中速磨制粉狀態(tài)監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)在1 000MW機組的應(yīng)用

李洪泉，渠懷珠，彭文邦

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400）

0 引言

某電廠1 000 MW 機組一期工程兩臺1 000 MW燃煤汽輪發(fā)電機組。制粉系統(tǒng)采用冷一次風(fēng)正壓直吹式，每臺鍋爐配6 臺中速輥式磨煤機。

中速磨在運行中，磨輥加載力［1］根據(jù)給煤量線性變加載調(diào)節(jié)，分離器轉(zhuǎn)速根據(jù)給煤量線性調(diào)節(jié)，磨輥與磨碗間煤層厚度和磨損量無法實現(xiàn)在線測量，煤粉細(xì)度無法在線測量。通過逐臺磨煤機加載力優(yōu)化調(diào)整試驗，找到不同出力下最佳單耗和最佳煤粉細(xì)度的對應(yīng)最佳加載力變化規(guī)律，并在不同出力、煤質(zhì)及水分等工況下，將加載力動態(tài)調(diào)整在最佳范圍。該調(diào)節(jié)方案在出力、煤質(zhì)和水分變化的情況下，不能自動修正調(diào)整加載力，不能自動調(diào)節(jié)煤層厚度，無法實現(xiàn)磨煤機出口煤粉細(xì)度在線分析。進而無法根據(jù)煤粉細(xì)度變化趨勢在線調(diào)整分離器轉(zhuǎn)速，煤粉細(xì)度和均勻性調(diào)節(jié)困難［2］。

通過設(shè)計優(yōu)化，對磨煤機系統(tǒng)進行改造，加裝一套中速磨制粉狀態(tài)監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)，以中速磨分離器出口煤粉細(xì)度在線分析、中速磨煤層厚度在線檢測以及振動在線監(jiān)測為基礎(chǔ)，通過磨輥壓緊力、給煤量、分離器旋轉(zhuǎn)速度的在線自動協(xié)調(diào)控制，在線調(diào)整和自動控制煤粉細(xì)度、煤層厚度和磨煤機振動，從而實現(xiàn)中速磨系統(tǒng)制粉出力、細(xì)度調(diào)控和運行水平提升。

1 工作原理

1.1 煤層厚度測量

煤層厚度在線檢測系統(tǒng)是一套硬件測量與軟測量技術(shù)結(jié)合的測量系統(tǒng)，如圖1 所示。該系統(tǒng)通過安裝在磨輥支持架上的高分辨率位移激光測量系統(tǒng)，監(jiān)測出運行期間磨輥整體的抬升量，通過激光測距采集磨煤機運行期間磨輥提升數(shù)據(jù)，將不斷抖動的磨輥抬升量進行濾波和算法分析，得出穩(wěn)定的抬升量數(shù)據(jù)，再通過磨輥和磨碗磨損分析建模和建模自動修正軟測量技術(shù)對抬升高度進行修正，剔除磨損值，輸出磨輥與磨碗間原煤厚度的精確測量值，同時在線輸出磨輥的磨損量。

圖1 煤層厚度激光測量原理

1.2 磨輥加載力優(yōu)化控制

磨輥加載力優(yōu)化控制技術(shù)，以給煤量變化作為前饋，以煤層厚度測量值作為反饋，通過在線自動調(diào)整磨輥壓力，將原煤層厚度控制在設(shè)定范圍內(nèi)，實現(xiàn)磨輥加載力、磨煤機出力、煤層厚度三者之間的最佳匹配［3］，如圖2所示。

圖2 磨輥加載力優(yōu)化控制關(guān)系

1.3 煤粉細(xì)度在線軟測量

煤粉細(xì)度采用基于支持向量機、多傳感數(shù)據(jù)融合［4］等先進技術(shù)的煤粉細(xì)度變化趨勢在線實時軟測量技術(shù)，把影響煤粉細(xì)度的分離器轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速、磨輥碾磨力、給煤量、磨內(nèi)風(fēng)速等因素建立一個煤粉細(xì)度趨勢分析的仿真數(shù)據(jù)處理模型［5］如圖3所示，結(jié)合煤粉細(xì)度化驗結(jié)果和調(diào)整效果反饋值在線修正技術(shù)，實現(xiàn)煤粉細(xì)度及其變化趨勢的在線分析，為煤粉細(xì)度的在線調(diào)節(jié)和分離器轉(zhuǎn)速在線控制，提供調(diào)節(jié)依據(jù)。在線測量技術(shù)只有通過在線自動控制，才能最大限度地發(fā)揮其作用，煤粉細(xì)度的在線測量也一樣，只有以煤粉細(xì)度在線測量值作為反饋信號，通過自動調(diào)整轉(zhuǎn)籠速度、煤層厚度以及通風(fēng)量，最終實現(xiàn)煤粉細(xì)度的閉環(huán)自動控制才有意義［6］。煤粉細(xì)度在線分析的目的不在于細(xì)度絕對值的多少，而是借助煤粉細(xì)度變化趨勢在線分析結(jié)果，通過自動調(diào)整和控制影響煤粉細(xì)度的變化因素，將煤粉細(xì)度閉環(huán)控制在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。

