專利名稱：雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動控制技術領域，具體涉及雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉 系統(tǒng)優(yōu)化控制方法。
技術背景雙進雙出鋼球磨煤機是火力發(fā)電廠直吹式磨煤制粉系統(tǒng)的主體設備，該設 備具有連續(xù)作業(yè)率高、維修方便、粉磨出力和細度穩(wěn)定、儲存能力大、響應迅速、運行靈活性大、較低的風煤比、適用煤種范圍廣、不受異物影響、無需備 用磨煤機等優(yōu)點、能研磨各種硬度和磨蝕性強的煤種，是火力發(fā)電廠鍋爐制粉 系統(tǒng)設備中除中速直吹式磨煤機，高速風扇式磨煤機之外的又一種性能優(yōu)越的 直吹式磨煤機。雙進雙出鋼球磨煤機制粉系統(tǒng)比較復雜，設備繁多，因而自動控制未能達 到期望目標。目前磨煤機料位依據(jù)現(xiàn)有測量裝置或者借助其他運行相關量來反 映，運行操作主要憑借操作人員的手動操作，因而在運行狀況(包括負荷、煤 質(zhì)等)發(fā)生變化時，難以及時適應其變化，難以達到最佳的調(diào)節(jié)品質(zhì)。因為控 制關鍵量磨煤機內(nèi)料位沒有準確有效測量，所以料位控制(或者給煤自動控制) 無法實現(xiàn)，因為給煤量的調(diào)節(jié)品質(zhì)會直接影響煤粉質(zhì)量、鍋爐燃燒質(zhì)量和機組的自動調(diào)節(jié)性能，所以會直接影響CCS、 AGC的自動投入，影響機組自動投 入率及機組的安全經(jīng)濟運行。為了提高機組的安全經(jīng)濟運行，達到降低能耗，降低磨煤機風煤比，提高 機組自動化程度的目的，同時保證自動投入率90%以上。因而尋求一種能夠?qū)?現(xiàn)自動調(diào)節(jié)給煤、自動調(diào)節(jié)容量風、自動調(diào)節(jié)旁路風，實現(xiàn)料位穩(wěn)定，且煤粉 細度合格、均勻、能耗低的雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制成為人們研究的目標。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)，以連續(xù)、 穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟運行為目標，結(jié)構(gòu)合理，操作、維護方便、運行可靠的一種 雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制方法。為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的技術方案是這樣解決的 雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，其特殊之處包括下述1) 、先進控制模塊獲取制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)；2) 、先進控制模塊通過料位測量模塊對磨煤機內(nèi)料位原始參數(shù)實時測量；3) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，實時將數(shù)據(jù)信息輸給料 位控制模塊，料位控制模塊調(diào)節(jié)給煤量；容量風量控制模塊、旁路風量控制模 塊和出入口溫度控制模塊；4) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)信 息輸給容量風量控制模塊，容量風量控制模塊調(diào)節(jié)容量風擋板開度；5) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù) 據(jù)信息輸給旁路風量控制模塊，旁路風量控制模塊調(diào)節(jié)旁路風擋板開度；6) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù) 據(jù)信息輸給出口溫度控制模塊，出口溫度控制模塊調(diào)節(jié)熱風門開度和冷風門開 度；7) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù) 據(jù)信息輸給料位優(yōu)化模塊，料位優(yōu)化模塊得到最佳料位設定值；8) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù) 據(jù)信息輸給鍋爐燃燒優(yōu)化模塊，鍋爐燃燒優(yōu)化模塊得到最佳給粉量和最佳通風 量設定值；9) 先進控制模塊給出故障診斷與安全評估信息；10) 、先進控制模塊給出運行評價與操作建議信息。