新疆天富东热电厂自控案例Word格式.docx

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为了使用方便，将该曲线作求反处理得出曲线④。

将图分为3个区域分别用I、Ⅱ和Ⅲ标注，可知在工区中球磨机的功率达到最大，但出力却没有达到最大，所以该区不是系统运行的最优区域；

在Ⅲ区，存煤量很大，容易出现满磨，因此Ⅲ区也不是最佳运行区域；

在Ⅱ区，制粉出力接近最大出力点，该区应当是系统运行的最优区域。

球磨机制粉量的大小受磨制出力、干燥出力和通风出力三者的限制，且等于三者中的较小者。

制粉系统在最经济工况下运行，不仅要维持磨煤出力最大，同时还要保证最佳的通风出力和干燥出力。

就磨煤机而言，满足煤粉细度要求的制粉出力取决于两方面的因素：

一是磨煤机的磨制能力，它不仅取决子磨煤出力，而且还受干燥出力的影响，提高磨煤机入口温度可以改善磨煤条件，即增加干燥出力可使磨煤出力提高；

二是通风携带煤粉的能力，主要由风量决定。

一般来说，使磨煤出力最大时的通风量都不是最佳通风量，因为这时通风龟耗过大甚至会超过磨煤电耗的节省，所以，只要达到磨煤和通风电耗为最小的通风量，才称之为最佳通风量。

此时，虽不能达到最大的磨煤出力，但可使瞎煤机在最经济方式下运行。

这需要对制粉系统的磨煤出力、干燥出力和通风出力进行综合协调控制。

3改造原理及实施方案

制粉系统是一个大惯性、纯滞后、动态特性复杂

且参数时变的系统，其主要有如下几个重要的特点：

①制粉系统具有多个变量，其中重要的变量有：

出入口温度、入口负压、球磨机负荷、出入口压差、排粉机电流和球磨电流等。

②制粉系统具有强耦合性。

球磨机的最佳出力需要干燥出力、磨煤出力和通风出力三者均达到最佳，这3个出力分别对应着3个控制回路即热风量也即出口温度调节回路，球磨机负荷调节回路和再循环风量即出人口压差调节回路。

调节这3个回路中的任意一个变量都会引起其他2个回路变量的变化，另外2个回路进而又会影响该调节回路，从而引起系统的不稳定。

③系统具有纯滞后的特点。

主要表现在球磨机负荷即存煤量对给煤变化的响应时间长；

球磨机出口温度对热风门调节的响应时间长；

入口负压对再循环风门调节的响应时间长。

④系统的时变特性。

由于煤质、钢球、护甲等外在因素造成的系统特性的改变也是一个无法忽略的问题，系统在运行一段之后，其运行特性都将发生改变，因此固定不变的控制算法无法适应时变的球磨机系统。

磨煤机运行于经济工况下的基本控制策略是：

在维持最佳通风量和出口温度均在正常范围之内时（而不是在某一点），尽量加大给煤量，寻找最佳经济工作点。

为此需组成以磨机负荷、出入口差压、出口温度、人口负压和磨机电流为输入的检测量，分别控制热风门、循环风门和给煤量的3交量输入、3变量输出系统。

高温风量改变对磨煤机人口负压的扰动，利用增大再循环风门的调节速度，降低热风门的调节速度，尽量减少和不用冷风门参与调节来解决。

3.1球磨机内装煤量检测

球磨机负荷是制粉系统控制对象的核心，如何测量球磨机负荷是一个关键问题。

磨煤机内煤块、钢球和村板相互碰撞产生噪音，该噪音随着磨煤机内装煤量的变化而变化。

装煤较少时，钢球、衬板碰撞的几率大、能量大，产生的噪音大；

随着装煤量增多，煤块的不断填充，与钢球、衬板碰撞的几率减小、能量变小，产生的噪音也减小。

根据观测得知，磨音信号随着球磨机负荷舶增加逐渐减小，在球磨机负荷与磨音信号之间存在着较好的线性关系，因此，用音频传感器就可以检测到磨煤机装煤变化的多少，只要对音频信号作取反处理，即可得到球磨机负荷与磨音信号之间的近似正比例关系。

磨音传感变送器正是基于此原理，实现对球磨机发出的负荷音频信号进行采集并作信号处理、滤波以及变进的作用，使输出的音频信号真实可信，能够比较准确的反映出球磨机负荷的变化。

