振動料位分析技術(shù)在鋼球磨煤機中的應(yīng)用

王曉杰

(華電青島發(fā)電股份有限公司，山東 青島 266000)

0 引言

華電青島發(fā)電有限公司#2鍋爐為上海鍋爐廠采用美國CE公司引進技術(shù)并在其基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計制造的亞臨界、中間一次再熱、控制循環(huán)汽包爐，型號為SG-1025/17.47-M878，配300 MW汽輪發(fā)電機組。設(shè)計煤種為山西晉中貧煤,實際運行時摻燒無煙煤。制粉系統(tǒng)為中間儲倉式，熱一次風(fēng)送粉，配4臺DTM350/600型鋼球磨煤機。

制粉系統(tǒng)自投產(chǎn)以來一直為手動操作，存在以下弊端：(1)運行人員需時刻監(jiān)視磨煤機差壓、出口溫度、電流等參數(shù)，勞動強度大；(2)無磨煤機料位監(jiān)視手段，磨煤機出入口差壓對磨煤機內(nèi)部真實料位情況反應(yīng)不敏感，運行人員憑經(jīng)驗粗略地判斷磨煤機內(nèi)料位情況，為避免磨煤機滿磨、跑粉，磨煤機經(jīng)常處于低料位，導(dǎo)致制粉出力偏低和磨煤單耗高；(3)磨煤機入口負壓波動大；(4)磨煤機出口溫度隨給煤量、煤質(zhì)變化、負荷變化波動幅度大，不能實現(xiàn)精確控制[1]。

1 磨煤機制粉自動控制系統(tǒng)概述

為挖掘制粉系統(tǒng)節(jié)能潛力，優(yōu)化運行方式，減輕運行人員的勞動強度，保持磨煤機長期在最佳工況安全經(jīng)濟運行，提高設(shè)備自動化運行水平，提高制粉出力，降低制粉單耗，在#2鍋爐制粉系統(tǒng)加裝了一套由華電青島發(fā)電有限公司與珠海市華遠自動化科技有限公司共同研制開發(fā)的磨煤機制粉自動控制系統(tǒng)，是集自動控制、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟高效于一身的全能型控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用遙測振動分析技術(shù)對磨煤機內(nèi)真實料位進行檢測，比傳統(tǒng)的差壓測量料位法和電耳測量料位法測量更準確，維護量更?。煌瑫r，以磨煤機料位、入口負壓、出口溫度為控制對象，通過風(fēng)煤分控，將整個制粉系統(tǒng)分成磨煤機料位自動控制單元、磨煤機入口負壓自動控制單元、磨煤機出口溫度自動控制單元3個控制單元，最終整合成一套完整的控制體系，實現(xiàn)中間倉儲式制粉系統(tǒng)自動化控制。

2 技術(shù)原理

2.1 信號測量

磨煤機內(nèi)的振動狀態(tài)與料位具有直接的對應(yīng)關(guān)系，當磨煤機內(nèi)料位低、存料量少、鋼球間相對柔軟且細小的被研磨物減少時，鋼球之間以及鋼球與襯板間因緩沖物減少而振動加劇，傳導(dǎo)到磨煤機筒體表面的振動增大；當磨煤機內(nèi)料位上升、存料量增加時，緩沖物增多，磨煤機內(nèi)及傳導(dǎo)到筒體表面的振動減小。通過分析磨煤機內(nèi)的振動信號可以精確可靠地分析磨煤機內(nèi)料位，但實現(xiàn)這一目標的前提條件是直接采集磨煤機內(nèi)的振動信息。

該磨煤機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采用高靈敏度的信號采集裝置，綜合運用遙測傳感技術(shù)和智能檢測技術(shù)，徹底解決了傳統(tǒng)方法無法避免的信號衰減和強干擾導(dǎo)致的料位測量精度低、可靠性差的難題。振動傳感器直接安裝在磨煤機表面(如圖1所示，圖中：MCS為模擬量控制系統(tǒng))，在隨磨煤機筒體一起旋轉(zhuǎn)的過程中，直接采集殼體內(nèi)部的聲音和振動等綜合信息；同時，軸承座上也加裝有傳感器，與筒體上傳感器采集的信號互相融合和驗證。磨煤機和設(shè)備發(fā)出的噪聲干擾信號全部被有效隔離，信號不經(jīng)過空氣衰減，不受外界噪聲和振動信號的干擾，以達到更高的測量精度。磨煤機筒體軸向、徑向每個點的料位波動信息都可以被精確地捕獲，磨煤機每個旋轉(zhuǎn)周期特征信號的三維空間模型都能被有效提取。這種高性能傳感技術(shù)和新算法結(jié)合而形成的料位測量技術(shù)，測量非常精確可靠，傳統(tǒng)測量方法無法達到這樣的測量精度和可靠性。

圖1 系統(tǒng)硬件安裝示意

制粉系統(tǒng)的自動控制由安裝在電子間的制粉系統(tǒng)控制電氣柜實現(xiàn)，該控制柜以485串口通信的方式從分散控制系統(tǒng)(DCS)采集模擬量信號，以硬接線的方式輸出控制指令、冷風(fēng)門控制指令和熱風(fēng)門控制指令(如圖2所示，圖中：AI為模擬量輸入；DI為數(shù)字量輸入；AO為模擬量輸出；DO為數(shù)字量輸出)。