所述料位測量模塊采集磨煤機噪聲料位信號、壓差料位信號、入口一次風 量信號、入口溫度信號、出口溫度信號和磨煤機電流信號，磨煤機料位信號； 上述噪聲信號測點有兩個，分別來自磨煤機兩端1/6-1/4處；噪聲料位信號與 壓差料位信號至少有一個；入口一次風量信號、入口溫度信號、出口溫度信號 和磨煤機電流信號選擇其中一個、兩個或兩個以上信號，或用其替代信號，風 量用風門開度代替，磨煤機電流用磨煤機功率代替。上述料位控制模塊為雙進雙出的各種運行模式，其中包括雙進雙出、雙進 單出、單進雙出和單進單出運行模式，所述料位控制算法為自整定模式，根據(jù) 控制輸入與控制性能分析對料位控制器參數(shù)進行整定，參數(shù)整定能夠在線連續(xù) 整定或間歇整定。上述出入口溫度控制模塊存在兩種控制方式， 一種方式以入口溫度為控制 目標量，通過調(diào)節(jié)熱一次風量和冷一次風量來實現(xiàn)入口溫度的穩(wěn)定，另一種方 式以出口溫度為控制目標量，通過調(diào)節(jié)熱一次風量和冷一次風量來實現(xiàn)入口溫 度的穩(wěn)定； 一般在啟動和停止過程中采用入口溫度控制方式，在運行過程中采 用出口溫度控制方式。所述的料位優(yōu)化控制模塊給出運行的各臺磨煤機的最佳料位設定，優(yōu)化方 式在運行初值基礎上通過施加擾動，根據(jù)結(jié)果確定優(yōu)化方向，再根據(jù)最低磨煤 機能耗目標函數(shù)對最佳運行狀態(tài)進行搜索，最終得到最佳料位設定值。所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制模塊給出運行的各臺磨煤機的給粉分配量，并就 每臺磨煤機給出其所對應的最佳給粉量與最佳通風量，控制最佳風粉配比；優(yōu) 化包括靜態(tài)優(yōu)化與動態(tài)優(yōu)化兩種方式，靜態(tài)優(yōu)化方式通過獲取構(gòu)建鍋爐燃燒過 程優(yōu)化模型，根據(jù)運行工況對各臺磨煤機的給粉量與通風量給出優(yōu)化初值，動 態(tài)優(yōu)化方式在運行初值基礎上通過施加擾動，根據(jù)結(jié)果確定優(yōu)化方向，再根據(jù)最佳燃燒效果目標函數(shù)對最佳運行狀態(tài)進行搜索，最終得到最佳給粉量與最佳 通風量。所述先進控制模塊給出故障診斷與安全評估信息，其信息一方面對制粉系 統(tǒng)故障進行診斷，包括實時故障診斷，其故障診斷包括滿煤、空煤、斷煤和磨煤機異常；另一方面是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對制粉系統(tǒng)實現(xiàn)故障狀態(tài)檢測，在制粉系 統(tǒng)故障前給出提示，其提示包括軸瓦磨損嚴重、制粉系統(tǒng)漏風；根據(jù)運行數(shù)據(jù) 對整個制粉系統(tǒng)運行的安全性進行評估，給出安全評價結(jié)果。所述先進控制模塊給出運行評價與操作建議信息，運行評價信息是指當前 操作運行的穩(wěn)定、運行效率的高低，操作建議信息是對制粉系統(tǒng)的運行給出建 議，其建議是指鋼球缺失；根據(jù)鍋爐負荷狀況、機組運行經(jīng)濟性給出最佳組合 運行方式；再根據(jù)鍋爐負荷狀況建議最佳給煤量與通風量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，實現(xiàn)了磨煤機料位的準確實時測量，實現(xiàn)了料位 自動控制，實現(xiàn)了容量風、旁路風自動控制，實現(xiàn)了出入口溫度自動控制，同 時具有料位優(yōu)化控制和鍋爐燃燒優(yōu)化控制，而且具有故障診斷與安全評估功能 和運行評價與操作建議功能。料位準確測量是料位控制的關鍵，料位控制不僅 能夠保證所制煤粉的細度、均勻度和研磨效率，防止因磨煤機內(nèi)存煤量引起的 故障或事故(例如爆炸)，而且是主汽壓力自動、爐機協(xié)調(diào)控制(CCS)、自動 發(fā)電控制(AGC)的基礎。容量風(亦稱制粉風)能夠攜帶出磨煤機內(nèi)的煤粉， 用來調(diào)節(jié)進入鍋爐燃燒的煤粉量；容量風(亦稱輔助風)用來保證管道內(nèi)的風 速不低于設計值。出入溫度控制是在安全運行的基礎上調(diào)節(jié)制粉、燃燒的煤粉 溫度。料位優(yōu)化用來在線搜索磨煤機內(nèi)的最佳料位設定值，最佳料位能夠保證 煤粉細度合格與穩(wěn)定，保證制粉單耗經(jīng)濟，同時使磨煤機內(nèi)有一定的存煤量， 保證了鍋爐燃燒的安全和鍋爐調(diào)負荷時的煤粉供給量。鍋爐燃燒優(yōu)化主要是通 過鍋爐燃燒工藝、鍋爐負荷與運行工況，分配各臺磨煤機的負荷量(即供粉量)， 調(diào)整最佳風煤比，得到最佳的通風量，提高鍋爐的燃燒效率。具有結(jié)構(gòu)合理，操作方便，節(jié)能降耗的優(yōu)點。
