張震

（山東魏橋創(chuàng)業(yè)集團(tuán)，山東　鄒平　256200）

中速磨煤機(jī)新型風(fēng)煤比控制策略應(yīng)用

張震

（山東魏橋創(chuàng)業(yè)集團(tuán)，山東鄒平256200）

對中速磨制粉系統(tǒng)而言，從設(shè)計(jì)與運(yùn)行角度分析了風(fēng)煤比、通風(fēng)阻力、制粉電耗等多變量參數(shù)內(nèi)部關(guān)系。在一次風(fēng)量文丘里管測風(fēng)裝置波動(dòng)大情況下，提出一種新型磨煤機(jī)通風(fēng)阻力實(shí)現(xiàn)風(fēng)煤比粗調(diào)PID模型，同時(shí)加以給煤量前饋和風(fēng)煤比快速拉回回路前饋?zhàn)饔?，?shí)現(xiàn)了新型PID模型靜態(tài)特性穩(wěn)定與變負(fù)荷情況下的快速調(diào)節(jié)。

中速磨煤機(jī)；通風(fēng)阻力；風(fēng)煤比；控制策略；給煤量

0　引言

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

某廠4×330 MW亞臨界燃煤機(jī)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(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)對應(yīng)一層燃燒器。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配5臺(tái)磨煤機(jī)，4運(yùn)1備。該廠在投運(yùn)初期設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)風(fēng)煤比控制策略現(xiàn)場使用效果較差。

1　傳統(tǒng)風(fēng)煤比控制策略

每臺(tái)磨煤機(jī)入口水平風(fēng)道上均裝有矩陣式文丘里管測風(fēng)裝置，測得的風(fēng)量通過風(fēng)溫、風(fēng)壓補(bǔ)償后，分別進(jìn)入磨煤機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、FSSS系統(tǒng)參與主保護(hù)及磨煤機(jī)風(fēng)量低跳閘保護(hù)。其中磨煤機(jī)入口風(fēng)量通過調(diào)整一次熱風(fēng)調(diào)節(jié)檔板的開度來控制，磨煤機(jī)出口溫度通過調(diào)整一次冷風(fēng)調(diào)節(jié)檔板的開度來控制。

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

結(jié)合3號(hào)機(jī)組現(xiàn)場檢查和試驗(yàn)情況，分析認(rèn)為產(chǎn)生風(fēng)量偏差的原因主要有以下幾點(diǎn)［1-3］。

1）文丘里管前直管段遠(yuǎn)小于要求的5倍當(dāng)量直徑。正是因風(fēng)道中測風(fēng)裝置布置不合理，再加上風(fēng)道彎頭和膨脹節(jié)以及一次冷、熱風(fēng)調(diào)節(jié)檔板開度的影響，使測風(fēng)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(fēng)量差壓不具有代表性。

2）磨煤機(jī)的一次風(fēng)量取決于給煤量，且冷熱風(fēng)混合時(shí)呈直角混合；在運(yùn)行調(diào)整過程中，一次冷風(fēng)調(diào)節(jié)檔板控制出口溫度，一次熱風(fēng)調(diào)節(jié)檔板控制入口風(fēng)量；隨煤量及煤質(zhì)的變化，一次冷、熱風(fēng)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(fēng)量差壓不具代表性。

3）通過文丘里管測風(fēng)裝置測得風(fēng)量需折算成標(biāo)準(zhǔn)體積流量，必須經(jīng)過風(fēng)溫、風(fēng)壓的補(bǔ)償。由于原混合風(fēng)溫的測點(diǎn)安裝在測風(fēng)裝置前直管段入口處（即冷熱風(fēng)混合時(shí)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(fēng)調(diào)節(jié)擋板開關(guān)試驗(yàn)表明，一次冷、熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度在0%～50%之間時(shí)，一次風(fēng)量變化為0～90 t/h；一次冷、熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度在50%～100%之間時(shí)，一次風(fēng)量變化為90～100 t/h。

綜上所述，一次冷、熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板與一次風(fēng)量、磨出口溫度參數(shù)非線性問題已嚴(yán)重影響自動(dòng)投運(yùn)。通過試驗(yàn)研究，在無法改變磨煤機(jī)入口直管段長度以及風(fēng)溫、風(fēng)壓測點(diǎn)位置前提下，需對磨煤機(jī)模型重新識(shí)別建立新型風(fēng)煤比控制模型。

2　新型風(fēng)煤比控制策略

研究表明，磨煤機(jī)負(fù)荷（給煤量）與一次風(fēng)量、通風(fēng)阻力、制粉電耗都呈線性關(guān)系［4］。因一次風(fēng)量波動(dòng)較大，用通風(fēng)阻力代替一次風(fēng)量作為PID的被調(diào)量，磨煤機(jī)負(fù)荷（給煤量）作為PID設(shè)定值，從而構(gòu)成新型PID控制模型，實(shí)現(xiàn)風(fēng)煤比粗調(diào)，同時(shí)引入磨煤機(jī)負(fù)荷前饋以及一次風(fēng)量與磨煤機(jī)負(fù)荷比值作為前饋細(xì)調(diào)，實(shí)現(xiàn)變負(fù)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(fēng)阻力測量

