中速磨煤機新型風煤比控制策略應(yīng)用

張震

（山東魏橋創(chuàng)業(yè)集團，山東　鄒平　256200）

中速磨煤機新型風煤比控制策略應(yīng)用

張震

（山東魏橋創(chuàng)業(yè)集團，山東鄒平256200）

對中速磨制粉系統(tǒng)而言，從設(shè)計與運行角度分析了風煤比、通風阻力、制粉電耗等多變量參數(shù)內(nèi)部關(guān)系。在一次風量文丘里管測風裝置波動大情況下，提出一種新型磨煤機通風阻力實現(xiàn)風煤比粗調(diào)PID模型，同時加以給煤量前饋和風煤比快速拉回回路前饋作用，實現(xiàn)了新型PID模型靜態(tài)特性穩(wěn)定與變負荷情況下的快速調(diào)節(jié)。

中速磨煤機；通風阻力；風煤比；控制策略；給煤量

0　引言

中速磨制粉系統(tǒng)具有啟動迅速、調(diào)節(jié)靈活、制粉單耗低等優(yōu)點，但系統(tǒng)滯后，延遲大，該類制粉系統(tǒng)對風煤比、磨出口溫度有嚴格要求，風煤比的變化對爐膛燃燒的安全、經(jīng)濟性及磨煤機本身安全有較大影響。

某廠4×330 MW亞臨界燃煤機組，鍋爐采用華西能源配供HX1190/18.4—Ⅱ4汽包爐，燃燒器采用四角切圓，每層4只燃燒器，共20只燃燒器。配供北重MPS212中速輥盤式磨煤機，每臺磨煤機對應(yīng)一層燃燒器。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配5臺磨煤機，4運1備。該廠在投運初期設(shè)計的傳統(tǒng)風煤比控制策略現(xiàn)場使用效果較差。

1　傳統(tǒng)風煤比控制策略

每臺磨煤機入口水平風道上均裝有矩陣式文丘里管測風裝置，測得的風量通過風溫、風壓補償后，分別進入磨煤機風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、FSSS系統(tǒng)參與主保護及磨煤機風量低跳閘保護。其中磨煤機入口風量通過調(diào)整一次熱風調(diào)節(jié)檔板的開度來控制，磨煤機出口溫度通過調(diào)整一次冷風調(diào)節(jié)檔板的開度來控制。

機組投產(chǎn)后，制粉系統(tǒng)運行中磨煤機入口風量自動投入困難，其原因是入口一次風量測量值的波動大，在冷熱風調(diào)節(jié)過程中，入口風量不隨調(diào)節(jié)檔板線性變化。因此，影響機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的正常投運。

結(jié)合3號機組現(xiàn)場檢查和試驗情況，分析認為產(chǎn)生風量偏差的原因主要有以下幾點［1-3］。

1）文丘里管前直管段遠小于要求的5倍當量直徑。正是因風道中測風裝置布置不合理，再加上風道彎頭和膨脹節(jié)以及一次冷、熱風調(diào)節(jié)檔板開度的影響，使測風裝置處在不穩(wěn)定流場中，測量截面處氣流分布不均勻，所測得的風量差壓不具有代表性。

2）磨煤機的一次風量取決于給煤量，且冷熱風混合時呈直角混合；在運行調(diào)整過程中，一次冷風調(diào)節(jié)檔板控制出口溫度，一次熱風調(diào)節(jié)檔板控制入口風量；隨煤量及煤質(zhì)的變化，一次冷、熱風調(diào)節(jié)檔板組合開度變化造成氣流分布頻繁改變，導(dǎo)致所測得的風量差壓不具代表性。

3）通過文丘里管測風裝置測得風量需折算成標準體積流量，必須經(jīng)過風溫、風壓的補償。由于原混合風溫的測點安裝在測風裝置前直管段入口處（即冷熱風混合時呈直角混合處），溫度場不可能均勻，從而導(dǎo)致所測溫度與差壓探頭處溫度存在偏差，影響流量的測量精度。