一方面能夠保證制粉系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟運行；另一方面能夠改善供給鍋爐燃燒煤粉的質(zhì)量，提高鍋爐燃燒的經(jīng)濟 性，同時降低碳氧化物和氮氧化物的排放；本發(fā)明的應用還能減輕運行人員勞 動強度，減少制粉系統(tǒng)維護量，因而具有顯著的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。 廣泛應用于雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)或其他相似工藝過程。 本發(fā)明具有以下特點實現(xiàn)磨煤機內(nèi)料位的準確測量， 磨煤機料位控制；磨煤機料位優(yōu)化控制；磨煤機出口溫度自動控制；磨煤機容量風自動控制；磨煤機旁路風自動控制；鍋爐燃燒優(yōu)化控制；保證制粉過程的安全、經(jīng)濟運行；保證制粉系統(tǒng)穩(wěn)定運行，滿足CCS協(xié)調(diào)控制投入后磨煤機料位的自動控 制能夠指導操作運行。本發(fā)明所能達到的技術指標如下 降低鋼材損耗10%-30%;磨煤機節(jié)電》4%;提高鍋爐燃燒效率0. 5%-2. 0%;自動利用率》90%;保證磨煤機出口的煤粉細度在合格范圍，降低煙氣飛灰可燃物； 煤位自動滿足機組AGC運行所要求的響應時間。


圖1為雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)框圖；圖2為雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)測點與控制點示意圖；圖3為料位測量模塊框圖；圖4為料位控制結(jié)構(gòu)框圖；圖5為容量風控制框圖；圖6為旁路風控制框圖；圖7為出入口溫度控制框圖；圖8為料位優(yōu)化算法流程圖；圖9為鍋爐燃燒優(yōu)化控制框圖。
具體實施方式
附圖為本發(fā)明的實施例。 下面結(jié)合附圖對發(fā)明內(nèi)容作進一步說明參照圖l所示，為雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)框圖， 描述了一種雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，包括下述步1) 、先進控制模塊獲取制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)；2) 、先進控制模塊通過料位測量模塊對磨煤機內(nèi)料位原始參數(shù)實時測量；3) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，實時將數(shù)據(jù)信息輸給料 位控制模塊，料位控制模塊調(diào)節(jié)給煤量；容量風量控制模塊、旁路風量控制模 塊和出入口溫度控制模塊；4) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)信 息輸給容量風量控制模塊，容量風量控制模塊調(diào)節(jié)容量風擋板開度；5) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù) 據(jù)信息輸給旁路風量控制模塊，旁路風量控制模塊調(diào)節(jié)旁路風擋板開度；6) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù) 據(jù)信息輸給出口溫度控制模塊，出口溫度控制模塊調(diào)節(jié)熱風門開度和冷風門開度；7) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù) 據(jù)信息輸給料位優(yōu)化模塊，料位優(yōu)化模塊得到最佳料位設定值；8) 、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù) 據(jù)信息輸給鍋爐燃燒優(yōu)化模塊，鍋爐燃燒優(yōu)化模塊得到最佳給粉量和最佳通風 量設定值；9) 先進控制模塊給出故障診斷與安全評估信息；10) 、先進控制模塊給出運行評價與操作建議信息。所述料位測量模塊采集磨煤機噪聲料位信號、壓差料位信號、入口一次風 量信號、入口溫度信號、出口溫度信號和磨煤機電流信號，磨煤機料位信號； 上述噪聲信號測點有兩個，分別來自磨煤機兩端1/6-1/4處；噪聲料位信號與 壓差料位信號至少有一個；入口一次風量信號、入口溫度信號、出口溫度信號 和磨煤機電流信號選擇其中一個、兩個或兩個以上信號，或用其替代信號，風 量用風門開度代替，磨煤機電流用磨煤機功率代替。