中储式球磨机制粉系统自动控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种主要用于大型燃煤火电厂燃粉炉的中储式球磨机制粉系统的自动控制方法，包括给煤机开度自动调节、热风门开度自动调节、通风量自动控制。本发明专利技术根据制粉系统运行机理，采用通用的经典控制ＰＩＤ控制算法，实现了控制方案的开放和更稳定的控制效果，可使制粉系统三大出力始终保持在最佳工况，减少了随意性，提高了经济性，提高了煤粉质量，降低对锅炉燃烧的扰动，利于推广应用和维护。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及主要用于大型燃煤火电厂燃粉炉、将原煤磨制成干燥粉末以供燃烧的、乏气作为三次风或一次风送入锅炉、并设有从排粉机出口至磨煤机入口的再循环风的中储式球磨机制粉系统(以下简称制粉系统)的自动控制方法。制粉系统的自动化问题是几十年来未能解决、困扰我国电厂自动化技术人员的技术难题。随着经济模式由粗放型向集约型转变，制粉系统节能降耗、减人增效的必要性日益突出。通过实现自动化一方面可以实现减人增效，另一方面还可以实现制粉系统稳定优化运行，实现节能降耗等多方面技术经济效益。《中国电力》96年第一期和98年第三期分别发表了“球磨机料位监控与制粉系统优化运行”和“球磨机计算机控制系统”两篇文章。这两篇文献是近年来制粉系统控制技术研究开发和应用的现有技术水平的反映。前者仅实现了给煤自动控制，没有实现风的自动控制。后者虽然实现了给煤机开度自动调节、热风门开度自动调节和通风量自动控制，但是基于一定的模糊判断或经验判断由非标准的控制方案实现的一种间接的控制方案，华北电力学院电科所、北京中能长城控制系统工程公司的产品介绍《球磨机模糊控制系统》也介绍了与上述第二种文献类同的技术方案，这两种类同的技术方案都采用了模糊控制策略以下统称为模糊控制。模糊控制代表了现有技术，但由于是基于经验的，存在以下问题由于将磨煤机存煤量作为不定量，导致运行工况不稳定；采用模糊算法，具有一定随意性，参数波动大，系统稳定性和经济性保证程度低，煤粉细度和湿度不稳定，对锅炉燃烧扰动大；不易适应不同的制粉系统、不同的设备条件和不同的煤质条件，实际应用软件要针对具体对象总结经验编制，难度大、规范性差，很难保证长期稳定良好的控制质量。其实质缺陷是在没有实现科学地剖析制粉系统的运行机理的条件下，建立的错误控制策略。因此尽管模糊控制已经在全国各地十几家大型火电厂应用，并通过了电厂、省级、国家级电力部门组织的多种型式的鉴定会和推广会，但实际应用效果仍不尽人意，始终处于改进完善过程之中，因此仅是一种从无到有的进步。模糊控制是建立在技术偏见之上的控制策略，偏见一即多变量耦合、多变量时滞和时变模型是制粉系统控制的主要困难。这种偏见是几十年来火电厂自动化专业技术人员的共识，为什么又是偏见呢？这种技术偏见是如何形成的呢？我们认为这是由于技术人员理论来自实际的思想方法指引下没有对现象进行深入严谨科学地剖析而得出的感性认识。显然这一认识与另一更重要的理论制粉系统出力由三个出力构成即磨煤出力、干燥出力、通风出力之间缺乏应有的联系。实际上，由于制粉系统是一个相当复杂的系统，容易被误认为是多变量系统，实际制粉系统的变量可分为四类第一类是煤质即煤的制粉物理特性，包括外在水份、可磨性系数、粒度等，属于自变量，第二类是因变量，包括磨煤机存煤量、温度、压力、风量、出力、电流等，第三类是调节量，包括给煤机开度、各风门挡板开度、粗粉分离器挡板角度等，第四类是缓自变量，包括磨煤机钢球量、衬板的磨损程度、排粉机叶片的磨损程度、管网和挡板的磨损等设备磨损变化，还有环境条件变化如大气温度的变化造成原煤温度和空气温度的变化。由此可见，制粉系统自动控制策略的角度来看只有煤质才是自变量，认为是多变量耦合是错误的。其次，由于磨煤机存煤量大、同时造成系统热容量大、在没有监控手段的条件下由于磨煤机存煤量的大幅变化使系统呈现时滞性和时变模型，因此如果磨煤机存煤量不变则制粉系统不再是时变模型，且只有温度具有时滞性。偏见二即为使磨机保持最大出力需要在煤质变化的同时改变磨煤机的载煤量，实际上由于原煤进入磨机后很快即会变为物理特性接近的干燥粉末，因此磨机的最佳载煤量和装球量是基本不变的，自动控制方案将载煤量定值作为变量对待不仅不会使磨机稳定在最佳工况，而且破坏了整个制粉系统的平衡关系和稳定性，造成控制系统自扰不稳定。