4）一次冷、熱調(diào)節(jié)擋板線性度差。一次冷、熱風調(diào)節(jié)擋板開關(guān)試驗表明，一次冷、熱風調(diào)節(jié)擋板開度在0%～50%之間時，一次風量變化為0～90 t/h；一次冷、熱風調(diào)節(jié)擋板開度在50%～100%之間時，一次風量變化為90～100 t/h。

綜上所述，一次冷、熱風調(diào)節(jié)擋板與一次風量、磨出口溫度參數(shù)非線性問題已嚴重影響自動投運。通過試驗研究，在無法改變磨煤機入口直管段長度以及風溫、風壓測點位置前提下，需對磨煤機模型重新識別建立新型風煤比控制模型。

2　新型風煤比控制策略

研究表明，磨煤機負荷（給煤量）與一次風量、通風阻力、制粉電耗都呈線性關(guān)系［4］。因一次風量波動較大，用通風阻力代替一次風量作為PID的被調(diào)量，磨煤機負荷（給煤量）作為PID設(shè)定值，從而構(gòu)成新型PID控制模型，實現(xiàn)風煤比粗調(diào)，同時引入磨煤機負荷前饋以及一次風量與磨煤機負荷比值作為前饋細調(diào)，實現(xiàn)變負荷精確控制。新型控制策略邏輯圖，如圖1所示。

圖1　新型控制策略邏輯

2.1通風阻力測量

為保證風煤比適應(yīng)燃燒過程，需滿足磨煤機負荷與通風阻力的單值函數(shù)關(guān)系，即磨煤機負荷與通風阻力關(guān)系曲線，如圖2所示。通風阻力通過磨煤機進出口壓差變送器獲得，根據(jù)磨煤機進口壓力、出口壓力變送器差值計算；以上3個變送器測點均已引入DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)了通風阻力被調(diào)量的測量。

圖2　磨煤機負荷與通風阻力關(guān)系

圖3　磨煤機負荷與　軸功率關(guān)系

因通風阻力測點長期處于熱風帶煤粉過程，漏風和堵塞會導(dǎo)致測點失真。為避免通風阻力信號失真，在原有定期吹掃裝置控制回路增加定期循環(huán)吹掃3臺變送器引壓管路邏輯，保證單一測點吹掃過程中測點維持吹掃前壓力信號，實現(xiàn)測點信號長期穩(wěn)定、快速準確。

為優(yōu)化被調(diào)量三取二測量方式，依據(jù)磨煤機負荷與軸功率關(guān)系曲線，如圖3所示，可將磨煤機電機（6 kV電機）軸功率換算成磨煤機電機電流與通風阻力的單值函數(shù)關(guān)系曲線，如圖4所示。

圖4　電機電流與通風阻力關(guān)系

2.2給煤量設(shè)定值確定

相比于中儲式制粉系統(tǒng)而言，中速磨制粉系統(tǒng)具有滯后、延遲大特性。分析磨煤機數(shù)學(xué)模型［5］，磨煤機輸出給煤量與輸入給煤量相比，慣性遲延較大，如圖5所示。通過曲線可以看出，協(xié)調(diào)增加磨煤機輸入給煤量對輥式磨煤機出口給煤量慣性時間相差在15 s左右。機組協(xié)調(diào)方式下，一次調(diào)頻要求負荷響應(yīng)時間不大于15 s，為了穩(wěn)定機前壓力，需在機組變負荷過程中快速增加一次風量。

圖5　磨煤機輸入給煤量與輸出給煤量關(guān)系

2.3PID設(shè)置

靜態(tài)特性。DCS系統(tǒng)采用積分分離PID設(shè)置為正作用方式，即當通風阻力增加時，需自動開一次熱風調(diào)節(jié)擋板，實現(xiàn)線性增加一次風量保證風煤比在合理范圍內(nèi)，從而防止堵磨發(fā)生。

動態(tài)特性。磨煤機變負荷過程中，因給煤量增減直接影響PID設(shè)定值增減變化。通過動態(tài)試驗發(fā)現(xiàn)，當給煤量增加時，導(dǎo)致一次熱風調(diào)節(jié)擋板自動關(guān)，不符合調(diào)節(jié)目的，針對此情況可設(shè)置變負荷判斷邏輯作用在PID前饋回路，抵消一次熱風調(diào)節(jié)擋板瞬間關(guān)的反作用，實現(xiàn)風煤比的交叉閉鎖功能［6］，即增加給煤量前先漲一次風量，降一次風量前先降給煤量。

