磨煤機最佳正、反作用加載油壓運行的優化研究

李振林，葛志鵬，周嘉煒，郭占寶，趙文松，劉劍橋，黃 博

（河北涿州京源熱電有限責任公司，河北 涿州 072700）

0 引言

傳統的固定式磨輥加載系統由于磨輥加載力不能隨磨煤機工況變化而進行調整，導致磨煤機出力降低，制粉單位電耗增大，研磨件金屬磨損大及磨煤機振動大等問題，正反作用力及加載油壓的合理控制可以避免上述問題。程鴻、朱堯通過對磨煤機加載系統改造，提高了加載力的出力，從而提高了磨煤機的最大出力，并且有效降低同等煤量下的磨煤機電流[1]。茍琮琦、陳平、張宏宇對磨煤機加載系統進行了完整嚴謹的加載力試驗，得到了不同加載力下煤粉細度與磨出入口差壓對應的變化關系[2]。王培毅等通過進行磨煤機工況試驗，驗證了提高磨煤機加載力可以使煤粉細度更細，而且加載力降低會導致磨煤機碾磨出力下降，石子煤量增加，嚴重會導致堵磨[3]。員盼鋒、時勇強針對正常煤種、劣質煤種在不同加載力下的磨煤單耗、煤粉細度、石子煤排放量、底座振動等指標，給出了最佳加載力曲線[4]。王晉一等通過對液壓加載力及其性能曲線的優化，降低了磨煤機的單耗，提高了制粉系統運行經濟性[5]。王新立詳細介紹了磨輥加載力隨給煤量變化而變化的磨輥自動加載系統的構成及原理并對該系統進行了全面的分析，為國內MPS 磨煤機制造廠家設計和電廠改造加載系統提供參考[6]。

上述研究均取得了一定的成果，對磨煤機系統的穩定高效運行起到了一定的積極作用，但是上述分析和研究沒有考慮煤質變化、煤泥摻燒、蓬煤等工況，而上述工況在目前燃煤供應緊張、價格高企的背景下較為常見，對于這些工況的專項研究和優化就顯得十分重要。本文在借鑒前人研究的基礎上，針對上述問題，結合工程實際，進行了一系列試驗和測試，并根據試驗和測試結果提出了優化方案，在機組檢修期間進行了實施和調試，節能降耗效果顯著。

1 系統現狀分析

本廠采用MPS180HP-II 型中速磨煤機，該系列磨煤機具有高效、節能、低耗的特點，并且適應煤種的能力較強。目前，該型磨煤機在國內外市場上得到了廣泛的應用。磨煤機液壓變加載系統是磨煤機的重要組成部分，由高壓油泵站、油管路、加載油缸、蓄能器等部件組成。其功能如下：液壓系統為磨輥提供隨負荷而變化的碾磨壓力，從而控制煤粉研磨細度，其大小由比例溢流閥根據負荷變化的指令信號來控制液壓系統的壓力來實現。此控制系統有兩個比例溢流閥，通過調整比例閥開度分別控制作用力和反作用力的數值。

如圖1所示：該控制策略采用單回路PID 控制方式。設定值由給煤機煤量折算函數和運行人員手動設置偏置形成，通過PID 計算出閥位動作值。

圖1 原控制策略SAMA圖Fig.1 SAMA Diagram of the original control strategy

查看歷史趨勢發現，運行人員在調控制粉系統過程中，習慣性地將作用力的設定值增加正偏置，目的是加大磨輥與磨盤的壓力，從而使煤粉磨得更細。根據廠家提供的說明書所述內容，過大的作用力對于煤粉細度的改善效果有限，反而容易造成磨輥磨損程度加大，運行時長縮短。

除此之外，由于煤泥摻燒，入爐煤的黏性加大，2020年冬季1、2 號機組頻繁出現原煤斗蓬煤。由于正反作用力根據給煤量測量值進行調節，當發生蓬煤時給煤量測量值無法反映磨煤機中煤量的實際變化情況，導致磨輥的動作失去參考，進一步加大設備損耗。

根據目前系統的運行和控制情況，計劃通過研究磨煤機出入口差壓的變化情況，設計加載力折算函數對原有PID 的設定值進行修正，減少運行人員的頻繁干預，提高系統的穩定性，降低磨煤機耗電量。通過研究給煤機轉速的變化情況，設計超馳動作回路，當發生蓬煤工況時，迅速改變比例閥的輸出，使磨輥盡快抬起，減少磨輥和磨盤的磨損。

2 加載力手動偏置試驗

為了搞清楚磨煤機出入口差壓與加載力之間的關系，進行了加載力手動偏置調整試驗。在保證煤質相同、單臺給煤機煤量、風量相同的情況下，人為地調整加載力偏置，查看磨出入口差壓與電流的變化情況。

