制粉優(yōu)化控制在中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)上的應(yīng)用

趙 華,王 琴,李 平,吳 銘,張大鵬

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司熱電總廠，安徽馬鞍山， 243000）

1 引言

制粉系統(tǒng)是電廠燃煤發(fā)電機(jī)組重要輔助系統(tǒng)之一，其主要作用是磨制合格的煤粉，保證鍋爐燃燒需要，包括直吹式和儲(chǔ)倉(cāng)式兩類。中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)是將磨煤機(jī)磨好的煤粉先儲(chǔ)存在煤粉倉(cāng)中，根據(jù)鍋爐負(fù)荷需要，煤粉經(jīng)煤粉倉(cāng)由給粉機(jī)送入爐膛進(jìn)行燃燒。這種制粉系統(tǒng)的特點(diǎn)是磨煤機(jī)的出力不受鍋爐負(fù)荷實(shí)時(shí)限制、始終維持在自身的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。在以往的生產(chǎn)運(yùn)行中，都是由運(yùn)行人員根據(jù)磨煤機(jī)進(jìn)出口壓差和磨煤機(jī)出口溫度來控制給煤量及冷熱風(fēng)門的開度。由于磨煤機(jī)運(yùn)行工況不是恒定不變的，運(yùn)行人員必須根據(jù)工況隨時(shí)調(diào)整進(jìn)煤量及冷熱風(fēng)門開度，因此，不可避免會(huì)出現(xiàn)磨煤機(jī)內(nèi)煤多、煤少、磨煤機(jī)出口溫度過高、過低的現(xiàn)象，影響制粉系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行，同時(shí)也增加了鍋爐燃燒的不穩(wěn)定性。

馬鋼熱電總廠根據(jù)近幾年來制粉系統(tǒng)實(shí)際工況，決定對(duì)老區(qū)2#爐制粉系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。經(jīng)過3個(gè)月的設(shè)計(jì)調(diào)試，目前優(yōu)化后的2#爐制粉系統(tǒng)運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

2 制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制原理介紹

2.1 核心處理器部分

如圖1 所示，制粉自動(dòng)優(yōu)化控制系統(tǒng)采用MECS（模擬）高級(jí)算法控制軟件，將其運(yùn)行于專用的智能控制器上，通過MODBUS 通訊從DCS 系統(tǒng)取得制粉系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，經(jīng)MECS（模擬）高級(jí)算法控制軟件組態(tài)的算法計(jì)算后再將控制指令發(fā)送到DCS 系統(tǒng)去控制制粉系統(tǒng)的設(shè)備，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，調(diào)試方便，控制算法不受DCS 軟件限制，不占用DCS 系統(tǒng)資源。

圖1 制粉優(yōu)化控制原理圖

2.2 邏輯控制器部分

2#爐制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制包括四個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象，分別為給煤機(jī)變頻器調(diào)節(jié)、熱風(fēng)門調(diào)節(jié)、冷風(fēng)門調(diào)節(jié)和磨煤機(jī)再循環(huán)風(fēng)門調(diào)節(jié)，完成對(duì)磨煤機(jī)負(fù)荷，磨煤機(jī)入口負(fù)壓，磨煤機(jī)出口溫度三個(gè)對(duì)象的調(diào)節(jié)，并設(shè)有必要聯(lián)鎖和保護(hù)。

2.2.1 磨煤機(jī)負(fù)荷的準(zhǔn)確判斷

由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)部存煤量（負(fù)荷）的在線測(cè)量，磨煤機(jī)負(fù)荷判定只能由負(fù)荷特征量間接完成，其中最常用的負(fù)荷特征量有磨煤機(jī)進(jìn)出口差壓、磨煤機(jī)電流和磨煤機(jī)噪聲負(fù)荷。但這些負(fù)荷特征量對(duì)負(fù)荷的表現(xiàn)通常是不一致的、不穩(wěn)定的，如圖2 所示，壓差由于其非線性只能對(duì)負(fù)荷的極端情況進(jìn)行判斷；磨煤機(jī)電流與負(fù)荷存在非單值對(duì)應(yīng)關(guān)系；磨煤機(jī)噪聲也存在飽和現(xiàn)象，同時(shí)存在著因鋼球添加量和因環(huán)境產(chǎn)生的噪聲漂移。