综上所述，制粉系统自动控制现有技术即模糊控制是基于一种技术偏见的模仿运行人员操作习惯和经验的控制方案。我们认为从控制策略上看，制粉系统是一个单自变量多因变量、简单模型的被控对象。制粉系统的运行机理和控制策略简述如下首先，作为运行机理，三大出力依重要性排序应为磨煤出力、通风出力、干燥出力；制粉系统最优运行方式应实现磨煤出力以保持恒定最佳钢球量和恒定最佳载煤量来实现恒定最佳工况(最大出力或最经济出力)、通风出力应保持通风量恒定在最佳通风量(稳定、合格的煤粉细度)、干燥出力与干燥负载保持平衡(稳定的、较高的磨出口风温，实现稳定、合格的煤粉湿度)。作为控制策略，磨煤工况钢球量应有规范的保证手段，载煤量的测量要求稳定性达到技术要求，准确度指标主要要求测量结果一致性，通过给煤机快速自动调节保证磨煤机在恒定工况；通风工况在保持磨出口以后风温恒定的条件下保持磨入口负压恒定以基本实现通风量恒定，由于通风量稳定使调风和调煤之间解耦；干燥工况随煤质的缓慢变化进行缓慢调节，与干燥负荷保持平衡但由于干燥负荷变化范围很大，当负荷过大时已经不可能保持平衡，此时应认可风温下降。本专利技术的目的根据对制粉系统运行机理的创造性研究成果、克服技术偏见，提供一种，采用通用的经典控制PID控制算法，实现完全开放的控制方案和更稳定的控制效果。本专利技术是这样实现的，包括给煤机开度自动调节、热风门开度自动调节和通风量自动控制，给煤机开度自动调节的目标是控制磨煤机存煤量为定值，热风门开度自动调节的目标是控制磨出口风温为定值或尽量接近上限、同时热风门进行开度上限位以保证入口负压不变为正压为条件，通风量自动控制以磨入口温风门、再循环风门或磨入口冷风门为调节量控制磨入口负压。所述的磨煤机存煤量的检测是采用球磨机音频料位检测装置。制粉系统自动控制方法设有运行卡片，运行卡片记录基本技术条件，其包括不参与自动调节的调节量的开度、参与自动调节的调节量在制粉系统起动过程的开度初绐值、控制目标变量的定值，投入自动调节之前根据运行卡片进行操作。所述的运行卡片记录磨煤机的空载电流值，运行中以其维持不变作为补加钢球量的依据。由于磨煤机存煤量被控制在定值，制粉系统制出煤量与给入煤量始终是基本相等的，由于煤质变化造成的磨煤、干燥或通风负荷的变化都会造成制出煤量反方向的一定幅度的变化从而造成给入煤量相同幅度的变化，因此实现了实时动态平衡成为制粉系统稳定运行的最基础的条件。制粉系统成为一个自平衡系统，从而具有自稳定性。根据本专利技术对制粉系统三大出力分析如下磨煤出力实现恒定最大工况根据磨空载电流不变补加钢球可以实现钢球量的恒定，因此磨煤机的存球量和存煤量都是稳定的，这样实现了磨煤工况稳定，由于磨煤效率主要取决于磨煤机的存球量和存煤量，煤质变化影响很小，故磨煤出力可以始终保持在最大或最经济。通风出力实现恒定最佳风量由于磨煤机的存球量和存煤量都是稳定的，因此磨煤机对制粉系统的通风条件的影响也是稳定的。加上不参与自动调节的调节量的开度运行中根据运行卡片进行操作，也是基本不变的，因此，在热风门和磨入口负压调节门开度不变时制粉系统的通风量是稳定的。由于磨出口风温和入口负压均被严格控制，当热风门调节时，入口负压调节对风量进行了补偿调节，故制粉系统通风量也是基本稳定的。干燥出力实现与负荷平衡或无法平衡时最大由于实现了实时动态平衡，干燥出力的平衡关系也发生了质的进步。由于干燥负荷变化造成磨出口温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
中储式球磨机制粉系统自动控制方法，包括给煤机开度自动调节、热风门开度自动调节和通风量自动控制，其特征在于：给煤机开度自动调节的目标是控制磨煤机存煤量为定值，热风门开度自动调节的目标是控制磨出口风温为定值或尽量接近上限、同时热风门进行开度上限位以保证入口负压不变为正压为条件，通风量自动控制以磨入口温风门、再循环风门或磨入口冷风门为调节量控制磨入口负压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王玷，吕茜，田维铎，
申请(专利权)人：陕西天安智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]