直吹式双进双出钢球磨煤机仿真料位自动的研究.pdfVIP

研究与试验 湖南电力 第2 9卷 2 0 0 9年第1 期 直吹式双进双出钢球磨煤机仿真料位自动的研究 ， 胡雄辉 ，刘武林 ，李劲柏 ( 湖南省电力公司试验研究院，湖南 长沙4 1 0 O O 7 ) 摘要 ：分析了当前直吹式双进双出钢球磨煤机料位测量装置存在的缺陷，开展 了磨煤 机给煤特性的研 究分析。基于大量的试验数据，掌握 了实际料位与磨煤机各主要参数的 关系，设计 了仿真 2位计算模型，通过计算得到能够反映磨煤机大罐存煤情况的仿真料 位 ，设计 了与之配套的先进控制策略。投入料位 自动后 ，对仿真料位 自动进行 了稳 态、 定值扰动和 A G c变负 荷试验考核，各项指标满足机组运行要求，通过 1 年多的运行， 效果 良好。 关键词 ：直吹式；双进双出；钢球磨煤机；仿真料位 中图分类号 ：T K 3 2 文献标识码：A 文章编号：1 o o 8 ( ) 1 9 8 ( 2 O 0 9 ) O l 1 4 ( ) 4 Re s e a r c h 0 n s i mu l a t j 0 n m a t e r i a l l e v e l a ut 0 ma t i 0 n 0 f d i r e c t b l O w d 0 u bl e i nl e t a n d 0 uUe t t ube m i l l HU Xi o n g h u i ，U Wu 1 i n，U J i n - b o ( Hu n a n E l e c t r i c P w e r T e s t R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h a I l g s h a 4 1 0 O O r 7 ， C n a ) A b s t r a c t ： T h e d e f e c s e x j s t j n g i n ma t a l 】 e v e 】m朗 s u r e me n e q u i p me n t 0 f c u 玎e n t d i r e c t b 】 w d o u b 】 e i n 1 e f a n d加 d e u b e mi l l we r e 8 n a l y z e d B a s e d o n ma 8 s t e s t d 毗a，t h e i n t e ma l r e l a t i o n s h i p b e e n ma t e r i a l l e v e l a n d ma j “p a mme t e r s 0 f c o a l p u l v e z e r w a s k n a w n A t w 0 舀 t s i mu l a t i 0 n c a l c u 1 a t i o n m 0 d e w a 8 d e s i g n e d a r Id a s i m u l a t i n g ma t e r i a l l e v e l r e n e c t i n g c o a 1 s t o r 学 e c o n d i - t i o n o f c 0 a 1 m珊 b i g p o t wa s g 0 t e r c a l c u 1 a t i 0 n Af t e r l e v d a u t o ma t i 0 n wa s pu t i n t o叩 e r a t i o n，t h e s t a b l e d i 8 h l r b 肌 c e，f i x e d v a l u e d i 8 t I l r b a n c