中速磨煤机新型风煤比控制策略应用

张震

（山东魏桥创业集团，山东　邹平　256200）

中速磨煤机新型风煤比控制策略应用

张震

（山东魏桥创业集团，山东邹平256200）

对中速磨制粉系统而言，从设计与运行角度分析了风煤比、通风阻力、制粉电耗等多变量参数内部关系。在一次风量文丘里管测风装置波动大情况下，提出一种新型磨煤机通风阻力实现风煤比粗调PID模型，同时加以给煤量前馈和风煤比快速拉回回路前馈作用，实现了新型PID模型静态特性稳定与变负荷情况下的快速调节。

中速磨煤机；通风阻力；风煤比；控制策略；给煤量

0　引言

中速磨制粉系统具有启动迅速、调节灵活、制粉单耗低等优点，但系统滞后，延迟大，该类制粉系统对风煤比、磨出口温度有严格要求，风煤比的变化对炉膛燃烧的安全、经济性及磨煤机本身安全有较大影响。

某厂4×330 MW亚临界燃煤机组，锅炉采用华西能源配供HX1190/18.4—Ⅱ4汽包炉，燃烧器采用四角切圆，每层4只燃烧器，共20只燃烧器。配供北重MPS212中速辊盘式磨煤机，每台磨煤机对应一层燃烧器。制粉系统采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台炉配5台磨煤机，4运1备。该厂在投运初期设计的传统风煤比控制策略现场使用效果较差。

1　传统风煤比控制策略

每台磨煤机入口水平风道上均装有矩阵式文丘里管测风装置，测得的风量通过风温、风压补偿后，分别进入磨煤机风量调节系统、FSSS系统参与主保护及磨煤机风量低跳闸保护。其中磨煤机入口风量通过调整一次热风调节档板的开度来控制，磨煤机出口温度通过调整一次冷风调节档板的开度来控制。

机组投产后，制粉系统运行中磨煤机入口风量自动投入困难，其原因是入口一次风量测量值的波动大，在冷热风调节过程中，入口风量不随调节档板线性变化。因此，影响机组协调控制系统的正常投运。

结合3号机组现场检查和试验情况，分析认为产生风量偏差的原因主要有以下几点［1-3］。

1）文丘里管前直管段远小于要求的5倍当量直径。正是因风道中测风装置布置不合理，再加上风道弯头和膨胀节以及一次冷、热风调节档板开度的影响，使测风装置处在不稳定流场中，测量截面处气流分布不均匀，所测得的风量差压不具有代表性。

2）磨煤机的一次风量取决于给煤量，且冷热风混合时呈直角混合；在运行调整过程中，一次冷风调节档板控制出口温度，一次热风调节档板控制入口风量；随煤量及煤质的变化，一次冷、热风调节档板组合开度变化造成气流分布频繁改变，导致所测得的风量差压不具代表性。

3）通过文丘里管测风装置测得风量需折算成标准体积流量，必须经过风温、风压的补偿。由于原混合风温的测点安装在测风装置前直管段入口处（即冷热风混合时呈直角混合处），温度场不可能均匀，从而导致所测温度与差压探头处温度存在偏差，影响流量的测量精度。

4）一次冷、热调节挡板线性度差。一次冷、热风调节挡板开关试验表明，一次冷、热风调节挡板开度在0%～50%之间时，一次风量变化为0～90 t/h；一次冷、热风调节挡板开度在50%～100%之间时，一次风量变化为90～100 t/h。

综上所述，一次冷、热风调节挡板与一次风量、磨出口温度参数非线性问题已严重影响自动投运。通过试验研究，在无法改变磨煤机入口直管段长度以及风温、风压测点位置前提下，需对磨煤机模型重新识别建立新型风煤比控制模型。

2　新型风煤比控制策略

研究表明，磨煤机负荷（给煤量）与一次风量、通风阻力、制粉电耗都呈线性关系［4］。因一次风量波动较大，用通风阻力代替一次风量作为PID的被调量，磨煤机负荷（给煤量）作为PID设定值，从而构成新型PID控制模型，实现风煤比粗调，同时引入磨煤机负荷前馈以及一次风量与磨煤机负荷比值作为前馈细调，实现变负荷精确控制。新型控制策略逻辑图，如图1所示。

图1　新型控制策略逻辑

2.1通风阻力测量

为保证风煤比适应燃烧过程，需满足磨煤机负荷与通风阻力的单值函数关系，即磨煤机负荷与通风阻力关系曲线，如图2所示。通风阻力通过磨煤机进出口压差变送器获得，根据磨煤机进口压力、出口压力变送器差值计算；以上3个变送器测点均已引入DCS系统，实现了通风阻力被调量的测量。

