MCS遙測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)在中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)上的應(yīng)用

劉明杰，任尚坤，何衛(wèi)國，魯永富

（華電章丘發(fā)電有限公司，濟(jì)南 250216）

1 鍋爐概況

華電章丘發(fā)電有限公司（以下簡稱章丘公司）＃2鍋爐為上海鍋爐廠制造的SG-435／13.7-M760超高壓中間再熱自然循環(huán)汽包爐，燃燒器為四角布置，分級(jí)配風(fēng)，燃燒方式為切向燃燒，采用鋼球磨煤機(jī)中間儲(chǔ)倉熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，鍋爐配置2臺(tái)MG-320／580筒式鋼球磨煤機(jī)，設(shè)計(jì)燃用貧煤，后改燒煙煤，其制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 章丘公司 ＃2鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

＃2鍋爐制粉系統(tǒng)自投產(chǎn)以來一直為手動(dòng)操作，給煤量及磨煤機(jī)入口冷風(fēng)門、熱風(fēng)門開度均為手動(dòng)調(diào)整，存在以下弊端：一是運(yùn)行人員需時(shí)刻監(jiān)視磨煤機(jī)壓差、出口溫度、電流等參數(shù)，勞動(dòng)強(qiáng)度大；二是無磨煤機(jī)料位監(jiān)視手段，磨煤機(jī)出、入口壓差對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)部真實(shí)料位反映不敏感，運(yùn)行人員僅憑經(jīng)驗(yàn)粗略判斷磨煤機(jī)內(nèi)料位情況，而且在實(shí)際操作中，影響磨煤機(jī)出、入口壓差的因素不僅包括存煤量，還包括通風(fēng)量、煤粉質(zhì)量濃度等因素，因此，磨煤機(jī)滿磨、跑粉等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，磨煤機(jī)經(jīng)常處于低料位狀態(tài)，導(dǎo)致制粉出力偏低，磨煤單耗升高；三是磨煤機(jī)入口負(fù)壓波動(dòng)大；四是磨煤機(jī)出口溫度隨給煤量、煤質(zhì)、負(fù)荷的變化而變化，且波動(dòng)幅度大，不能實(shí)現(xiàn)精確控制，尤其在改燒煙煤后，磨煤機(jī)出口溫度偏高導(dǎo)致制粉系統(tǒng)存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)以上弊端，章丘公司與珠海市華遠(yuǎn)自動(dòng)化科技有限公司共同研發(fā)了一套模擬量控制系統(tǒng)（MCS）遙測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)，其工作系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的磨煤機(jī)內(nèi)原煤料位測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)研磨區(qū)工況的靶向檢測(cè)，使用遙測(cè)振動(dòng)分析技術(shù)，反映磨煤機(jī)內(nèi)真實(shí)料位，該測(cè)量方法比傳統(tǒng)的壓差測(cè)量料位法和電耳測(cè)量料位法更準(zhǔn)確，維護(hù)量更小。

圖1 ＃2鍋爐MCS遙測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)

在該控制系統(tǒng)中，料位信號(hào)為優(yōu)化調(diào)節(jié)主信號(hào)，被穩(wěn)定控制在最佳設(shè)定值附近。入口負(fù)壓為安全保障控制信號(hào)，風(fēng)門開度必須保證入口負(fù)壓在設(shè)定的范圍內(nèi)，不能出現(xiàn)正壓跑粉現(xiàn)象。出口溫度要控制在一定范圍內(nèi)，一是保證磨煤機(jī)安全運(yùn)行，二是維持合適的干燥出力。分離器入口負(fù)壓信號(hào)和壓差信號(hào)作為滿磨預(yù)警和保護(hù)信號(hào)進(jìn)行控制，但不用于優(yōu)化控制。同時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)處理斷煤和飽磨等異常情況。

