制粉優化控制在中間儲倉式制粉系統上的應用

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

制粉系統是電廠燃煤發電機組重要輔助系統之一，其主要作用是磨制合格的煤粉，保證鍋爐燃燒需要，包括直吹式和儲倉式兩類。中間儲倉式制粉系統是將磨煤機磨好的煤粉先儲存在煤粉倉中，根據鍋爐負荷需要，煤粉經煤粉倉由給粉機送入爐膛進行燃燒。這種制粉系統的特點是磨煤機的出力不受鍋爐負荷實時限制、始終維持在自身的經濟運行點運轉。在以往的生產運行中，都是由運行人員根據磨煤機進出口壓差和磨煤機出口溫度來控制給煤量及冷熱風門的開度。由于磨煤機運行工況不是恒定不變的，運行人員必須根據工況隨時調整進煤量及冷熱風門開度，因此，不可避免會出現磨煤機內煤多、煤少、磨煤機出口溫度過高、過低的現象，影響制粉系統經濟、安全運行，同時也增加了鍋爐燃燒的不穩定性。

馬鋼熱電總廠根據近幾年來制粉系統實際工況，決定對老區2#爐制粉系統進行優化改造。經過3個月的設計調試，目前優化后的2#爐制粉系統運行良好，達到了預期目標。

2 制粉系統優化控制原理介紹

2.1 核心處理器部分

如圖1 所示，制粉自動優化控制系統采用MECS（模擬）高級算法控制軟件，將其運行于專用的智能控制器上，通過MODBUS 通訊從DCS 系統取得制粉系統運行參數，經MECS（模擬）高級算法控制軟件組態的算法計算后再將控制指令發送到DCS 系統去控制制粉系統的設備，使系統結構靈活，調試方便，控制算法不受DCS 軟件限制，不占用DCS 系統資源。

圖1 制粉優化控制原理圖

2.2 邏輯控制器部分

2#爐制粉系統優化控制包括四個調節對象，分別為給煤機變頻器調節、熱風門調節、冷風門調節和磨煤機再循環風門調節，完成對磨煤機負荷，磨煤機入口負壓，磨煤機出口溫度三個對象的調節，并設有必要聯鎖和保護。

2.2.1 磨煤機負荷的準確判斷

由于無法實現對磨煤機內部存煤量（負荷）的在線測量，磨煤機負荷判定只能由負荷特征量間接完成，其中最常用的負荷特征量有磨煤機進出口差壓、磨煤機電流和磨煤機噪聲負荷。但這些負荷特征量對負荷的表現通常是不一致的、不穩定的，如圖2 所示，壓差由于其非線性只能對負荷的極端情況進行判斷；磨煤機電流與負荷存在非單值對應關系；磨煤機噪聲也存在飽和現象，同時存在著因鋼球添加量和因環境產生的噪聲漂移。

因此，為了精確測量磨煤機負荷，2#爐制粉優化系統采用的模糊識別技術，模擬給出綜合磨煤機負荷量，將磨煤機最大磨電流對應負荷定義為50%，通過磨煤機電流、噪聲負荷和差壓之間在線運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對磨負荷測量的影響，保證了負荷測量的長期穩定性和準確性。

圖2 磨煤機負荷關系

2.2.2 磨煤機負荷控制系統

制粉系統給煤量的調節是制粉系統最大的難點，因涉及諸多因素，各個調節量之間的相互影響也很大。制粉優化控制系統使用了分層次、變參量解耦等高級控制算法，以磨煤機進出口負壓為限制值和最終優化目標，在進出口壓差不超限的情況下，以調節磨煤機出口溫度為副條件，以調節磨煤機負荷為主條件，并引入了磨煤機出口溫度的超限調節功能，如圖3 所示。

圖3 制粉優化控制邏輯原理圖

因此制粉優化控制系統能根據制粉系統的啟動、正常運行、停機等不同工況，控制磨煤機內存煤量在設定范圍，以確保磨煤機不會出現空磨、滿磨、堵磨等異常工況，提高制粉系統運行效率，實現在相同煤粉細度下磨制相同量的煤粉所耗的電量更少，從而使機組運行的經濟性得到提高。控制制粉系統進煤量主調節手段是調節給煤機，由于給煤機的非線性非常強，不同煤種條件下，即使輸出相同的指令也會有非常不同的煤量輸出，實際生產中進煤量調節比較困難。本系統使用串級控制算法，使得給煤機的煤量能夠實現平穩調節。