上述料位控制模塊為雙進雙出的各種運行模式，其中包括雙進雙出、雙進 單出、單進雙出和單進單出運行模式，所述料位控制算法為自整定模式，根據(jù) 控制輸入與控制性能分析對料位控制器參數(shù)進行整定，參數(shù)整定能夠在線連續(xù) 整定或間歇整定。上述出入口溫度控制模塊存在兩種控制方式， 一種方式以入口溫度為控制 目標量，通過調(diào)節(jié)熱一次風量和冷一次風量來實現(xiàn)入口溫度的穩(wěn)定，另一種方 式以出口溫度為控制目標量，通過調(diào)節(jié)熱一次風量和冷一次風量來實現(xiàn)入口溫 度的穩(wěn)定； 一般在啟動和停止過程中采用入口溫度控制方式，在運行過程中采 用出口溫度控制方式。所述的料位優(yōu)化控制模塊給出運行的各臺磨煤機的最佳料位設定，優(yōu)化方 式在運行初值基礎上通過施加擾動，根據(jù)結(jié)果確定優(yōu)化方向，再根據(jù)最低磨煤機能耗目標函數(shù)對最佳運行狀態(tài)進行搜索，最終得到最佳料位設定值。所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制模塊給出運行的各臺磨煤機的給粉分配量，并就每臺磨煤機給出其所對應的最佳給粉量與最佳通風量，控制最佳風粉配比；優(yōu) 化包括靜態(tài)優(yōu)化與動態(tài)優(yōu)化兩種方式，靜態(tài)優(yōu)化方式通過獲取構(gòu)建鍋爐燃燒過 程優(yōu)化模型，根據(jù)運行工況對各臺磨煤機的給粉量與通風量給出優(yōu)化初值，動 態(tài)優(yōu)化方式在運行初值基礎上通過施加擾動，根據(jù)結(jié)果確定優(yōu)化方向，再根據(jù) 最佳燃燒效果目標函數(shù)對最佳運行狀態(tài)進行搜索，最終得到最佳給粉量與最佳 通風量。所述先進控制模塊給出故障診斷與安全評估信息，其信息一方面對制粉系 統(tǒng)故障進行診斷，包括實時故障診斷，其故障診斷包括滿煤、空煤、斷煤和磨 煤機異常；另一方面是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對制粉系統(tǒng)實現(xiàn)故障狀態(tài)檢測，在制粉系 統(tǒng)故障前給出提示，其提示包括軸瓦磨損嚴重、制粉系統(tǒng)漏風；再根據(jù)運行數(shù) 據(jù)對整個制粉系統(tǒng)運行的安全性進行評估，給出安全評價結(jié)果。所述先進控制模塊給出運行評價與操作建議信息，運行評價信息是指當前 操作運行的穩(wěn)定、運行效率的高低，操作建議信息是對制粉系統(tǒng)的運行給出建 議，其建議是指鋼球缺失；根據(jù)鍋爐負荷狀況、機組運行經(jīng)濟性給出最佳組合 運行方式；再根據(jù)鍋爐負荷狀況建議最佳給煤量與通風量。圖2所示為雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)測點與控制點示意圖，包 括原煤倉、給煤機、磨煤機和分離器，另外還包括熱一次風門、冷一次風門、 旁路風門、容量風門。測點布置有給煤量、 一次風速、出口溫度、旁路風流 量、入口溫度、容量風流量、 一次總風量、壓差料位、噪聲料位、磨煤機電流。 控制點包括給煤量控制點、旁路風控制點、容量風控制點、熱風控制點和冷 風控點。圖3所示為料位測量模塊框圖，噪聲料位信號、壓差料位信號、入口一次 風量信號、入口溫度信號、出口溫度信號和磨煤機電流信號引入料位軟測量模塊，料位軟測量模塊對引入信號進行數(shù)據(jù)處理，輸出能夠準確反映磨煤機內(nèi)實 際存煤量的料位信號。噪聲料位信號與壓差料位信號至少有一個；入口一次風 量信號、入口溫度信號、出口溫度信號和磨煤機電流信號可以選擇其中一個、 兩個或兩個以上信號，或用其替代信號，風量用風門開度代替，磨煤機電流用 磨煤機功率代替。磨煤機內(nèi)鋼球和襯板相互碰撞產(chǎn)生噪聲，磨煤機噪聲隨著磨煤機料位的變 化而變化。在磨煤機料位較低時，鋼球、襯板碰撞的幾率大、能量大，產(chǎn)生的 噪聲大；在磨煤機料位升高時，因為煤的不斷填充，鋼球、襯板碰撞的幾率減 小、能量變小，產(chǎn)生的噪聲也減小。因而，用噪聲傳感器就可以檢測到磨煤機 料位的變化和大小。壓差料位通過兩端的壓差管測量，低位傳壓管和基準壓力管接入低位壓差 變送器，兩者的壓差叫做低位壓差；同理，高位傳壓管和基準壓力管接入高位 壓差變送器，兩者的壓差叫做高位壓差。高位壓差信號和低位壓差信號都在煤 位顯示表上顯示。當磨煤機剛開始加煤時，基準壓力管和煤位傳壓管都反映大 罐壓力，此時煤位壓差信號應該是零。磨至數(shù)分鐘后，細煤粉逐漸增多，并淹 沒低位傳壓管探頭，低位壓差信號在煤位顯示表上開始顯示。