2 自動(dòng)控制原理

2.1 磨煤機(jī)料位自動(dòng)調(diào)節(jié)功能

磨煤機(jī)料位受系統(tǒng)通風(fēng)量、給煤量、水分、煤質(zhì)、鋼球裝載量、鋼球及波浪瓦磨損度等因素影響，因此，磨煤機(jī)料位調(diào)節(jié)的任務(wù)是在磨煤機(jī)入口負(fù)壓和出口溫度正常的前提下，始終保持最大給煤量，使磨煤機(jī)進(jìn)煤、出粉始終保持平衡?？刂圃頌橥ㄟ^安裝在磨煤機(jī)筒體和軸承座上的2個(gè)振動(dòng)采集器取得磨煤機(jī)料位主信號(hào)，將分離器出口負(fù)壓信號(hào)和磨煤機(jī)出、入口壓差信號(hào)加入磨煤機(jī)料位控制中，3路信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)綜合處理，發(fā)出指令控制給煤機(jī)的給煤量，實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)料位自動(dòng)控制。正常工況下，磨煤機(jī)根據(jù)料位進(jìn)行優(yōu)化控制，以最大出力為控制目標(biāo)，通過對(duì)料位的跟蹤調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)長期、穩(wěn)定控制。

2.2 磨煤機(jī)入口負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)功能

制粉系統(tǒng)通風(fēng)量隨磨煤機(jī)存煤量、熱風(fēng)量、冷風(fēng)量及再循環(huán)風(fēng)量的變化而變化，無論何種原因引起系統(tǒng)風(fēng)量發(fā)生改變，磨煤機(jī)入口負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)功能始終能夠保持制粉系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量和出風(fēng)量平衡。正常情況下，球磨機(jī)入口負(fù)壓一般控制在-350Pa左右，通過調(diào)節(jié)熱風(fēng)門實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)入口負(fù)壓自動(dòng)控制?？刂圃頌榘涯ッ簷C(jī)入口負(fù)壓目標(biāo)值設(shè)為定值，磨煤機(jī)入口負(fù)壓反饋值作為跟蹤信號(hào)，通過調(diào)節(jié)熱風(fēng)門、冷風(fēng)門和再循環(huán)風(fēng)門開度，來減小磨煤機(jī)入口負(fù)壓目標(biāo)值和反饋值之間的偏差。入口負(fù)壓實(shí)際設(shè)定值根據(jù)出口溫度進(jìn)行修正，溫度升高后增大負(fù)壓設(shè)定值，以減小熱風(fēng)門開度。

圖2 斷煤情況下鍋爐自動(dòng)調(diào)整曲線

2.3 磨煤機(jī)出口溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能

制粉系統(tǒng)出口溫度隨給煤量、磨煤機(jī)料位、熱風(fēng)量、冷風(fēng)量、再循環(huán)風(fēng)量及煤的干／濕度的變化而變化。出口溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能能夠保證磨煤機(jī)出口溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)冷、熱風(fēng)門擋板開度，實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)出口溫度自動(dòng)控制?？刂圃頌榘涯ッ簷C(jī)出口溫度目標(biāo)值設(shè)為定值，磨煤機(jī)出口溫度作為跟蹤信號(hào)，通過調(diào)節(jié)冷、熱風(fēng)門開度，來減小出口溫度目標(biāo)值和反饋值之間的偏差。出口溫度高于設(shè)定高限值后開冷風(fēng)門，同時(shí)適當(dāng)增大入口負(fù)壓設(shè)定值，減小熱風(fēng)量。

3 異常工況自動(dòng)控制原理

3.1 斷煤工況的自動(dòng)控制

當(dāng)發(fā)生斷煤時(shí)，給煤量低于5 t／h且持續(xù)10 s后，熱風(fēng)門平穩(wěn)關(guān)小到20%，冷風(fēng)門開到100%；如出口溫度高于72℃，熱風(fēng)門平穩(wěn)關(guān)小到20%，冷風(fēng)門開到100%，保證出口溫度在安全范圍內(nèi)。斷煤工況消除后或出口溫度低于72℃后，熱風(fēng)門由于對(duì)入口負(fù)壓進(jìn)行跟蹤會(huì)逐漸恢復(fù)到正常工況。