e， a n d AGC v a I i a b l e l 0 a d t e s t we r e c h e c k e d t h e r e s u l t 8 i n d i c a t e d t h a t e a c h i n d e x s a t i s f i e d t h e u n i t o p e r a o n r e q u e s t 8 舳 e r o n e y e a r s o p e T a t i 0 n，i t a c h i e v e d g o 0 d e f f e c t Ke y wo r d s：出r e c t - b 1 o w；d o u b l e i n 1 e t a n d 0 u t 1 e t ；t I l b e mi l l ；s i mu 1 a t i 0 n l e v d 1 引 言 直吹式双进双 出钢球磨煤机料位 自动控制在直 吹式锅炉的控制中非常重要 ，进入磨煤机的原煤经 磨制以后送人锅炉炉膛燃烧 ，料位 自动控制进人磨 煤机 的原煤 流量。总给煤量偏少 时，炉膛燃料 不 足 ，磨煤机料位下降 ，磨煤机出口风粉混合物煤粉 浓度降低，影响机组带负荷能力；反之供煤过多， 多余的煤停留在磨煤机中，磨煤机实际料位上升， 可能造成堵磨事故。料位 自动投入的好坏直接关 系 到一次风粉浓度、细度能否保持稳定，进而关系到 机组协调、A G C是否能够 良好投入。通过投入料 位 自 动，维持磨煤机内的存煤量基本稳定，是磨煤 收稿 日期 ：2 o o 8 8 I 1 机维持合理出 口煤粉浓度和细度的重要条件 ，料位 不稳将造成出 口煤粉浓度 、细度不稳定 ，影响炉膛 燃烧，进而造成飞灰含碳高，严重影响电厂节能降 耗。 2 目前料位测量装置存在的问题 为了投人磨煤机料位 自动，要求料位信号稳 定，并能够准确反映磨煤机存煤变化趋势。目前使 用比较广泛的有电耳料位测量装置和差压料位测量 装置，但是都存在一定的缺陷，料位 自动投入不 好，导致该类机组负荷调度能力相对较差。 电耳料位信号受相邻运行磨煤机噪声的影响， 正压运行的磨煤机漏粉对麦克风的污染也会造成测 第2 9 卷 2 o o 9 年第 1 期 湖南电力 研究与试验 量误差；磨煤机装球量变化将会造成磨煤机噪声信 号的变化；另外电耳料位信号不稳定，经凋整好的 电耳测量装置，经过一段时问以后电耳信号容易出 现漂移现象；磨煤机钢球消耗和加钢球容易影响电 耳料位 的测量。 差压料位测量装置引压管和外面的测量管道容 易出现泄漏 的情况 ，一旦出现泄漏就会造成料位测 量严重不准；差压料位测量装置设备多：有储气 罐、多个电磁 阀、压力变送器、P L c等，还需要定 期吹扫 ，设备故障的情况也时有发生 ，影响测量准 确性 ；运行 中加钢球也能够对差压料位测量造成影 响；南方地区多雨，原煤含水容易出现变化 ，对磨 煤机出口温度影响大 ，维持恒定料位不利于炉膛稳 定燃烧。 3 仿真料位算法及 自动控制策略 由于 目前的料位测量装置性能都不理想 ，需要 研究性能更稳定 、更能满足磨煤机料位自动调节需 要的料位测量方法。为了研究磨煤机存煤情况与磨 煤机各主要参数之间的关系 ，进行 了大量磨煤机给 煤特性试验。通过对试验数据进行分析 ，并在实践 中反复优化 ，设计 了磨煤机仿真料位计算模型 ，计 算出能够反应磨煤机料位变化的仿真料位。 3 1 磨煤机仿真料位计算模型 ( 1 )设计 了2个函数进行仿真料位计算 函数 l ：( + 2 O ) ( 一 + 4 0 ) l 0 0 ，作为仿真基 本料位 ，仿真料位最 大显示 1 0 0 ，最小显示值为 O 。 