圖3 煤粉細(xì)度在線軟測量

1.4 分離器優(yōu)化控制

根據(jù)煤粉細(xì)度變化趨勢在線實時軟測量［7］結(jié)果，結(jié)合煤粉細(xì)度化驗細(xì)度結(jié)果在線修正技術(shù)，在設(shè)定范圍內(nèi)閉環(huán)控制分離器轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)細(xì)度趨勢的在線測量和閉環(huán)控制。其控制原理的實質(zhì)，就是尋找影響煤粉細(xì)度與各種因素之間的內(nèi)在規(guī)律［8］，以煤粉軟測量分析結(jié)果為反饋，通過控制煤層厚度控制煤粉細(xì)度分布的穩(wěn)定性，通過在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)精細(xì)在線調(diào)整轉(zhuǎn)籠速度，與給煤量、通風(fēng)量和磨輥加載力相匹配，實現(xiàn)煤粉細(xì)度和均勻性的穩(wěn)定和可控［9］。如圖4所示。

圖4 分離器優(yōu)化控制原理

2 磨煤機性能試驗和實施效果

2.1 試驗方法

磨煤機給煤量置于手動，分別將給煤量置于60 t/h、65 t/h、75 t/h、80 t/h、85 t/h，在每個出力下，調(diào)整至不同加載力和分離器轉(zhuǎn)速，每個工況在穩(wěn)定后保持1 h 左右取煤樣，化驗煤粉細(xì)度；分別記錄磨煤機電量表碼、給煤機累計表碼，計算出制粉單耗和制粉出力；記錄每個工況下的煤層厚度、磨進出口差壓。

2.2 試驗結(jié)果

2.2.1 加載力與煤粉細(xì)度、磨進出口差壓、煤層厚度的關(guān)系

表1為A磨煤機在不同給煤量下，加載力與煤層厚度、磨進出口差壓及煤粉細(xì)度百分比的關(guān)系。在給煤量和加載力試驗范圍內(nèi)，從圖中可以看出，相同給煤量下，隨著磨煤機加載力的增加，磨輥對煤的研磨作用變大，煤層厚度逐漸減小，煤粉逐漸變細(xì)，R90與R200所占的比例逐漸減小，各給煤量下由于加載力不同導(dǎo)致的煤粉細(xì)度相差10%～15%，變化比較明顯，煤粉變細(xì)后，可以更容易被吹出磨煤機，因此磨進出口差壓也呈減小趨勢，同理，對F 磨煤機進行試驗也可以得出相同的結(jié)果，如表2。

表1 A磨加載力與煤粉細(xì)度、煤層厚度、磨進出口差壓的關(guān)系

表2 F磨加載力與煤粉細(xì)度、煤層厚度、磨進出口壓差的關(guān)系

2.2.2 給煤量、加載力與制粉單耗的關(guān)系

圖5 為磨煤機給煤量、加載力與制粉單耗的關(guān)系。從圖中可以看出，相同給煤量下，加載力對磨煤機的單耗影響較小，試驗工況下差值在0.33%～1.74%之間，而不同給煤量對磨煤機的單耗影響較大，且隨著給煤量的增加，磨煤機的單耗呈減小趨勢，當(dāng)出力由85 t/h 降至80 t/h、75 t/h、65 t/h 時，制粉單耗分別升高6.4%、11.8%和24.5%。

圖5 磨煤機給煤量、加載力與制粉單耗的關(guān)系

2.2.3 分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度關(guān)系

圖6 為磨煤機分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度關(guān)系。從圖6 中可以看出，隨著磨煤機分離器轉(zhuǎn)速的增加，R90所占的百分比逐漸減小，煤粉逐漸變細(xì)。

圖6 磨煤機分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度關(guān)系

2.3 試驗結(jié)論

相同給煤量下，隨著磨煤機加載力的增加，煤層厚度減小，磨進出口差壓減小，煤粉細(xì)度變細(xì)，各給煤量下由于加載力不同導(dǎo)致的煤粉細(xì)度相差10%～15%，變化比較明顯。

相同給煤量下，加載力對磨煤機的單耗影響較小，試驗工況下差值在0.33%～1.74%之間，而不同給煤量對磨煤機的單耗影響較大，隨著給煤量的增加，磨煤機的單耗呈減小趨勢，當(dāng)出力由85 t/h 降至80 t/h、75 t/h、65 t/h 時，制粉單耗分別升高6.4%、11.8%和24.5%。

隨著磨煤機分離器轉(zhuǎn)速的增加煤粉逐漸變細(xì)。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)中速正壓直吹磨煤機無法實時測量磨煤機煤層厚度、分離器出口煤粉細(xì)度等運行指標(biāo)，當(dāng)負(fù)荷較高，煤層較厚時磨煤機加載力與分離器轉(zhuǎn)速等指標(biāo)無法協(xié)調(diào)配合，此時不僅有堵磨風(fēng)險，也不利于磨煤機經(jīng)濟運行。

經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化，加裝中速磨制粉狀態(tài)監(jiān)測與智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，以中速磨分離器出口煤粉細(xì)度在線分析、中速磨煤層厚度在線檢測以及振動在線監(jiān)測為基礎(chǔ)，測量煤層厚度，煤粉細(xì)度進而使磨輥加載力、給煤量、分離器轉(zhuǎn)速有機結(jié)合，在線調(diào)整和自動控制煤粉細(xì)度、煤層厚度和磨機振動，從而實現(xiàn)中速磨研磨系統(tǒng)在制粉出力、細(xì)度調(diào)控和運行水平提升，并通過試驗驗證了上訴系統(tǒng)的有效性，降低了磨煤機堵磨風(fēng)險，并保證磨煤機經(jīng)濟運行。