為保證風(fēng)煤比適應(yīng)燃燒過程，需滿足磨煤機(jī)負(fù)荷與通風(fēng)阻力的單值函數(shù)關(guān)系，即磨煤機(jī)負(fù)荷與通風(fēng)阻力關(guān)系曲線，如圖2所示。通風(fēng)阻力通過磨煤機(jī)進(jìn)出口壓差變送器獲得，根據(jù)磨煤機(jī)進(jìn)口壓力、出口壓力變送器差值計(jì)算；以上3個(gè)變送器測點(diǎn)均已引入DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)阻力被調(diào)量的測量。

圖2　磨煤機(jī)負(fù)荷與通風(fēng)阻力關(guān)系

圖3　磨煤機(jī)負(fù)荷與　軸功率關(guān)系

因通風(fēng)阻力測點(diǎn)長期處于熱風(fēng)帶煤粉過程，漏風(fēng)和堵塞會(huì)導(dǎo)致測點(diǎn)失真。為避免通風(fēng)阻力信號(hào)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(tái)變送器引壓管路邏輯，保證單一測點(diǎn)吹掃過程中測點(diǎn)維持吹掃前壓力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)信號(hào)長期穩(wěn)定、快速準(zhǔn)確。

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

圖4　電機(jī)電流與通風(fēng)阻力關(guān)系

2.2給煤量設(shè)定值確定

相比于中儲(chǔ)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(jī)數(shù)學(xué)模型［5］，磨煤機(jī)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(jī)輸入給煤量對輥式磨煤機(jī)出口給煤量慣性時(shí)間相差在15 s左右。機(jī)組協(xié)調(diào)方式下，一次調(diào)頻要求負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間不大于15 s，為了穩(wěn)定機(jī)前壓力，需在機(jī)組變負(fù)荷過程中快速增加一次風(fēng)量。

圖5　磨煤機(jī)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(dāng)通風(fēng)阻力增加時(shí)，需自動(dòng)開一次熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，實(shí)現(xiàn)線性增加一次風(fēng)量保證風(fēng)煤比在合理范圍內(nèi)，從而防止堵磨發(fā)生。

動(dòng)態(tài)特性。磨煤機(jī)變負(fù)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(dòng)態(tài)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給煤量增加時(shí)，導(dǎo)致一次熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板自動(dòng)關(guān)，不符合調(diào)節(jié)目的，針對此情況可設(shè)置變負(fù)荷判斷邏輯作用在PID前饋回路，抵消一次熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板瞬間關(guān)的反作用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)煤比的交叉閉鎖功能［6］，即增加給煤量前先漲一次風(fēng)量，降一次風(fēng)量前先降給煤量。

2.4前饋回路設(shè)置

通過PID回路變負(fù)荷動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，增加給煤量與一次熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度單值函數(shù)前饋［7］，如圖6所示。實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)一次熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，充分利用磨煤機(jī)內(nèi)部存煤，適應(yīng)機(jī)組協(xié)調(diào)變負(fù)荷調(diào)節(jié)的快速性、準(zhǔn)確性。

圖6　給煤量與一次熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度關(guān)系

圖7　給煤量與一次　風(fēng)量關(guān)系

中速磨制粉系統(tǒng)依據(jù)給煤量與一次風(fēng)量關(guān)系曲線，如圖7所示，得出風(fēng)煤比為1.5∶1（最小給煤量情況下除外），為此在通風(fēng)阻力PID粗調(diào)的基礎(chǔ)上增加風(fēng)煤比快速拉回回路。控制邏輯經(jīng)優(yōu)化后設(shè)計(jì)為：當(dāng)風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(jī)液壓站變加載力自動(dòng)調(diào)整在6～11 MPa，磨煤機(jī)動(dòng)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)整在50～65 r/min。通風(fēng)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(shí)間在2 min內(nèi)；一次風(fēng)量過渡過程衰減率在0.7～0.9之間，穩(wěn)定時(shí)間在1 min內(nèi)；磨煤機(jī)出口溫度過渡過程衰減率在0.7～0.9之間，穩(wěn)定時(shí)間在6 min內(nèi)；一次冷、熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，如圖8所示。新型風(fēng)煤比控制策略達(dá)到了優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)效果。

圖8　磨煤機(jī)變負(fù)荷試驗(yàn)曲線

4　結(jié)語

330 MW機(jī)組中速磨煤機(jī)一次風(fēng)管設(shè)計(jì)布局不合理造成一次風(fēng)量波動(dòng)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(dòng)態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，建立了通風(fēng)阻力風(fēng)煤比模型。運(yùn)行實(shí)踐證明中速磨制粉系統(tǒng)應(yīng)用新型通風(fēng)阻力調(diào)節(jié)風(fēng)煤比模型效果顯著。

［1］DL/T 5190.4—2012電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范第4部分：熱工儀表及控制裝置［S］.

［2］常毅君，王曉冰，張波，等.磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量測量數(shù)值模擬研究［J］.熱力發(fā)電，2012，41（12）：48-54.

［3］ISO 5167-4：2003用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量 第4部分：文丘里管［S］.

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

［5］邊力秀，周俊霞，趙勁松，等.熱工控制系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2001：223-228.

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

［7］王海濤.磨煤機(jī)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(jī)組的控制系統(tǒng)調(diào)試及熱控試驗(yàn)工作。