因此，為了精確測(cè)量磨煤機(jī)負(fù)荷，2#爐制粉優(yōu)化系統(tǒng)采用的模糊識(shí)別技術(shù)，模擬給出綜合磨煤機(jī)負(fù)荷量，將磨煤機(jī)最大磨電流對(duì)應(yīng)負(fù)荷定義為50%，通過磨煤機(jī)電流、噪聲負(fù)荷和差壓之間在線運(yùn)行過程中的相互校正，克服了單一表征量的非線性和鋼球添加量及煤質(zhì)對(duì)磨負(fù)荷測(cè)量的影響，保證了負(fù)荷測(cè)量的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

圖2 磨煤機(jī)負(fù)荷關(guān)系

2.2.2 磨煤機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)給煤量的調(diào)節(jié)是制粉系統(tǒng)最大的難點(diǎn)，因涉及諸多因素，各個(gè)調(diào)節(jié)量之間的相互影響也很大。制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)使用了分層次、變參量解耦等高級(jí)控制算法，以磨煤機(jī)進(jìn)出口負(fù)壓為限制值和最終優(yōu)化目標(biāo)，在進(jìn)出口壓差不超限的情況下，以調(diào)節(jié)磨煤機(jī)出口溫度為副條件，以調(diào)節(jié)磨煤機(jī)負(fù)荷為主條件，并引入了磨煤機(jī)出口溫度的超限調(diào)節(jié)功能，如圖3 所示。

圖3 制粉優(yōu)化控制邏輯原理圖

因此制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)能根據(jù)制粉系統(tǒng)的啟動(dòng)、正常運(yùn)行、停機(jī)等不同工況，控制磨煤機(jī)內(nèi)存煤量在設(shè)定范圍，以確保磨煤機(jī)不會(huì)出現(xiàn)空磨、滿磨、堵磨等異常工況，提高制粉系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)在相同煤粉細(xì)度下磨制相同量的煤粉所耗的電量更少，從而使機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性得到提高?？刂浦品巯到y(tǒng)進(jìn)煤量主調(diào)節(jié)手段是調(diào)節(jié)給煤機(jī)，由于給煤機(jī)的非線性非常強(qiáng)，不同煤種條件下，即使輸出相同的指令也會(huì)有非常不同的煤量輸出，實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)煤量調(diào)節(jié)比較困難。本系統(tǒng)使用串級(jí)控制算法，使得給煤機(jī)的煤量能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)調(diào)節(jié)。

2.2.3 磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)

磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)能根據(jù)制粉系統(tǒng)的啟動(dòng)、正常運(yùn)行、停機(jī)等不同工況，控制磨煤機(jī)出口溫度在設(shè)定溫度值。當(dāng)磨煤機(jī)出口溫度超限時(shí)，啟動(dòng)聯(lián)鎖程序打開冷風(fēng)門、關(guān)閉磨煤機(jī)熱風(fēng)門。

磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)量是給煤機(jī)的煤量，由給煤量來實(shí)現(xiàn)其粗調(diào)節(jié)功能，而其細(xì)調(diào)節(jié)是由熱風(fēng)門、磨煤機(jī)再循環(huán)風(fēng)門聯(lián)合進(jìn)行反向調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的，在控制方案上引入了變系數(shù)解耦矩陣，使這一復(fù)雜的控制對(duì)象得以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自動(dòng)控制。

2.2.4 磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng)

磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng)能根據(jù)制粉系統(tǒng)的啟動(dòng)、正常運(yùn)行、停機(jī)等不同工況，控制磨煤機(jī)入口負(fù)壓在設(shè)定定值上，當(dāng)熱風(fēng)門、磨煤機(jī)再循環(huán)風(fēng)門開度已經(jīng)達(dá)到極限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入負(fù)壓調(diào)節(jié)，切除溫度調(diào)節(jié)功能，但溫度聯(lián)鎖功能繼續(xù)有效。

磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)手段是熱風(fēng)門、磨煤機(jī)再循環(huán)風(fēng)門作為后備調(diào)節(jié)手段。由熱風(fēng)門、磨煤機(jī)再循環(huán)風(fēng)門同向調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓的調(diào)節(jié)。在控制方案上引入了風(fēng)門流量變系數(shù)，在不同的風(fēng)門開度使用不同的動(dòng)作量，使磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制穩(wěn)定。

3 制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)的調(diào)試

在調(diào)試過程中，系統(tǒng)運(yùn)行中主要參數(shù)設(shè)定如表1。帶下劃線數(shù)據(jù)為可調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，運(yùn)行人員根據(jù)煤質(zhì)的變化、給粉機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，調(diào)節(jié)設(shè)定數(shù)據(jù)。

調(diào)試過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2。

表1 主要參數(shù)設(shè)定值

表2 2#爐甲、乙側(cè)制粉系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（2011 年12 月16～24 日）

我們將制粉系統(tǒng)自動(dòng)投入運(yùn)行納入鍋爐專業(yè)管理內(nèi)，每班對(duì)自動(dòng)運(yùn)行情況進(jìn)行記錄。根據(jù)2011 年12 月16～24 日連續(xù)對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看出，甲乙側(cè)制粉系統(tǒng)入口負(fù)壓控制在設(shè)定-350±50 Pa 以內(nèi)、磨煤機(jī)出口溫度、一次風(fēng)速控制在設(shè)定值。

結(jié)果分析：經(jīng)過近兩周調(diào)試運(yùn)行后，制粉系統(tǒng)自動(dòng)投用率接近100%，鍋爐的制粉出力明顯增強(qiáng)，每班停磨時(shí)間達(dá)3 h 以上，制粉單耗經(jīng)計(jì)算明顯降低。

4 制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)的再優(yōu)化升級(jí)

經(jīng)進(jìn)一步分析研究，基于原有調(diào)節(jié)控制對(duì)象，我們通過加入排粉機(jī)預(yù)旋流風(fēng)門、排粉機(jī)入口冷風(fēng)門、排粉機(jī)入口熱風(fēng)門、排粉機(jī)入口混合風(fēng)門、排粉機(jī)入口風(fēng)門、磨入口混合風(fēng)門的控制，實(shí)現(xiàn)了排粉機(jī)出口風(fēng)壓即入爐一次風(fēng)速的控制，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)的一鍵程控啟停功能。

4.1 排粉機(jī)出口風(fēng)壓的控制

對(duì)于2#爐的乏氣送粉系統(tǒng)，維持排粉機(jī)出口風(fēng)壓正常是保證送粉管道及煤粉燃燒器正常工作的必要條件，排粉機(jī)出口風(fēng)壓降低，一方面會(huì)引起管內(nèi)積粉容易造成一次風(fēng)管堵塞或積粉自燃，另一方面由于煤粉氣流提前著火還將引起燃燒器噴口燒壞等異常；排粉機(jī)出口風(fēng)壓過高，煤粉在爐內(nèi)的著火將推遲影響鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。

4.2 制粉系統(tǒng)一鍵程控啟停功能

制粉系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化之后全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，為制粉系統(tǒng)的一鍵啟停提供了可能，具體步驟說明見表3。

表3 制粉系統(tǒng)一鍵程控啟停功能

經(jīng)過對(duì)一鍵啟停進(jìn)行的調(diào)試和完善，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了停磨倒風(fēng)操作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，降低了人為操作的失誤率，確保操作過程平穩(wěn)，最大程度降低對(duì)燃燒的影響，同時(shí)也增加了運(yùn)行人員停磨降耗的積極性。

5 結(jié)束語(yǔ)

制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，運(yùn)轉(zhuǎn)良好，基本實(shí)現(xiàn)了制粉自動(dòng)控制，保證了磨煤機(jī)出力最大化，最大限度避免了由于人為原因?qū)е驴漳?、滿磨和燃燒擾動(dòng)等異常運(yùn)行工況，制粉系統(tǒng)運(yùn)行效率得到明顯提高，降低了制粉電耗和設(shè)備損耗，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)升級(jí)改造后的制粉系統(tǒng)更便于一次風(fēng)速的自動(dòng)控制，有利于各個(gè)火嘴的出力均勻，鍋爐燃燒穩(wěn)定性得到提升。