其中： 为机组正常运行 中磨煤机 出口温度 ； ， 一分别为磨煤机给煤特性试验 得到的磨煤 机出口温度最大值和最小值。 由于负荷变化、吹灰会造成磨煤机人口温度大 幅度变化，将造成对基本仿真料位的影响。引入函 数 2( 磨煤机人 口温度修正 函数 )进行修正 ：人 口 温度等于 ，修正值等于 0 ；入 口温度大于等于 一，修正值等于 一 5 ；人 口温度介于 和 一 之间，修正值则按照比例进行计算；人口温度小于 等于 ，修正值等于 + 5 ；人口温度介于 和 之间，修正值则按照比例进行计算。 其中： ， ， 分别为机组正常运行中 磨煤机人口温度平均值、最大值和最小值。 函数 I 和函数2的数值相加得到最终的仿真料 位，可以用于料位控制、监视和自动调节，计算原 理图见图 l 。 图 1 磨煤机仿真料位计算原理框图 ( 2 )磨煤机仿真料位设计依据 磨煤机仿真料位是依据能量平衡原理设计 的， 通过试验和实际运行进一步证明了其科学性 。高温 一 次风 ( 某电厂磨煤机人口风温约3 4 0 左右)进 入磨煤机 以后 ，其热量主要用于加热原煤、蒸发原 煤 中的水分，多余的热量用于提升磨煤机出口风粉 混合物温度 。原煤进人磨煤机 以后首先被一次风加 热 ，将原煤 中的水分蒸发为水蒸气 ，吸收了一次风 中的热量 ，设定一次风的比热为 C 风，磨煤机入 口 温度为 ，风量 为 G 风，原煤 的比热为 C 煤， 磨煤 机出口风粉混合物含煤量 G 煤，原煤含水 比例为 ， 蒸发单位水分需军的热量为 c 水，磨煤机出口温度 为 ，设定磨煤机大罐存煤不变的情况下，设定 给煤温度为 2 O ，根据能量守恒原则有以下算式 ： G 风c 风 ( 人一 出) 一G 煤 c 煤 ( 出一2 O) 一 朋 煤 C水 =O 可 以看 出人 口一次风温度越高 ，磨煤机出 口温 度越高 ，反之越低 ；给煤量越多，磨煤机 出口温度 低 ，反之越高。仿真料位计算充分利用了人口一次 风温和给煤量变化对磨煤机出 口温度影响的关系。 3 2 磨煤机仿真料位 自动控制策略 仿真料位 自动仍然采用单 P I D调节 ，P I D的输 入偏差为仿真料位与料位设定值的偏差，为了提高 仿真料位 自动的调节能力 ，设计了 2路前馈。磨煤 机容量大 ，给煤量变化对大罐内部的存煤量影响是 比较缓慢 的，为了机组变负荷过程中给煤机指令能 够快速跟上负荷变化要求，减少负荷变化对料位变 化的冲击，维持料位基本稳定，设计了机组负荷指 令对给煤机转速指令的前馈，负荷增加，前馈马上 增加一定的给煤指令 ，反之机组负荷减少，提前减 少给煤指令。其他条件不变的情况下，当通过磨煤 机的一次风量变化时，带走的煤粉量也会变化 ，为 l 5 研究与试验 湖南电力 第2 9 卷 2 o 0 9年第1 期 了提高系统的响应速度，也设计 了一次风量的前 馈。 a P I D控制磨煤机驱动端与非驱动端平均料 位 ，P I D输 出通过平衡器控制 2台给煤机 的转速 ， 仿真料位设定值不能高于6 5 ，不能低于2 5 。 b 给煤机转速控制采用机组负荷和磨煤机人 口一次风流量信号双前馈叠加，以某电厂 3 号机组 为例 ，负荷前馈函数如表 1 ，一次风流量前馈 函数 如表 2 。 表 1 负荷前馈函数 负荷 Mw O 2 0 o 3 o o 3 3 O 给煤机转速指令前馈 O 2 2 3 5 3 7 表 2 一次风流量前馈函数 一 次风流量 m s 一 0 6 7 8 9 1 O 给煤机转速指令前馈 一 3 2 O 2 4 5 4 料位 自动运行情况 仿真料位 自动研究成功 以后在某电厂 3号机组 ( 3 o 0 M w) 4台磨 煤机上进行 了应用 ， 从 2 O 0 7年 7 月磨煤机仿真料位 自动投运 以来 ， 自动运行 良好 ， 机 组负荷不变或 A G C变负荷都不需要运行人员进行 任何干预 ， 只有在原煤含水很高的情况下 ， 需要根据 锅炉燃烧情况调整仿真料位设定值 。