圖2 系統(tǒng)信號傳輸示意

2.2 控制原理

磨煤機料位調(diào)節(jié)的任務(wù)是：在保證磨煤機入口負壓和出口溫度正常的前提下，始終保持最大給煤量，使磨煤機進煤出粉始終保持平衡。

控制原理：通過安裝在磨煤機筒體和軸承座上的2個振動采集器取得磨煤機料位的主信號，另外將分離器出口負壓和磨煤機出入口差壓信號加入磨煤機料位控制中，3路信號經(jīng)過系統(tǒng)綜合處理后，發(fā)出指令控制給煤機的給煤量，實現(xiàn)磨煤機料位自動控制。正常工況下磨煤機根據(jù)料位進行優(yōu)化控制，以最大出力為控制目標，通過對料位的跟蹤調(diào)節(jié)實現(xiàn)長期穩(wěn)定控制[2]。

e(t)=(Ls-L)+(ps-p)+(t-ts) ，

式中：u(t)為控制器輸出；Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間系數(shù)；Td為微分系數(shù)；Ls為料位設(shè)定值；L為料位當前值；ps為壓差設(shè)定值；p為差壓當前值；t為磨煤機出口溫度當前值；ts為磨煤機出口溫度設(shè)定值。

磨煤機入口負壓自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是：無論什么原因引起系統(tǒng)風(fēng)量發(fā)生改變，始終能夠保持制粉系統(tǒng)進風(fēng)量和出風(fēng)量平衡。正常情況下球磨煤機入口負壓一般控制在-350 Pa左右，通過調(diào)節(jié)熱風(fēng)門實現(xiàn)磨煤機入口負壓自動控制。

控制原理：將磨煤機入口負壓目標值設(shè)為定值，磨煤機入口負壓反饋值作為跟蹤信號，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入口負壓目標值和反饋值之間的偏差。入口負壓實際設(shè)定值根據(jù)出口溫度進行修正，溫度升高后增大負壓設(shè)定值，以減小熱風(fēng)門開度。

制粉系統(tǒng)出口溫度自動控制的任務(wù)是：始終能夠保持磨煤機出口溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。通過調(diào)節(jié)熱風(fēng)門、冷風(fēng)門擋板開度，實現(xiàn)磨煤機出口溫度自動控制。

控制原理：將磨煤機出口溫度目標值設(shè)為定值，磨煤機出口溫度作為跟蹤信號，通過調(diào)節(jié)熱風(fēng)門、冷風(fēng)門開度來減小出口溫度目標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)，同時適當增大入口負壓設(shè)定值，減小熱風(fēng)量。

e(t)=ts-t，ts=Fuzzy(m) ，

式中：H(t)為出口溫度控制輸出；Kh為熱風(fēng)門控制系數(shù)，采用運行經(jīng)驗決策該參數(shù)變化；Kc為冷風(fēng)門控制系數(shù)，采用專家經(jīng)驗決策該參數(shù)變化；m為煤質(zhì)系數(shù)，根據(jù)負荷和原煤消耗量計算。

3 系統(tǒng)實際運行情況

3.1 制粉系統(tǒng)最大出力試驗

制粉系統(tǒng)最大出力試驗是在保證磨煤機不滿罐、不跑粉的前提下，逐漸增加給煤機量，直到磨煤機或排粉機電流達到最大值又開始下降為止。通過制粉系統(tǒng)最大出力試驗，確定制粉系統(tǒng)給煤機轉(zhuǎn)速、磨煤機料位、磨煤機前后差壓及粗粉分離器后負壓最大值，目的是為自動控制系統(tǒng)提供上限依據(jù)，試驗結(jié)果見表1。

表1 2C，2D制粉系統(tǒng)最大出力試驗結(jié)果

3.2 確定最佳出力參數(shù)

為確保自動控制系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行，通過制粉系統(tǒng)最大出力試驗確定磨煤機料位、磨煤機前后差壓和粗粉分離器后負壓最大值，在此基礎(chǔ)上，制定了制粉系統(tǒng)主要運行參數(shù)最佳值和上下限值(見表2)。磨煤機料位正常控制范圍為55%～64%，可根據(jù)煤質(zhì)、負荷等參數(shù)進行調(diào)整。

3.3 各經(jīng)濟技術(shù)指標對比

項目實施后，磨煤機料位測量趨勢正確穩(wěn)定，運行調(diào)節(jié)良好，爐膛燃燒狀況良好，滿足機組安全穩(wěn)定運行要求。料位測量及自動控制系統(tǒng)可用率達到100%，自動投入率達到100%。

表2 2C，2D制粉系統(tǒng)最佳運行數(shù)據(jù)

優(yōu)化調(diào)整后，2C制粉系統(tǒng)的出力由手動狀態(tài)下給煤機轉(zhuǎn)速反饋370 r/min左右提升到自動狀態(tài)下410 r/min左右，提升10.8%以上，磨煤機出口溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，差壓由1.55 kPa提升到1.95 kPa。2D制粉系統(tǒng)的出力由手動狀態(tài)下給煤機轉(zhuǎn)速反饋510 r/min左右提升到自動狀態(tài)下630 r/min左右，提升23.5%以上，磨煤機出口溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，差壓由1.45 kPa提升到1.85 kPa，運行安全穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

中儲式鋼球磨制粉自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了磨煤機入口負壓、出口溫度、磨煤機料位全面自動控制，運行參數(shù)得到全面優(yōu)化。該系統(tǒng)通過自尋優(yōu)技術(shù)實現(xiàn)了制粉系統(tǒng)的仿人工智能控制，提高了換煤及特殊工況的適應(yīng)能力，具有良好的推廣價值。

參考文獻：

[1]劉明杰,任尚坤,何衛(wèi)國,等.MCS遙測與自動控制系統(tǒng)在中儲式制粉系統(tǒng)上的應(yīng)用[J]. 華電技術(shù),2015，37(10)：22-24，77.

[2]張維群，何祖威，陳紹彬.制粉系統(tǒng)動態(tài)特性及控制方案研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2005.