繼續(xù)增加給煤， 高位壓差信號也將有顯示，測得磨煤機內(nèi)的料位。在實際運行過程中，因為煤質(zhì)的變化會對噪聲產(chǎn)生影響，導致噪聲檢測到 的信號發(fā)生漂移；壓差料位測量存在磨煤機料位測量管道的堵塞及泄露問題。 由于測量管深入到煤粉內(nèi)部，難免會有煤粉進入在測量管以至于將測量管堵 塞。為了彌補這些因素的變化引入入磨一次風量、出口溫度、入口溫度、磨煤 機電流對基于噪聲測得的料位信號進行修正，保證料位測量的準確和及時。圖4所示為料位控制結(jié)構(gòu)框圖，以磨煤機驅(qū)動端和非驅(qū)動端兩側(cè)的料位為 參考依據(jù)，通過計算得到磨煤機平均料位。根據(jù)磨煤機平均料位，利用增量式 PID函數(shù)，進行給煤的自動控制計算，并將結(jié)果分別傳送至磨煤機驅(qū)動端和非驅(qū)動端兩側(cè)的給煤機，從而實現(xiàn)給煤自動控制。當鍋爐負荷處于穩(wěn)態(tài)運行時，由于鍋爐負荷的變化對磨煤機的出力影響不 大，所以可將給煤自動視為單純的磨煤機料位自動控制。在此狀態(tài)下，給煤自 動需要考慮磨煤機驅(qū)動端和非驅(qū)動端兩側(cè)給煤量的差別，并根據(jù)其差別分別對 兩側(cè)給煤量進行輸出平衡。當鍋爐負荷處于調(diào)整狀態(tài)時，由于鍋爐負荷的變化對磨煤機兩側(cè)的送粉量 發(fā)生改變，所以為了達到快速穩(wěn)定磨煤機料位，并滿足鍋爐送粉要求，需要根 據(jù)入磨一次總風量、鍋爐負荷、熱風門開度和冷風門開度對磨煤機驅(qū)動端和非 驅(qū)動端兩側(cè)給煤量進行前饋控制以提高控制響應速度。圖5所示為容量風控制框圖，通過鍋爐給粉量計算容量風給定值，容量風 量給定值與反饋的容量風量測量值做差得到偏差，偏差進入控制器，控制器輸 出為容量風門控制量，用來調(diào)節(jié)容量風門，改變?nèi)萘匡L量的大小。容量風主要 用來攜帶煤粉進入爐膛，其大小的改變直接影響給粉量。圖6所示為旁路風控制框圖，旁路風量給定由一次總風量與容量風量獲得， 隨著容量風量的變化而變化，保證管道的最低設計風速，調(diào)節(jié)最佳的風粉配比。 旁路風量給定值與反饋的旁路風量測量值做差得到偏差，偏差進入控制器，控 制器輸出為旁路風門控制量，用來調(diào)節(jié)旁路風門，改變旁路風量的大小。圖7所示為出入口溫度控制框圖，出入口溫度控制有兩種控制方式， 一種 方式以入口溫度為控制目標量，通過調(diào)節(jié)熱一次風量和冷一次風量來實現(xiàn)入口 溫度的穩(wěn)定，另一種方式以出口溫度為控制目標量，通過調(diào)節(jié)熱一次風量和冷 一次風量來實現(xiàn)出口溫度的穩(wěn)定； 一般在啟動和停止過程中采用入口溫度控制 方式，在運行過程中采用出口溫度控制方式。選擇出口溫度控制時，將出口溫 度偏差送入控制器，選擇入口溫度控制時，將入口溫度偏差送入控制器，控制 器輸出調(diào)節(jié)熱一次風門和冷一次風門，在不改變通風量的條件下，改變出口或 入口溫度?？紤]到入口溫度回路和出口溫度回路參數(shù)的不同，存在兩套控制器參數(shù)，以保證控制性能。出入溫度控制是在安全運行的基礎上調(diào)節(jié)制粉、燃燒 的煤粉溫度圖8所示為料位優(yōu)化算法流程圖，在料位動態(tài)優(yōu)化開始時，記錄此時的優(yōu) 化目標值，可以選擇臺時產(chǎn)量最大或單耗最小，修改料位設定值，根據(jù)新的料 位設定值進行自動控制，判斷料位是否達到穩(wěn)定，在料位達到穩(wěn)定后，得到此 料位下的優(yōu)化目標值，比較此狀態(tài)下的優(yōu)化目標值與本輪優(yōu)化前的優(yōu)化目標 值，如果偏差大于設定偏差，進入下一輪優(yōu)化，如果偏差小于設定偏差優(yōu)化結(jié) 束，記錄此時的料位，即為最佳料位設定值。圖9所示為鍋爐燃燒優(yōu)化控制框圖，根據(jù)鍋爐制粉工藝、鍋爐負荷、運行 工況，通過鍋爐燃燒優(yōu)化初始值計算得到各臺運行磨煤機的給粉量和通風量初 值，在給粉量和通風量初值的基礎上通過局部動態(tài)優(yōu)化得到最佳給粉量和最佳 通風量。因為運行工況、系統(tǒng)的模型的變化，所以鍋爐燃燒優(yōu)化初始值計算的 給粉量和通風量并不能保證為最佳值，但是可以確定最佳值在初始值附近，再 通過局部動態(tài)優(yōu)化， 一方面能夠保證系統(tǒng)最優(yōu)，另一方面能夠提高搜索速度， 縮短優(yōu)化時間。 實施例某發(fā)電廠4財幾組裝機容量300麗，制粉系統(tǒng)為4臺瑞典SVEDALA公司生產(chǎn) 的14'-0， X18，-0'型號雙進雙出鋼球磨煤機，三臺運行， 一臺備用。每臺磨煤 機配備兩臺計量式電子皮帶秤重，系統(tǒng)控制采用上海F0XB0R0集散控制系統(tǒng)。 