為了節(jié)能降耗，新疆某電廠(chǎng)計(jì)劃對(duì)鍋爐制粉系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制優(yōu)化改造，并于2005年10月在5號(hào)爐上進(jìn)行。根據(jù)本廠(chǎng)實(shí)際情況，由西安某公司作為這次制粉系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì)和供貨方�，F(xiàn)對(duì)這次改造情況作一介紹、分析。
2改造前狀況和優(yōu)化改造分析
我廠(chǎng)是熱電聯(lián)產(chǎn)單位，以熱定電。5號(hào)爐是主力鍋爐，年平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)達(dá)到6670 h，燃煤量達(dá)139440 t，產(chǎn)氣量1 002617 t，占全廠(chǎng)年產(chǎn)汽量的46%，2004年全年制粉單耗平均為27.4 kW/t。其制粉系統(tǒng)配置2臺(tái)MG - 250/390型低速鋼球磨煤機(jī)，采用中間倉(cāng)儲(chǔ)式，溫風(fēng)送粉。制粉系統(tǒng)運(yùn)行為人為判斷和手工操作的模式，人工操作本身的局限性和操作人員的責(zé)任心等因素導(dǎo)致制粉系統(tǒng)往往不能運(yùn)行在最佳狀態(tài)，造成球磨機(jī)耗電量大，經(jīng)濟(jì)效益差，甚至?xí)l(fā)生堵煤、超壓、超溫或欠煤等現(xiàn)象，造成事故，使機(jī)組停運(yùn)，造成經(jīng)濟(jì)損失。
制粉系統(tǒng)的電耗主要來(lái)自球磨機(jī)和排粉機(jī)。球磨機(jī)功率主要消耗于轉(zhuǎn)動(dòng)簡(jiǎn)體和提升鋼球，它的運(yùn)行電耗與其負(fù)荷（球磨機(jī)內(nèi)存煤量）的關(guān)系不大，一般空載功率與最大功率的差值不會(huì)超過(guò)額定功率的15%。用于制粉的通風(fēng)電耗與出為的關(guān)系最大影響不超過(guò)8%。因此對(duì)制粉系統(tǒng)的優(yōu)化，主要就是對(duì)球磨機(jī)的控制改造，在一定電耗的情況下，讓磨煤機(jī)工作在最大出力點(diǎn)附近。
根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的觀測(cè)繪出了球磨機(jī)的工作特性如圖1所示：
從圖1中可知，球磨機(jī)電流不是隨著存煤量的增大而程線(xiàn)性增大，起初隨著存煤量增大而增大，隨著達(dá)到一個(gè)最大值后，球磨機(jī)電流隨著存煤量增大反而減�。磺蚰C(jī)的最大出力點(diǎn)與存煤量的關(guān)系也亦然，球磨機(jī)負(fù)荷音頻曲線(xiàn)隨著存煤量的增大逐漸減小。為了使用方便，將該曲線(xiàn)作求反處理得出曲線(xiàn)④。將圖分為3個(gè)區(qū)域分別用I、Ⅱ和Ⅲ標(biāo)注，可知在工區(qū)中球磨機(jī)的功率達(dá)到最大，但出力卻沒(méi)有達(dá)到最大，所以該區(qū)不是系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)區(qū)域；在Ⅲ區(qū)，存煤量很大，容易出現(xiàn)滿(mǎn)磨，因此Ⅲ區(qū)也不是最佳運(yùn)行區(qū)域；在Ⅱ區(qū)，制粉出力接近最大出力點(diǎn)，該區(qū)應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)區(qū)域。
球磨機(jī)制粉量的大小受磨制出力、干燥出力和通風(fēng)出力三者的限制，且等于三者中的較小者。制粉系統(tǒng)在最經(jīng)濟(jì)工況下運(yùn)行，不僅要維持磨煤出力最大，同時(shí)還要保證最佳的通風(fēng)出力和干燥出力。就磨煤機(jī)而言，滿(mǎn)足煤粉細(xì)度要求的制粉出力取決于兩方面的因素：一是磨煤機(jī)的磨制能力，它不僅取決子磨煤出力，而且還受干燥出力的影響，提高磨煤機(jī)入口溫度可以改善磨煤條件，即增加干燥出力可使磨煤出力提高；二是通風(fēng)攜帶煤粉的能力，主要由風(fēng)量決定。一般來(lái)說(shuō)，使磨煤出力最大時(shí)的通風(fēng)量都不是最佳通風(fēng)量，因?yàn)檫@時(shí)通風(fēng)龜耗過(guò)大甚至?xí)^(guò)磨煤電耗的節(jié)省，所以，只要達(dá)到磨煤和通風(fēng)電耗為最小的通風(fēng)量，才稱(chēng)之為最佳通風(fēng)量。此時(shí)，雖不能達(dá)到最大的磨煤出力，但可使瞎煤機(jī)在最經(jīng)濟(jì)方式下運(yùn)行。這需要對(duì)制粉系統(tǒng)的磨煤出力、干燥出力和通風(fēng)出力進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)控制。
3改造原理及實(shí)施方案
制粉系統(tǒng)是一個(gè)大慣性、純滯后、動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜
且參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)，其主要有如下幾個(gè)重要的特點(diǎn)：
①制粉系統(tǒng)具有多個(gè)變量，其中重要的變量有：出入口溫度、入口負(fù)壓、球磨機(jī)負(fù)荷、出入口壓差、排粉機(jī)電流和球磨電流等。