2.4前饋回路設(shè)置

通過PID回路變負荷動態(tài)試驗，增加給煤量與一次熱風調(diào)節(jié)擋板開度單值函數(shù)前饋［7］，如圖6所示。實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)一次熱風調(diào)節(jié)擋板，充分利用磨煤機內(nèi)部存煤，適應(yīng)機組協(xié)調(diào)變負荷調(diào)節(jié)的快速性、準確性。

圖6　給煤量與一次熱風調(diào)節(jié)擋板開度關(guān)系

圖7　給煤量與一次　風量關(guān)系

中速磨制粉系統(tǒng)依據(jù)給煤量與一次風量關(guān)系曲線，如圖7所示，得出風煤比為1.5∶1（最小給煤量情況下除外），為此在通風阻力PID粗調(diào)的基礎(chǔ)上增加風煤比快速拉回回路?？刂七壿嫿?jīng)優(yōu)化后設(shè)計為：當風煤比小于1.5∶1延遲100 s后，增加一次熱調(diào)節(jié)擋板開2%正偏置；復(fù)位條件為風煤比不小于1.5∶1延遲5 s，一次熱調(diào)節(jié)擋板限速關(guān)0.3%/min，直至2%正偏置回調(diào)為0%。

3　優(yōu)化后的控制效果

新型風煤比控制策略應(yīng)用表明，給煤量在20～45 t/h范圍內(nèi)調(diào)整，磨煤機液壓站變加載力自動調(diào)整在6～11 MPa，磨煤機動靜態(tài)旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速自動調(diào)整在50～65 r/min。通風阻力過渡過程無超調(diào)現(xiàn)象，衰減率在0.7～0.9之間，穩(wěn)定時間在2 min內(nèi)；一次風量過渡過程衰減率在0.7～0.9之間，穩(wěn)定時間在1 min內(nèi)；磨煤機出口溫度過渡過程衰減率在0.7～0.9之間，穩(wěn)定時間在6 min內(nèi)；一次冷、熱風調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)快速、準確、穩(wěn)定，如圖8所示。新型風煤比控制策略達到了優(yōu)化自動調(diào)節(jié)效果。

圖8　磨煤機變負荷試驗曲線

4　結(jié)語

330 MW機組中速磨煤機一次風管設(shè)計布局不合理造成一次風量波動大、非線性的問題較為突出，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定及快速調(diào)節(jié)。在無法消除異常缺陷情況下，通過現(xiàn)場動態(tài)調(diào)整試驗，建立了通風阻力風煤比模型。運行實踐證明中速磨制粉系統(tǒng)應(yīng)用新型通風阻力調(diào)節(jié)風煤比模型效果顯著。

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［4］北方重工集團有限公司.MPS212中速磨煤機使用說明書［R］.沈陽：北方重工集團有限公司，2013.

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［6］王培萍，趙世偉，岳希明，等.ZGM113G型中速磨煤機運行問題分析［J］.熱力發(fā)電，2010，39（1）：56-60.

［7］王海濤.磨煤機控制系統(tǒng)耦合問題分析及其解耦控制［J］.熱力發(fā)電，2013，42（2）：58-61.

Application of Control Strategy related to New Coal-Air Ratio for Medium-speed Coal Pulverizers

ZHANG Zhen
（Shandong Weiqiao Pioneering Group，Zouping 256200，China）

Under discussion is the internal relationship among multivariable parameters in the aspects of design and operation for medium-speed pulverizers，such as coal-air ratio，draft loss，and power consumption for powder processing etc.In view of sharp fluctuation of anemometry device in Venturi tube of primary air，a new type of PID model is put forward to realize the quick adjustment under the condition of static stability and varying load by means of coal feed flow feedforward and coal-air ratio fast loop back feedforward.

medium-speed pulverizer；draft loss；coal-air ratio；control strategy；coal feed flow

TK223.7

B

1007-9904（2015）09-0070-04

2015-04-27

張震（1984），男，從事大型火電機組的控制系統(tǒng)調(diào)試及熱控試驗工作。