遥测料位测量系统在双进双出磨煤机上的应用

国家能源蓬莱发电有限公司 程孝峰 徐西俊 孙亚伟

国电蓬莱发电有限公司2台330MW锅炉的制粉系统采用双进双出钢球磨煤机正压直吹系统，每台炉配3套双进双出钢球磨煤机，采用沈阳重型机械有限责任公司生产的BBD4060B双进双出磨煤机，磨煤机料位采用传统的压差料位与电耳料位系统。

1 磨煤机料位现在存在的问题

1.1 差压法测量料位的问题

差压料位主要测量的是漂浮煤粉的高度和浓度、而不是测量影响研磨效果的磨煤机内原煤和钢球的比例，所以差压料位无法表征磨煤机内部原煤的存量。以差压作为给煤机自动控制的主信号，当锅炉负荷变化频繁时往往出现磨煤机出力跟不上锅炉负荷调整的现象；磨煤机内物料分布不均匀，磨煤机内原煤从与钢球混合的大块物料到悬浮空中的粉状煤粉呈不均匀分布的动态流动过程，而磨煤机内煤粉分布对通风阻力影响大，导致差压料位测量线性较差，测量的精确性降低。

在启磨建立料位初期和停磨抽空时，差压料位测量存在死区，无法正确反映料位波动情况；差压料位系统日常维护困难且维护量大、维护费用高，时常发生取样管路磨损、堵塞及差压料位探头保护套脱落、变形现象，造成磨煤机差压料位测量不准确取样。当管路磨损严重时必须等到机组大小修停机才能恢复，一旦差压料位存在异常，运行人员只能根据磨煤机电流、分离器出口温度等参数的变化，通过经验来判断磨煤机的料位，极容易造成磨煤机满磨或空磨运行，严重影响机组安全稳定生产。

1.2 电耳测量料位的问题：

电耳测量磨煤机料位是通过在磨煤机筒体附近的地面上安装音频采集装置，通过分析磨煤机噪音的大小来判断磨煤机料位的多少，但由于受环境噪音干扰，信号源衰减大，料位信号测量不准确、线性差、反应慢等原因，在机组投产后电耳料位不再作为运行人员的参考料位，已停止使用。

2 遥测料位测量系统的原理和特点

遥测料位测量是把传感器直接安装在磨煤机筒体上，在筒体旋转过程中，实时检测磨煤机运行过程中的振动信号与磨内的料位、填充率、钢球和衬板状况。当磨内料位低、存料量少时，钢球之间以及钢球与衬板间因缓冲物减少而振动加剧，传导至磨筒体表面的振动增大；当磨内料位上升、存料量增加时缓冲物增多，磨内及传导至筒体表面的振动减小。磨内钢球面以上的煤层厚度以及钢球之间的原煤厚度直接影响原煤的破碎和研磨效果，其厚度变化会导致磨内振动波形、频率等特征的变化，通过分析磨内的振动信号可精确可靠地分析磨内物料流动等状态；经过遥测料位检测装置的智能分析和数据融合，输出两个4～20mA标准料位信号值用于显示料位和自动控制给煤机，其测量和控制范围涵盖了从完全空磨到超高料位全过程。

遥测料位测量系统增加了基于振动分析的原煤料位测量装置，实现了磨内原煤料位和煤粉料位的同步测量。以原煤料位和料位测量信号为基础，通过融合分析，综合分析出磨内料位状态，得出综合料位融合信号，并综合料位设定值、给煤量反馈、风量信号、出口温度、负荷信号等参数，经过综合分析实现给煤自动控制。基于该料位融合信号的给煤自动控制系统，能在确保煤粉存量的情况下实现包括球煤比例和煤粉高度在内的磨内状态精确控制，并自动平衡磨煤机两侧分离器出口温度。相较于单纯的差压给煤自动系统，应用遥测料位控制可使制粉系统更加平稳，煤粉细度和风煤比更加稳定，有效地降低制粉单耗和钢耗，稳定锅炉机组参数，提高锅炉机组的经济效益。

遥测料位测量装置传感器直接安装在旋转的筒体上以检测磨内振动等状态信号，彻底解决了传统方法无法直接测量磨内信息及强干扰导致的精度低、可靠性差的难题。从根本上避免了差压法测量料位反应滞后，低料位测量不准，取样管路容易磨损、堵塞且维护困难等缺点；也避免了传统电耳法测量的料位信号衰减严重、受外界噪音干扰严重，导致料位测量不准的缺点，实现了对磨内料位等状态参数直接、精确的测量。同时，在差压系统出现故障、无法投入自动控制时，单独用原煤料位信号结合智能前馈控制技术实现给煤机投自动，确保控制效果优于原有差压料位给煤自动控制特性。彻底解决差压料位故障时给煤机无法投自动而影响燃烧系统稳定性和经济性的问题。