②制粉系統(tǒng)具有強(qiáng)耦合性。球磨機(jī)的最佳出力需要干燥出力、磨煤出力和通風(fēng)出力三者均達(dá)到最佳，這3個(gè)出力分別對(duì)應(yīng)著3個(gè)控制回路即熱風(fēng)量也即出口溫度調(diào)節(jié)回路，球磨機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)回路和再循環(huán)風(fēng)量即出人口壓差調(diào)節(jié)回路。調(diào)節(jié)這3個(gè)回路中的任意一個(gè)變量都會(huì)引起其他2個(gè)回路變量的變化，另外2個(gè)回路進(jìn)而又會(huì)影響該調(diào)節(jié)回路，從而引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
③系統(tǒng)具有純滯后的特點(diǎn)。主要表現(xiàn)在球磨機(jī)負(fù)荷即存煤量對(duì)給煤變化的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；球磨機(jī)出口溫度對(duì)熱風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；入口負(fù)壓對(duì)再循環(huán)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。
④系統(tǒng)的時(shí)變特性。由于煤質(zhì)、鋼球、護(hù)甲等外在因素造成的系統(tǒng)特性的改變也是一個(gè)無(wú)法忽略的問(wèn)題，系統(tǒng)在運(yùn)行一段之后，其運(yùn)行特性都將發(fā)生改變，因此固定不變的控制算法無(wú)法適應(yīng)時(shí)變的球磨機(jī)系統(tǒng)。
磨煤機(jī)運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)工況下的基本控制策略是：在維持最佳通風(fēng)量和出口溫度均在正常范圍之內(nèi)時(shí)（而不是在某一點(diǎn)），盡量加大給煤量，尋找最佳經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)。為此需組成以磨機(jī)負(fù)荷、出入口差壓、出口溫度、人口負(fù)壓和磨機(jī)電流為輸入的檢測(cè)量，分別控制熱風(fēng)門(mén)、循環(huán)風(fēng)門(mén)和給煤量的3交量輸入、3變量輸出系統(tǒng)。高溫風(fēng)量改變對(duì)磨煤機(jī)人口負(fù)壓的擾動(dòng)，利用增大再循環(huán)風(fēng)門(mén)的調(diào)節(jié)速度，降低熱風(fēng)門(mén)的調(diào)節(jié)速度，盡量減少和不用冷風(fēng)門(mén)參與調(diào)節(jié)來(lái)解決。
3.1球磨機(jī)內(nèi)裝煤量檢測(cè)
球磨機(jī)負(fù)荷是制粉系統(tǒng)控制對(duì)象的核心，如何測(cè)量球磨機(jī)負(fù)荷是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。磨煤機(jī)內(nèi)煤塊、鋼球和村板相互碰撞產(chǎn)生噪音，該噪音隨著磨煤機(jī)內(nèi)裝煤量的變化而變化。裝煤較少時(shí)，鋼球、襯板碰撞的幾率大、能量大，產(chǎn)生的噪音大；隨著裝煤量增多，煤塊的不斷填充，與鋼球、襯板碰撞的幾率減小、能量變小，產(chǎn)生的噪音也減小。根據(jù)觀測(cè)得知，磨音信號(hào)隨著球磨機(jī)負(fù)荷舶增加逐漸減小，在球磨機(jī)負(fù)荷與磨音信號(hào)之間存在著較好的線(xiàn)性關(guān)系，因此，用音頻傳感器就可以檢測(cè)到磨煤機(jī)裝煤變化的多少，只要對(duì)音頻信號(hào)作取反處理，即可得到球磨機(jī)負(fù)荷與磨音信號(hào)之間的近似正比例關(guān)系。磨音傳感變送器正是基于此原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)球磨機(jī)發(fā)出的負(fù)荷音頻信號(hào)進(jìn)行采集并作信號(hào)處理、濾波以及變進(jìn)的作用，使輸出的音頻信號(hào)真實(shí)可信，能夠比較準(zhǔn)確的反映出球磨機(jī)負(fù)荷的變化。此外，測(cè)量磨音信號(hào)，可以有效的實(shí)現(xiàn)3個(gè)回路的解耦問(wèn)題，使控制變得簡(jiǎn)單。
3.2給煤量的控制
針對(duì)磨煤機(jī)大慣性、純滯后及參數(shù)時(shí)變的特點(diǎn)，采用白尋優(yōu)——模糊PI相結(jié)合的控制策略及雙層控制結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖中自尋優(yōu)控制器的作用是給出一個(gè)適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值R；而模糊PI控制器則保證了被控對(duì)象的輸出可以跟隨該設(shè)定值。自尋優(yōu)的引入，使控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤最大出力點(diǎn)，保證磨煤機(jī)始終運(yùn)行在最佳工況，從而真正起到節(jié)能降耗的效果。自尋優(yōu)——模糊PI相結(jié)合的控制策略，不僅可以保證磨煤機(jī)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)下，而且能達(dá)到安全節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。
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