图2　磨煤机负荷与通风阻力关系

图3　磨煤机负荷与　轴功率关系

因通风阻力测点长期处于热风带煤粉过程，漏风和堵塞会导致测点失真。为避免通风阻力信号失真，在原有定期吹扫装置控制回路增加定期循环吹扫3台变送器引压管路逻辑，保证单一测点吹扫过程中测点维持吹扫前压力信号，实现测点信号长期稳定、快速准确。

为优化被调量三取二测量方式，依据磨煤机负荷与轴功率关系曲线，如图3所示，可将磨煤机电机（6 kV电机）轴功率换算成磨煤机电机电流与通风阻力的单值函数关系曲线，如图4所示。

图4　电机电流与通风阻力关系

2.2给煤量设定值确定

相比于中储式制粉系统而言，中速磨制粉系统具有滞后、延迟大特性。分析磨煤机数学模型［5］，磨煤机输出给煤量与输入给煤量相比，惯性迟延较大，如图5所示。通过曲线可以看出，协调增加磨煤机输入给煤量对辊式磨煤机出口给煤量惯性时间相差在15 s左右。机组协调方式下，一次调频要求负荷响应时间不大于15 s，为了稳定机前压力，需在机组变负荷过程中快速增加一次风量。

图5　磨煤机输入给煤量与输出给煤量关系

2.3PID设置

静态特性。DCS系统采用积分分离PID设置为正作用方式，即当通风阻力增加时，需自动开一次热风调节挡板，实现线性增加一次风量保证风煤比在合理范围内，从而防止堵磨发生。

动态特性。磨煤机变负荷过程中，因给煤量增减直接影响PID设定值增减变化。通过动态试验发现，当给煤量增加时，导致一次热风调节挡板自动关，不符合调节目的，针对此情况可设置变负荷判断逻辑作用在PID前馈回路，抵消一次热风调节挡板瞬间关的反作用，实现风煤比的交叉闭锁功能［6］，即增加给煤量前先涨一次风量，降一次风量前先降给煤量。

2.4前馈回路设置

通过PID回路变负荷动态试验，增加给煤量与一次热风调节挡板开度单值函数前馈［7］，如图6所示。实现快速调节一次热风调节挡板，充分利用磨煤机内部存煤，适应机组协调变负荷调节的快速性、准确性。

图6　给煤量与一次热风调节挡板开度关系

图7　给煤量与一次　风量关系

中速磨制粉系统依据给煤量与一次风量关系曲线，如图7所示，得出风煤比为1.5∶1（最小给煤量情况下除外），为此在通风阻力PID粗调的基础上增加风煤比快速拉回回路。控制逻辑经优化后设计为：当风煤比小于1.5∶1延迟100 s后，增加一次热调节挡板开2%正偏置；复位条件为风煤比不小于1.5∶1延迟5 s，一次热调节挡板限速关0.3%/min，直至2%正偏置回调为0%。

3　优化后的控制效果

新型风煤比控制策略应用表明，给煤量在20～45 t/h范围内调整，磨煤机液压站变加载力自动调整在6～11 MPa，磨煤机动静态旋转分离器转速自动调整在50～65 r/min。通风阻力过渡过程无超调现象，衰减率在0.7～0.9之间，稳定时间在2 min内；一次风量过渡过程衰减率在0.7～0.9之间，稳定时间在1 min内；磨煤机出口温度过渡过程衰减率在0.7～0.9之间，稳定时间在6 min内；一次冷、热风调节挡板调节快速、准确、稳定，如图8所示。新型风煤比控制策略达到了优化自动调节效果。

图8　磨煤机变负荷试验曲线

4　结语

330 MW机组中速磨煤机一次风管设计布局不合理造成一次风量波动大、非线性的问题较为突出，不利于系统稳定及快速调节。在无法消除异常缺陷情况下，通过现场动态调整试验，建立了通风阻力风煤比模型。运行实践证明中速磨制粉系统应用新型通风阻力调节风煤比模型效果显著。

［1］DL/T 5190.4—2012电力建设施工技术规范第4部分：热工仪表及控制装置［S］.

［2］常毅君，王晓冰，张波，等.磨煤机入口一次风量测量数值模拟研究［J］.热力发电，2012，41（12）：48-54.

［3］ISO 5167-4：2003用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第4部分：文丘里管［S］.

［4］北方重工集团有限公司.MPS212中速磨煤机使用说明书［R］.沈阳：北方重工集团有限公司，2013.

［5］边力秀，周俊霞，赵劲松，等.热工控制系统［M］.北京：中国电力出版社，2001：223-228.

［6］王培萍，赵世伟，岳希明，等.ZGM113G型中速磨煤机运行问题分析［J］.热力发电，2010，39（1）：56-60.

［7］王海涛.磨煤机控制系统耦合问题分析及其解耦控制［J］.热力发电，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

张震（1984），男，从事大型火电机组的控制系统调试及热控试验工作。