鍋爐為SC-1025/18.3-M型控制循環(huán)汽包爐，四角切圓燃燒，六層煤粉燃燒器， 制粉系統(tǒng)為雙進雙出鋼球磨正壓冷一次風直吹式系統(tǒng)，每臺磨帶二層煤粉燃燒 器(兩個出粉端各帶一層)。14' -0' X 18' -0'型號鋼球磨煤機磨煤機筒體轉(zhuǎn)速 16.77rpm，磨煤機設計最大出力40 t/h，最大鋼球裝載量99.9t。原煤由電子皮帶秤經(jīng)磨煤機驅(qū)動端和非驅(qū)動端輸送至磨煤機內(nèi)進行研磨。 熱風母管的熱風與冷風混合后的一次風，由磨煤機兩側(cè)分別送入磨內(nèi)，該一次風具有原煤干燥和輸送煤粉的作用。同時，磨煤機在正壓條件下運行時，為避 免出現(xiàn)漏粉或冒粉的現(xiàn)象，磨煤機兩側(cè)設置了密封風。原煤在磨煤機內(nèi)經(jīng)過研 磨后，通過磨煤機兩側(cè)入口一次風將煤粉分別攜帶出磨煤機兩側(cè)。經(jīng)過分離器 進行粗細粉的分離，由磨煤機兩側(cè)回粉管將粗粉分別輸送磨煤機內(nèi)部進行再次 研磨，細粉直接進入爐膛進行燃燒。磨煤機出口兩端均布置l臺粗粉分離器，引出4根送粉管道對應爐膛同一層四角燃燒器。鍋爐采用四角切圓燃燒，每臺 鍋爐共布置6層24只煤粉燃燒器，3層12只輕油燃燒器。由于進入磨內(nèi)的容 量風量與負荷成正比，為保證低負荷下煤粉管道流速不低于最小值(19m/ s), 以防止煤粉管道積粉爆燃，雙進雙出鋼球磨還設有旁路風系統(tǒng) 一次風經(jīng)中空 管前分出一支作為旁路風從原煤混料箱加入落煤管并經(jīng)分離器直接進入煤粉 管道，旁路風同時對原煤起到預干燥作用。首先先進控制模塊獲取雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制歷史 數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)，包括給煤量(1-50t/h)、磨煤機電流(0-120A)、噪聲料 位(0-100%)、壓差料位(0-1000Pa)，旁路風、容量風、總風量(0-30Kg/s)、 出口溫度(0-180°C)、入口溫度(0-250°C)、出入口壓差(0-2000Pa)、 一次 風速(0-30m/s);熱風門開度、冷風門開度、容量風門開度、旁路風門開度 (0-100%)。測量料位，選擇輸入信號噪聲料位、壓差料位、 一次風量、出口溫度、 入口溫度和磨煤機電流信號，經(jīng)過軟測量處理后輸出磨機料位(0-100%)。鍋爐為滿負荷運行即300匿，通過鍋爐燃燒優(yōu)化后得出最佳運行值，A磨(上 層)給粉量32T/h,最佳通風量16Kg/s; B磨(中層)給粉量48T/h，最佳 通風量21Kg/s; C磨(下層)給粉量40T/h，最佳通風量18Kg/s。經(jīng)過優(yōu)化 運行后各臺磨的運行情況為A磨，最佳料位66%，出口溫度145'C，入口溫度 225°C，出入口壓差1.7KPa，給煤量32 T/h，總風量16Kg/s， 一次熱風門開度 70%， 一次冷風門35%,容量風門開度60%，旁路風門開度40%，磨煤機電流101A;B磨，最佳料位86%，出口溫度145。C,入口溫度225。C，出入口壓差2.3KPa， 給煤量48T/h，總風量21Kg/s， 一次熱風門開度70%， 一次冷風門35%，容量 風門開度80%，旁路風門開度20%，磨煤機電流110A; C磨，最佳料位75%,出 口溫度145。C，入口溫度225。C，出入口壓差1.9KPa，給煤量40T/h，總風量 18Kg/s， 一次熱風門開度70%， 一次冷風門35%，容量風門開度75%，旁路風門 開度25%，磨煤機電流107A。系統(tǒng)運行后，實現(xiàn)了磨煤機內(nèi)料位的準確測量，實現(xiàn)了料位自動控制、容 量風自動控制、旁路風自動控制和出入溫度自動控制，實現(xiàn)了料位優(yōu)化與鍋爐 燃燒優(yōu)化，保證了制粉系統(tǒng)穩(wěn)定運行，滿足了 CCS協(xié)調(diào)控制的要求，達到了機 組AGC運行所要求的響應時間要求，保證磨煤機出口的煤粉細度在合格范圍， 降低煙氣飛灰可燃物。制粉單耗從原來19. 2Kwh/T降低到18. 3Kwh/T,磨煤機 節(jié)電達到4.7%;月均每噸煤耗鋼量由原來的125克下降到97克，節(jié)鋼達到22%; 鍋爐燃燒效率由原來91%提高到92.1%，提高1.3%;自動投入率達到96%。 對鍋爐負荷響應速度由原來的15分鐘縮短到12分鐘，而且調(diào)整過程穩(wěn)定，保 證了滿足機組AGC運行所要求的響應時間，同時磨煤機出口的煤粉細度在合格 范圍，降低煙氣飛灰可燃物。 