圖2是在給煤機(jī)斷煤情況下，磨煤機(jī)冷、熱風(fēng)門自動(dòng)調(diào)整情況。從圖2可以看出，在給煤機(jī)斷煤時(shí)，冷、熱風(fēng)門能夠及時(shí)調(diào)整，保證磨煤機(jī)出口溫度不超出安全范圍。斷煤工況恢復(fù)后，自動(dòng)振蕩過程僅需不到3min，鍋爐即可恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)。

3.2 飽磨工況的自動(dòng)控制

當(dāng)料位高于設(shè)定值高限時(shí)，由于給煤機(jī)跟蹤料位信號(hào)，給煤量會(huì)自動(dòng)減小，當(dāng)料位超過高高限（75%）時(shí)，給煤機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)減到0。當(dāng)粗粉分離器出口負(fù)壓低于-4.5 kPa時(shí)，給煤機(jī)轉(zhuǎn)速開始按比例降低，當(dāng)粗粉分離器出口負(fù)壓低于-4.8 kPa時(shí)，給煤機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)減到0。料位恢復(fù)到75%且粗粉分離器出口負(fù)壓恢復(fù)到-4.5 kPa以上時(shí)，給煤機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)跟蹤料位信號(hào)。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

在對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)全面優(yōu)化、磨煤機(jī)鋼球裝載量優(yōu)化、制粉系統(tǒng)出力試驗(yàn)等工作的基礎(chǔ)上，MCS遙測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)又投入了自動(dòng)運(yùn)行功能，并進(jìn)行了制粉出力和單耗試驗(yàn)，制粉出力最大可達(dá)42.55 t／h，制粉單耗為 23.21（kW·h）／t。2013年，章丘公司全年制粉單耗為33.53（kW·h）／t，以2013年＃2鍋爐年耗原煤21.66萬t計(jì)算，改造后年節(jié)約廠用電（33.53-23.21）×21.66×104÷1 000=2235.3（MW·h），廠用電價(jià)以 0.45元／（kW·h）計(jì)算，改造后年節(jié)約費(fèi)用2 235.3×1 000×0.45÷10000=100.59（萬元）。該自動(dòng)控制系統(tǒng)總投資100萬元，而僅制粉單耗一項(xiàng)，一年即可減少100多萬元的廠用電費(fèi)用，僅1年即可全部收回成本，再考慮制粉系統(tǒng)鋼耗的減少以及對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)，該自動(dòng)控制系統(tǒng)具有較大的推廣價(jià)值。

5 取得的效果

MCS遙測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)投運(yùn)后，自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定，機(jī)組始終在最佳工況下運(yùn)行，極大地降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改變了機(jī)組長期以來持續(xù)低料位運(yùn)行的現(xiàn)象，提高了制粉系統(tǒng)的出力，降低了制粉單耗，減小了鋼球和襯板的磨損，降低了鋼球磨煤機(jī)系統(tǒng)鋼耗，穩(wěn)定的磨煤機(jī)料位提高了煤粉細(xì)度合格率，改善鍋爐燃燒工況。

MCS遙測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)料位的精確檢測(cè)和人性化多參數(shù)顯示，方便運(yùn)行人員快速、直接了解磨內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)；高精度的磨煤機(jī)內(nèi)狀態(tài)顯示與報(bào)警功能可以避免發(fā)生磨煤機(jī)堵塞、斷煤等危害制粉系統(tǒng)運(yùn)行安全的現(xiàn)象，提高中儲(chǔ)式磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性；更加細(xì)化的自動(dòng)化控制系統(tǒng)大大提高了料位控制水平和中儲(chǔ)式磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性，并提高了燃燒系統(tǒng)和整個(gè)鍋爐機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。