此外，测量磨音信号，可以有效的实现3个回路的解耦问题，使控制变得简单。

3.2给煤量的控制

针对磨煤机大惯性、纯滞后及参数时变的特点，采用白寻优——模糊PI相结合的控制策略及双层控制结构，如图2所示。

图中自寻优控制器的作用是给出一个适当的设定值R；

而模糊PI控制器则保证了被控对象的输出可以跟随该设定值。

自寻优的引入，使控制系统能够实时跟踪最大出力点，保证磨煤机始终运行在最佳工况，从而真正起到节能降耗的效果。

自寻优——模糊PI相结合的控制策略，不仅可以保证磨煤机始终运行在最佳状态下，而且能达到安全节能、提高产品质量和产量的目的。

3.3控制系统结构

5号炉LCS具有开放式的系统结构，能够适应现场恶劣环境，而且系统具备了双机热备的功能，保证了系统运行的可靠性。

本系统的结构正是吸取了DCS在过程控制中的诸多优点，在使用简易，控制效果明显，并突出经济效益的目标下，设计出基予PLC的3层控制结构的控制系统。

系统结构如图3所示：

系统的3层结构分别是：

①工业控制计算机为服务器的操作员站I，服务器被安装在后台的控制柜中，前端连接显示器为操作员显示监控界面。

服务器的主要功能是与第2层的控制器进行通信，一方面控制器将采集和处理后的信号量传送给服务器用作显示与控制计算，另一方面服务器向控制器发送控制参数与信号；

同时，服务器还承担着记录数据的任务，服务器实现自寻优控制算法功能。

②执行控制功能与信号采集处理功能的执行器站Ⅱ。

执行器站由2个PLC站组成，与操作员站I通信，同时与现场信号空进器连接。

控制站专门执行控制功能：

其输人为磨音信号、出人口压差、出口温度、球磨机电流、入口负噩和排粉机电流．输出信号则为控制给煤机电流变化的信号和控制风门变化的信号。

③最下面一层是现场信号层Ⅲ。

该层由传感器采集系统所需各种信号．然后送人变送器，由变送器特这些信号转换成标准的4～20mA的模拟信号供第2层使用。

控制系统程序流程图如图4所示。

4改造后的调整试验及效果分析

4.1改造后的调整试验

改造后的调整、试验由电厂配合某公司调试人员进行。

首先分步测试了系统各控制程序单独运行情况，主要有给煤控制程序、出口温度控制程序和人口负压控制程序，单独调试情况正常。

当磨煤机负荷实现定值控制后，影响磨煤出力的决定因素就在钢球量的调整上。

根据预定的钢球装填办法：

按直径40mm，50mm．60mm以上3种规格的钢球，装载总量控制在16t．钢球级配按3，4，3的比例进行称量装载。

实际单台磨初装钢球量为14.5t（其中直径40mm左右钢球4.5t，直径50mm左右钢球8t，直径60mmn以上钢球2t）。

运行调试过程中，为提高磨煤出力先后分4次加入2.5t直径60mm以上钢球，此时总装球量为17t，对应的磨煤机运行电流为29A左右。

乙磨煤粉细度（R90=31%（左右）高于甲磨煤粉细度（R90=25%左右），且乙磨煤粉均匀性n值偏小（0.7～0.8），分析原因可能是由于初装钢球时小球比例偏少，因此对原煤的碾磨作用不足，根据实际钢球的磨损情况，于11月25日向乙磨加了1t小球和1t大球，运行电流保持在29A左右。

根据实际化验结果，等磨运行电流下降到28A左右时，叉向乙磨舔加小球1t，效果比较明显。

最后煤粉细度均控制在R90=2696左右（排粉机风门挡板开度为35%）。

运行1d后，逐步投入了出口温度控制程序和^口负压控制程序。

6d以后，运行过程中出现出口温度瞬间高跳变，造成了热风门全关，冷风门全关现象，自动被迫解列。

经过检查分析，最终判定由二次仪表变送的出口温度信号，在瞬间有跳变，造成控制程序认为温度超过80℃的保护动作值，制粉系统连锁保护动作。

于是将出口温度控制程序的出口温度判定条件加入了限定条件：

如果瞬间采集信号超过80℃，热风门自动输出保持前一输出值不变，如果2s后温度仍然保持80℃，连锁保护动作。

后经30d运行，此故障再没有出现过。

4.2改造后的效果分析

①项目实施后，经过优化调整，单台磨煤机内装钢球量在21t左右，2台磨较以往减少了2.5～3t，但磨煤机制粉出力平均每小时提高了6t，与去年同期同负荷情况下相比，提高了制粉出力15%，加快了制粉速度，缩短了制粉系统的运行时间，平均每班缩短40min左右，磨煤机垒天停运时间平均延长了2.8h。