一方面能夠保證制粉系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定、安全、 經(jīng)濟運行；另一方面能夠改善供給鍋爐燃燒煤粉的質(zhì)量，提高鍋爐燃燒的經(jīng)濟 性，同時降低碳氧化物和氮氧化物的排放；本發(fā)明的應用還能減輕運行人員勞 動強度，減少制粉系統(tǒng)維護量，具有顯著的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。綜上所述，因為雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)的控制方式有計算 PLC控制方式和DCS控制方式，針對具體控制方式選擇控制算法的實現(xiàn)方式， 針對PLC控制方式，基本控制在PLC控制器上實現(xiàn)，先進控制在上位機上實現(xiàn)； 針對DCS控制方式，控制算法借助DCS控制平臺實現(xiàn)，先進控制部分也可以通 過通信方式在獨立優(yōu)化站上實現(xiàn)。對于其他與雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)相似粉磨過程本發(fā)明同樣有效。最后，還需注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個具體實施例。顯然， 本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本 發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均認為是本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，其特征包括下述步驟1)、先進控制模塊獲取制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)；2)、先進控制模塊通過料位測量模塊對磨煤機內(nèi)料位原始參數(shù)實時測量；3)、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，實時將數(shù)據(jù)信息輸給料位控制模塊，料位控制模塊調(diào)節(jié)給煤量；容量風量控制模塊、旁路風量控制模塊和出入口溫度控制模塊；4)、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)信息輸給容量風量控制模塊，容量風量控制模塊調(diào)節(jié)容量風擋板開度；5)、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù)據(jù)信息輸給旁路風量控制模塊，旁路風量控制模塊調(diào)節(jié)旁路風擋板開度；6)、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù)據(jù)信息輸給出口溫度控制模塊，出口溫度控制模塊調(diào)節(jié)熱風門開度和冷風門開度；7)、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù)據(jù)信息輸給料位優(yōu)化模塊，料位優(yōu)化模塊得到最佳料位設定值；8)、先進控制模塊通過獲取的制粉系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)后，實時將數(shù)據(jù)信息輸給鍋爐燃燒優(yōu)化模塊，鍋爐燃燒優(yōu)化模塊得到最佳給粉量和最佳通風量設定值；9)先進控制模塊給出故障診斷與安全評估信息；10)、先進控制模塊給出運行評價與操作建議信息。
2、 根據(jù)權利要求1所述的雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制 方法，其特征在于所述料位測量模塊采集磨煤機噪聲料位信號、壓差料位信號、 入口一次風量信號、入口溫度信號、出口溫度信號和磨煤機電流信號，采用料位軟測量模塊得到磨煤機料位；上述噪聲信號測點有兩個，分別來自磨煤機兩 端1/6-1/4處；噪聲料位信號與壓差料位信號至少有一個；入口一次風量信號、 入口溫度信號、出口溫度信號和磨煤機電流信號選擇其中一個、兩個或兩個以 上信號，或用其替代信號，風量用風門開度代替，磨煤機電流用磨煤機功率代 替。
3、 根據(jù)權利要求1所述的雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制 方法，其特征在于上述料位控制模塊為雙進雙出的各種運行模式，其中包括雙 進雙出、雙進單出、單進雙出和單進單出運行模式，所述料位控制算法具有自 整定功能，根據(jù)控制輸入與控制性能分析對料位控制器參數(shù)進行整定，參數(shù)整 定能夠在線連續(xù)整定或間歇整定。