2.2.3 磨煤機出口溫度控制系統

磨煤機出口溫度控制系統能根據制粉系統的啟動、正常運行、停機等不同工況，控制磨煤機出口溫度在設定溫度值。當磨煤機出口溫度超限時，啟動聯鎖程序打開冷風門、關閉磨煤機熱風門。

磨煤機出口溫度控制系統的主調節量是給煤機的煤量，由給煤量來實現其粗調節功能，而其細調節是由熱風門、磨煤機再循環風門聯合進行反向調節實現的，在控制方案上引入了變系數解耦矩陣，使這一復雜的控制對象得以實現穩定的自動控制。

2.2.4 磨煤機入口負壓控制系統

磨煤機入口負壓控制系統能根據制粉系統的啟動、正常運行、停機等不同工況，控制磨煤機入口負壓在設定定值上，當熱風門、磨煤機再循環風門開度已經達到極限時，系統自動進入負壓調節，切除溫度調節功能，但溫度聯鎖功能繼續有效。

磨煤機入口負壓控制系統的主調節手段是熱風門、磨煤機再循環風門作為后備調節手段。由熱風門、磨煤機再循環風門同向調節實現負壓的調節。在控制方案上引入了風門流量變系數，在不同的風門開度使用不同的動作量，使磨煤機入口負壓控制穩定。

3 制粉優化控制系統的調試

在調試過程中，系統運行中主要參數設定如表1。帶下劃線數據為可調節數據，運行人員根據煤質的變化、給粉機轉速的變化，調節設定數據。

調試過程數據統計如表2。

表1 主要參數設定值

表2 2#爐甲、乙側制粉系統自動運行數據統計表（2011 年12 月16～24 日）

我們將制粉系統自動投入運行納入鍋爐專業管理內，每班對自動運行情況進行記錄。根據2011 年12 月16～24 日連續對制粉系統運行參數進行統計，可以看出，甲乙側制粉系統入口負壓控制在設定-350±50 Pa 以內、磨煤機出口溫度、一次風速控制在設定值。

結果分析：經過近兩周調試運行后，制粉系統自動投用率接近100%，鍋爐的制粉出力明顯增強，每班停磨時間達3 h 以上，制粉單耗經計算明顯降低。

4 制粉優化控制系統的再優化升級

經進一步分析研究，基于原有調節控制對象，我們通過加入排粉機預旋流風門、排粉機入口冷風門、排粉機入口熱風門、排粉機入口混合風門、排粉機入口風門、磨入口混合風門的控制，實現了排粉機出口風壓即入爐一次風速的控制，同時還實現制粉系統的一鍵程控啟停功能。

4.1 排粉機出口風壓的控制

對于2#爐的乏氣送粉系統，維持排粉機出口風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，排粉機出口風壓降低，一方面會引起管內積粉容易造成一次風管堵塞或積粉自燃，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；排粉機出口風壓過高，煤粉在爐內的著火將推遲影響鍋爐燃燒的穩定性。

4.2 制粉系統一鍵程控啟停功能

制粉系統經優化之后全部實現了自動控制，為制粉系統的一鍵啟停提供了可能，具體步驟說明見表3。

表3 制粉系統一鍵程控啟停功能

經過對一鍵啟停進行的調試和完善，達到了預期目標，實現了停磨倒風操作規范化、標準化，降低了人為操作的失誤率，確保操作過程平穩，最大程度降低對燃燒的影響，同時也增加了運行人員停磨降耗的積極性。

5 結束語

制粉優化控制系統投入運行以來，運轉良好，基本實現了制粉自動控制，保證了磨煤機出力最大化，最大限度避免了由于人為原因導致空磨、滿磨和燃燒擾動等異常運行工況，制粉系統運行效率得到明顯提高，降低了制粉電耗和設備損耗，提高了機組經濟效益，同時升級改造后的制粉系統更便于一次風速的自動控制，有利于各個火嘴的出力均勻，鍋爐燃燒穩定性得到提升。