自动投入后，制粉系统能持续稳定运行，减少了人为干预控制．，均匀给煤，杜绝了满磨堵煤和空磨损耗，无形中增加了整个系统运行的安全性。

调整后90d的平均值与调整前90d同期平均值对比见下表。

钢球量/t

平均每天制粉时间/h

平均每天停运时间/h

平均制粉出力/t·

h-1

减少运行时间/h

甲磨

调整前

22.00～22.50

14.60

9.40

19.23

调整后

20.50～21.00

11.80

12.20

22.41

2.80

乙磨

19.46

22.52

②调整运行后，煤粉细度平均比调整前提高约30%（R90=26，R200=8），煤粉均匀性指标咒值约为0.8，飞灰可燃物指标在6%以内，经过一段时间的运行后，锅炉燃烧状况良好，各项污染物指标均正常。

调整后90d的平均值与调整前90d同期平均值对比结果见下表：

R200

R90

0.8≤n≤1.2（均匀性）

飞灰可燃物/%

2.60

16.80

0.89

1.68

7.60

25.65

0.81

3.65

16.90

0.87

1.87

8.10

26.47

0.79

3.79

n=2.884·

lg（2-lgR200）/（2-lgR90）

n值是代表锅炉钢球配比、煤粉细度均匀性的重要指标．0.8≤n≤1.2比较合适。

③改造后，因为飞灰含碳量由原来的2%～4%提高到现在的4%一6%，原煤的浪费量有所增大，由飞灰含碳量倒推出多消耗的原煤量M的计算公式见式

（1）。

由公式

（1）计算出的改造前后多消耗的原煤量比较表见下表。

Ay/%

Chy/%

B/Kg·

Qyd/Kj·

kg-1

全年浪费原煤量/t

全年多消费原煤量/t

2005年

21.88

2.50

21

22.054

87.06

2006年

5.50

191.46

104.40

M=（KAY×

0.8ChyB）/（100-Chy）Qyd

式中 

AY煤的应用基灰分含量，%；

Chy为飞灰台碳量，%；

B为每小时燃煤量，kg/h;

Qdy煤的低位发热量，kJ/Kg;

K为碳的发热量，取K=32886，kj/kg。

5改造后的效益分析

制粉系统经过一段时间的优化运行，其经济效益也明显体现出来。

①煤机内钢球总量减少2.5～3t．磨煤机制粉出力平均每小时提高了6t，减少了制粉时间，既节约了钢球费用9000元，又节约了制粉电量。

节约钢球的效益=（原钢球装载总量一现在钢球装载总量）×

钢材市场价格-2.5x3600元/t=9000（元）

②制粉单耗也明显降低，往年同期制粉单耗平均为27,51kW/t，而现在制粉单耗平均只有21.89kW/t，同比下降了约20%。

以年均满负荷计算，每年仅制粉电量就可节约72×

104Kw/h，折合成出口电量（按0.27元／kW/h）计算，每年可节约资金21.8万元。

锅炉年最大负荷平均运行小时数按6000h/a计算，满负荷每小时耗煤24t。

年节电效益=（改造前年同期平均制粉单耗一改造后平均制粉单耗）×

每小时耗煤量×

锅炉年均运行小时数×

上网电价=（27.51-21.89）x24×

6000x0.27=218505.6（元）

③改造后锅炉的飞灰含碳量由原来的2%～4%提高到现在的4%～6%．原煤的浪费量较2005年增大了104t，多消耗原煤的费用为14560元。

多消耗的原煤费用；

多消耗的原煤量×

煤碳的市场价格-（191.46--87.06）×

140=14560（元）

将一年中各项费用统计如下表：

节省钢球费

节省点亮费

多消耗原煤费用

总计节约费用

9000.0

218505.6

-14560.0

212945.6

通过费用对比，制粉系统改造后总的经济效益依然突出，利大于弊。

④制粉自动控制系统在设计阶段，就对制粉系统可能出现的事故状况提出了要求，因此对事故报警和保护比较完善，不仅保留了原设计图中的连锁保护，而且还针对可能出现的异常情况，进行一定范围的智能调整和保护，使运行人员能及时判l明情况；

进行相应处理和调整，在一定程度上减少了人为干预。

⑤煤粉细度经过调整后，由R90=2096提高到了R90=2696，粉仓温度较以前也有了明显的降低，平均降低了2.5℃，对安全生产运行是非常重要的。

6结束语

由于采用先进的程序控制技术，对制粉系统各测点的数据进行采集和自动处理，对球磨机负荷实施自动控制、自动监测、自动报警和自动保护，使制粉系统始终工作在最佳工况。

这样既提高了机组的自动化水平，降低了工人的劳动强度又保证了设备的稳定运行和经济运行；

提高了制粉系统的安全性，减少了事故的发生率，最终实现制粉系统的安全高效、节能降耗。