4、 根據(jù)權利要求1所述的雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制 方法，其特征在于上述出入口溫度控制模塊存在兩種控制方式， 一種方式以入 口溫度為控制目標量，通過調(diào)節(jié)熱一次風量和冷一次風量來實現(xiàn)入口溫度的穩(wěn) 定，另一種方式以出口溫度為控制目標量，通過調(diào)節(jié)熱一次風量和冷一次風量 來實現(xiàn)入口溫度的穩(wěn)定； 一般在啟動和停止過程中采用入口溫度控制方式，在 運行過程中采用出口溫度控制方式。
5、 根據(jù)權利要求1所述的雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制 方法，其特征在于所述的料位優(yōu)化控制模塊給出運行的各臺磨煤機的最佳料位 設定，優(yōu)化方式在運行初值基礎上通過施加擾動，根據(jù)結(jié)果確定優(yōu)化方向，再 根據(jù)最低磨煤機能耗目標函數(shù)對最佳運行狀態(tài)進行搜索，最終得到最佳料位設 定值。
6、 根據(jù)權利要求1所述的雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制 方法，其特征在于所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制模塊給出運行的各臺磨煤機的給粉 分配量，并就每臺磨煤機給出其所對應的最佳給粉量與最佳通風量，控制最佳 風粉配比；優(yōu)化包括靜態(tài)優(yōu)化與動態(tài)優(yōu)化兩種方式，靜態(tài)優(yōu)化方式通過獲取構(gòu)建鍋爐燃燒過程優(yōu)化模型，根據(jù)運行工況對各臺磨煤機的給粉量與通風量給出 優(yōu)化初值，動態(tài)優(yōu)化方式在運行初值基礎上通過施加擾動，根據(jù)結(jié)果確定優(yōu)化 方向，再根據(jù)最佳燃燒效果目標函數(shù)對最佳運行狀態(tài)進行搜索，最終得到最佳 給粉量與最佳通風量。
7、 根據(jù)權利要求1所述的雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，其特征在于所述先進控制模塊給出故障診斷與安全評估信息，其信息一 方面對制粉系統(tǒng)故障進行診斷，包括實時故障診斷，其故障診斷包括滿煤、空煤、斷煤和磨煤機異常；另一方面是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對制粉系統(tǒng)實現(xiàn)故障狀態(tài)檢 測，在制粉系統(tǒng)故障前給出提示，其提示包括軸瓦磨損嚴重、制粉系統(tǒng)漏風； 根據(jù)運行數(shù)據(jù)對整個制粉系統(tǒng)運行的安全性進行評估，給出安全評價結(jié)果。
8、 根據(jù)權利要求1所述的雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制 方法，其特征在于所述先進控制模塊給出運行評價與操作建議信息，運行評價 信息是指當前操作運行的穩(wěn)定、運行效率的高低，操作建議信息是對制粉系統(tǒng) 的運行給出建議，其建議是指鋼球缺失；根據(jù)鍋爐負荷狀況、機組運行經(jīng)濟性 給出最佳組合運行方式；再根據(jù)鍋爐負荷狀況建議最佳給煤量與通風量。
全文摘要
本發(fā)明公開了雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，該方法通過采集磨煤機噪聲料位、壓差料位、磨煤機電流、一次風量、入口一次熱風門與冷風門開度、入口溫度與出口溫度進行軟測量處理后得到磨煤機料位；控制包括料位控制、容量風量控制、旁路風量控制和出入口溫度控制；料位優(yōu)化在線搜索磨煤機最佳料位，以保證鍋爐燃燒安全和鍋爐調(diào)負荷時的煤粉供給量。鍋爐燃燒優(yōu)化根據(jù)鍋爐工藝、負荷與運行工況優(yōu)化各臺磨煤機的供粉量和通風量，提高鍋爐的燃燒效率。對系統(tǒng)進行故障診斷、運行評價與分析，并給出合理建議，保證系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟運行，廣泛應用于雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)或其它行業(yè)工藝相似系統(tǒng)。
文檔編號B02C17/00GK101334666SQ20081015034
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權日2008年7月15日
發(fā)明者張相利, 偉 陳 申請人:西安艾貝爾科技發(fā)展有限公司