試驗磨組：1 號機組5 號磨，2 號機組3 號磨。試驗過程中采用同一種煤進行試驗，確保煤質不發生變化。

試驗前工況：保證煤質不產生變化的同時，控制給煤機煤量、風量穩定，保持反作用力不變，將正作用力偏置按照表1設置工況進行試驗。

表1 手動偏置試驗設定參數Table 1 Manual bias test setting parameters

通過對正、反作用力偏置的控制進行試驗，參數設定后持續運行60min。試驗過程中查看磨煤機電流、磨出入口差壓、磨風量、給煤量的變化情況。試驗后記錄相關參數，并統計60 min 的平均數見表2。

表2 手動偏置試驗數據Table 2 Manual bias test data

根據試驗發現，在保持磨煤機風量、給煤量不變的情況下，正加載力變化對磨煤機電流、磨出入口差壓有較大影響。當正加載力設置正偏置時，磨煤機電流增大，出入口差壓降低；當正加載力設置負偏置時，磨煤機電流減小，出入口差壓增大。在試驗工況下，正加載力與磨煤機電流和磨出入口差壓呈現線性關系，其中磨出入口差壓的變化較為明顯?？筛鶕鲜鰯祿O計磨出入口差壓-正加載力的對應函數，作為正加載力的設定值修正。

保持正加載力不變，反加載力的調整對磨煤機差壓及電流影響不明顯，但從保護磨輥的角度該項目具有一定實際意義。

3 加載力控制優化策略

3.1 磨出入口差壓函數優化

通過對磨煤機出入口差壓與加載力試驗數據的分析和觀察，設計出入口差壓和加載力之間的對應函數。在原有控制回路基礎上，對設定值形成回路進行優化，增加磨煤機出入口差壓折算函數，對加載力設定值進行修正?？刂瓶驁D如圖2。

圖2 新控制策略SAMA圖Fig.2 SAMA Diagram of the new control strategy

根據試驗數據確定磨出入口差壓-正加載力的函數關系F1(X)見表3。

表3 磨煤機出入口差壓-正加載力函數關系Table 3 The relationship between the differential pressure at the inlet and outlet of the coal pulverizer and the positive loading force

3.2 超馳控制回路優化

針對蓬煤工況，通過對給煤機轉速和轉速變化速率的判斷，對正、反加載油壓控制回路增加超馳功能。當給煤機轉速反饋大于1000rpm，并且10s 內轉速變化率大于300rpm 時，判定為磨組出現蓬煤工況，正反作用力超馳動作信號發出，直接控制正作用比例溢流閥關閉，反作用比例溢流閥打開，從而實現磨輥快速升起，減少磨輥與磨盤的磨損?？刂瓶驁D如圖3。

圖3 超馳功能邏輯圖Fig.3 Override function logic diagram

4 回路投運及效果分析

2021年12月2日，5 號磨煤機加載油壓控制系統將新增的出入口差壓修正回路投入，并與運行人員交底。新增回路已具備隨磨煤機出入口差壓調節加載力的能力，不需要人為頻繁調整偏置。

調取5 號磨煤機優化前后數據進行對比（煤質基本相同的時段），對比性能指標包括：2h 電量差、磨煤機出入口差壓、磨煤機電流、正加載力壓力，見表4。

表4 5號磨煤機優化前后參數對比Table 4 Comparison of parameters before and after optimization of No.5 coal mill

2021年12月14日，3 號磨煤機加載油壓控制系統將新增的出入口差壓修正回路投入，并與運行人員交底，新增回路已具備隨磨煤機出入口差壓調節加載力的能力，不需要人為頻繁調整偏置。

調取3 號磨煤機優化前后數據進行對比（煤質基本相同的時段），見表5。

表5 3號磨煤機優化前后參數對比Table 5 Comparison of parameters before and after optimization of No.3 coal mill

5 總結

2 號爐3 號磨煤機及5 號磨煤機投入新調節方式穩定運行3 個多月，經歷了機組的供熱工況，能夠適應機組負荷變化、煤質變化蓬煤等工況，優化后磨煤機電量消耗有所降低，磨煤機出入口差壓、磨煤機電流、正加載力等參數都表明調節過程中調節準確性增強，運行人員手動干預減少。

通過本次對于磨煤機加載力的研究，發現了正加載力對于磨煤機差壓與電流的變化關系，并對原加載力控制回路增加了磨出入口差壓-正加載力的設定值修正回路，通過測試和調整，磨煤機加載力的控制性能得到了一定的提升。同時，對蓬煤工況下磨組運行狀況的分析，確定了采用磨煤機轉速變化速率作為蓬煤判斷條件的超馳控制回路，使磨煤機在發生蓬煤工況時減少不必要的磨損。