3 改造方案

3.1 硬件改动

筒体料位测量装置：磨煤机筒体上的传感器测量方法新颖独特，将传感器直接安装在距离磨煤机筒体端部1/3处的位置随磨煤机筒体一同旋转，在旋转过程中测量磨煤机筒体内料位分布，实现最直接的测量。信号稳定可靠是控制磨煤机料位的核心技术，它采用重力自发电技术供电和无线传输技术，使传感器常年不间断地测量旋转设备状态参数，并通过无线发射将筒体振动信号传送至就地料位采集箱。新型重力自发电技术结合无线传输技术，使得从旋转部件到地面之间不需要任何连接导线。

轴瓦料位测量装置：磨煤机轴瓦上的传感器在磨煤机旋转向下方向的出料端轴瓦上选定安装位置并加装防碰撞外壳，将轴瓦振动信号通过有线通讯的方式将信号传输到就地料位采集箱。

就地料位采集箱：就地料位采集箱在磨煤机周围就近选择合适的位置通过膨胀螺丝进行固定，负责与安装在筒体设备上的数据采集部分进行无线数据通讯，与轴瓦设备上的数据采集部分进行有线数据通讯；接受采集到的数据，并且上传数据采集部分的参数。就地料位采集箱提供两种接口：RS485通讯方式和4～20mA电流输出，将收集到的振动信号分别传输至料位自动控制柜和DCS控制柜。

电子间增加一套料位自动控制柜：在控制柜内安装工业控制计算机、显示器及运行优化控制程序。工控机与DCS控制柜之间采用RS485串口的modbus通讯方式与硬接线方式综合实现。系统采用先进的测量和数据处理方法及多数据融合技术，将来自多传感器或多源的信息和数据模仿专家的综合信息处理能力进行智能化处理，从而得出更为准确可信的结论。

3.2 软件改动

DCS侧模拟量及数字量输出信号的传输。给煤机转速反馈、容量风风量、给煤量、分离器出口温度、磨内原煤料位、分离器出口压力、磨出入口差压等模拟量通过Modbus通信传输至料位自动控制系统。给煤机手/自动切换数字量信号通过Modbus通信的通讯方式，由DCS直接传输至料位自动控制系统。

DCS侧模拟量及数字量输入信号的传输。料位自动控制系统输出至DCS系统的模拟量信号主要有给煤机转速指令模拟量信号，料位自动控制系统输出至DCS系统的数字量信号主要有系统通讯正常的开关量信号。系统通讯正常主要是判断工控机软件工作是否工作正常，如果发生系统与DCS系统modbus通讯中断、系统工控机断电、死机等故障，此时DCS侧自动解除遥测料位自动控制系统自动跳到手动状态，并在光字牌上报警提示。

在主画面上添加遥测料位显示并在主画面上添加遥测料位手/自动切换“按钮”。在给煤机控制中增加选择模块，当遥测料位投自动时，给煤机指令跟踪料位自动控制系统优化后的指令；当料位自动控制系统通讯中断，遥测料位切手动时，给煤机指令跟踪原差压料位计算出的指令。

4 改造效果

4.1 节电降耗、提高经济效益，保证锅炉机组运行可靠

通过稳定磨内存煤量，降低钢球和波浪瓦磨损；通过自动控制实现稳定磨内料位和存煤量，稳定煤粉细度，磨煤机料位自动跟踪负荷指令变化稳定锅炉燃烧，自动控制实现投入率99%以上；降低对差压的依赖，减少维护成本。

保证磨煤机磨内存煤量和料位在一定的范围，避免满磨或空磨等工况；避免系统运行在不安全区域。为了提高磨煤机出力需要增加给煤量，磨内存煤量增加时出力也变大，但当磨内存煤量超过最大出力点后出力将快速下降，这将导致磨内波动较大，且进入存煤量高而出力低的区域后恢复速度较慢。通过对存煤量进行控制以及控制区域自动调节功能，可避免将磨煤机控制在不安全区域。

4.2 磨煤机处于相对最佳工况运行，降低运行强度，实现系统数字化

保证系统最佳通风量、最大出力。制粉系统长期稳定运行于自动状态，降低运行人员和检修人员劳动强度；实现系统数字化、信息化管理。人工设置设定值与自动推荐相结合，系统在人工设定的范围内通过对历史工况和当前趋势的分析，经过自动寻优后二次修正设定值以满足工况的变化；控制参数自整定。控制效果评估程序实时评估控制效果，如控制效果偏离预期状态则通过预设的策略修正控制参数，相当于一个24小时值班的“热工工程师”时刻维护控制系统。

大偏差快速稳定。当磨内料位和存煤量偏差较大，如空磨或接近满磨状态时，系统能够进行大偏差快速控制将系统“拉回”到正常范围；多参数综合判断。控制系统不依赖于单一信号进行控制而是模仿运行人员的综合判断能力，同时参考差压料位、存煤量、出口温度、磨煤机电流、其他压力和流量信号进行综合分析后进行决策。

5 结语

遥测料位测量系统在BBD4060B双进双出磨煤机上的实践应用，说明遥测料位测量系统在运行中测量准确，信号反馈速度快，能适应各种扰动工况下的变化，而且易于维护。