点达到所限定的报警线时,发出报警信号,提醒运行人员及时处理。当风机出口风压达到设定的紧急放风线时,紧急放风阀电磁阀S2动作,快速打开两只放风阀V2进行紧急放风。当风机入口风温超过某一限定值时,防逆流电磁阀S1动作,快速关闭防逆流阀V1,同时快速开启放风阀V2。一旦风机工作点达到所限定的防阻塞线时,立即报警,提醒运行人员及时处理,使风机不在防阻塞线上长时间运行。

辅助系统功能

1)阀门整定:必须在冲转之前,可通过阀门整定使油动机控制指令与油动机实际开度的关系满足0~100%对应全关到全开。

2)系统仿真:可通过系统仿真方式检验控制逻辑的正确性,并可对现场操作员进行培训。

3)阀门严密性试验:按严密性试验按钮,可进行阀门严密性实验,并自动记录惰走时间。

小结

随着控制技术的发展及其在电站、冶金和石化领域中广泛的应用,对汽轮鼓风机控制提出了更高的要求,应用DEH纯电调技术的汽轮鼓风机一体化控制系统,可以:

1)提升性能空间,满足高炉对风量、风压控制的更高要求。

2)节能降耗,防止不必要的放空损失。

3)增强汽轮鼓风机的安全性、调节可靠性和送风的稳定性。

4)加强了汽轮机、鼓风机的一体化协调控制。

采用将DEH纯电调技术应用到汽轮鼓风机一体化控制中,提高机组的运行可靠性,提高机组的运行操作和自动化水平,已势在必行。


发布时间:2017年5月14日 16:05  人气:   审核编辑(王静)
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