自动投人 以后 减轻了运行人员的劳动强度 ， 锅炉燃烧更加稳定 ， 磨 煤机制粉单耗也有效降低 。 磨煤机给煤特性试验中， 发现在磨煤机料位正 常运行区域 ， 磨煤机料位越高磨煤机电流越小 ， 磨煤 机的制粉单耗也就越小， 所以投入磨煤机仿真料位 自动以后 ， 根据锅炉燃烧、 煤粉细度情况 ， 将磨煤机 料位设置在 比较节能 、 又能保证锅炉燃烧稳定 的料 位平稳运行， 磨煤机电流和制粉单耗有效降低。 根据电厂提供的数据 ， 对 3号机组投入仿真料 位 自 动以来的制粉单耗进行了分析。统计 2 0 0 7年 2 1 O月3 ， 4 号机组煤粉细度和制粉单耗数据( 4 号 机组 2 0 o 7年 1 1 月以后才投入仿真料位自动) 。2 月到6月的煤粉细度及制粉单耗见表 3 ， 7 1 O月份 的煤粉细度和制粉单耗数据见表4 。 从表 3和表 4可以看 出， 26月 3号机组 5个 月的平均 煤 粉细 度为 4 3 7 ，平 均制 粉单 耗 为 5 6 5 9 k wh t ； 4号机组的平均煤粉细度为 4 3 3 ， 1 6 表 3 2 6月 3 ，4号机组煤粉细度及制粉单耗 表 4 71 O月 3 ，4号机组煤粉细度及制粉单耗 煤粉 细 度 基 本 与 3号 机 组 相 同，制 粉 单 耗 为 5 4 1 4 k wh t 。 71 0月 3号机组 4个月的平均煤粉 细度为 3 7 7 ， 平均制粉单耗为 5 2 3 4 k wh t ； 4号 机组的平均煤粉 细度为 3 7 5 ， 煤粉细度基本与 3 号机组相同， 制粉单耗为 5 2 1 4 k wh t ， 与 3号机组 投人仿真料位 自动以后 的制粉单耗基本持平 。 综合制粉单耗和煤粉细度 的分析数据，3号机 组投入仿真料位 自动以后 ，制粉单耗比未投 自动降 低 了4 2 5 k wh t ，降低磨煤机 电耗约 8 ，与没有 投仿真料位 自动的 4号机组相 比，投入仿真料位 自 动以前制粉单耗 比 4号机 组高 2 4 5 k wh t ，投入 自动以后与 4号机组持平 ，同 比降低 电耗约 4 。 所以投入了磨煤机仿真料位 自动后 3号机组磨煤机 电耗降低 了4 一8 ，具有较好的节能效果 。 由于料位稳定 ，磨煤机出口煤粉细度稳定 ，锅 炉燃烧情况也得到改善 ，2 o 0 7年锅炉没有发生灭 火事故 ，比2 0 O 6年 3次锅炉灭火事故有极大改善。 投入磨煤机仿真料位 自 动以后，机组不变负荷 时料位运行非常平稳；进行了料位定值扰动试验， 自 动能够及时将仿真料位调整到设定值；进行了 A G c变负荷试验，试验数据见表 5( 由于篇幅限 制，只列出A磨煤机仿真料位数据) 。 从表5中可以看出，通过 A G C指令将机组负 荷从 2 8 5 M w 降低到 2 O 5 M w，负荷变化幅度为 8 O M w， 4台磨煤机的总煤量随着机组负荷降低呈 单边下降趋势，磨煤机仿真料位保持平稳运行。自 2 O O9 No 1 HUNAN ELECTRI C POW ER Vo 1 2 9 表 5 3 号 机 组 A lA 磨 煤 机 仿 真 料 位 5 仿真料位的优点 自 动 试 验 数 据 一一 。 一 。 。 动调节系统保证了机组变负荷过程中磨煤机给煤量 和出粉量的动态平衡，保证了锅炉燃料的平稳供 应， 满足机组运行要求。 磨煤机仿真料位是在经过大量试验和分析的基 础上提 出来 的，有充分的理论计算依据和成功运行 经验支持。磨煤机仿真料位算法创新地提出了一种 测量磨煤机 内部料位 的新方法 ，具有电耳料位和差 压料位没有的很多优点。采用仿真