华能伊敏#机组#磨煤机控制设计正文.docx

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华能伊敏#机组#磨煤机控制设计正文

1引言

磨煤机是火力发电站煤粉制备系统的主体设备，其安全、经济运行与整个电厂的安全、经济运行有着紧密的联系。

磨煤机的作用是将一定尺寸的煤块磨制到规定的细度煤粉以供给锅炉燃烧，并在磨制过程中将煤干燥到规定的水平，使煤能够在锅炉中充分燃烧。

磨煤机的形式主要有三大类：

低速磨煤机（钢球磨煤机），中速磨煤机（E型磨煤机、碗式磨煤机、平盘磨煤机及MPS磨煤机等）及高速磨煤机（风扇磨煤机、锤击式磨煤机等）。

其中，钢球磨煤机被我国大多数火电厂采用，据资料统计，在国内发电厂中钢球磨煤机占各类磨煤机总量的60%以上。

然而钢球磨煤机的缺点也是显而易见的，如运行复杂、电耗高、噪音大、耗钢多、磨损多等，特别是自动控制难以实现这个问题至今仍未得到有效地解决，绝大多数电厂现在仍以手动为主。

不仅容易造成球磨机满煤、断煤、跑粉、超温事件的发生，系统也不能长期保持在最佳工况下运行。

寻找到最优控制方案、选择合适的磨煤机、找出磨煤机自动投入率低的根本原因，势在必行。

本次课设以华能伊敏电厂的磨煤机控制为蓝本，采用高速磨风扇煤机。

具有结构简单、制造方便，占地面积及金属耗量均较少的优点，因而初期投资低。

此外还具有制粉系统简单，设备上得快等优点。

除此之外，它还集干燥、破碎、输送三种功能于一身，控制方便灵活。

2锅炉燃烧系统及其设备

2.1制粉系统介绍

制粉系统是指将原煤破碎、干燥成为具有移动细度和水分的煤粉，并且根据锅炉的运行情况对制粉出力和煤粉细度进行合理的调整，然后送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和相关连接管道的组合。

可以分为直吹式和仓储式（及中间仓储式）两大类。

中间仓储式制粉系统将磨好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后再根据锅炉运行负荷的需要，从煤粉仓经给粉机送入炉膛燃烧；而直吹式制粉系统将原煤经磨煤机制成煤粉后直接吹入炉膛进行燃烧。

本次课程设计中用到的是直吹式的制粉系统，其优点：

设备简单，投资少，系统的爆炸危险性小，将煤粉送往喷燃器所消耗的电能少。

其缺点：

制粉系统出故障时，锅炉必须降低负荷甚至停炉，可靠性差，每台锅炉需配置多台磨煤机。

因此本次设计了8台磨煤机，6台正常运行，剩下的2台备用。

图2.1直吹式制粉系统

（1—原煤斗2—给煤机3—磨煤机4—粗粉分离器5—煤粉分配器6—一次风管7—燃烧器8—锅炉9—送风机10—一次风机11—空气预热12—热风管道13—冷风管道15—二次风箱16—密封风机17—混合风门18—热风门19—冷风门20—二次风门21—密封风门22—隔绝门）

2.1.1磨煤机

磨煤机是制粉系统的主要设备，它的作用是将具有一定尺寸的煤块进行干燥、破碎并磨制成煤粉。

磨煤机通常是按照转速分为三类：

低速球磨机、中速磨煤机和高速磨煤机。

本次设计采用高速磨煤机

目前国内常用的高速磨煤机是风扇式磨煤机（简称风扇磨），其工作转速为500~1500r/min。

风扇磨的优点是结构简单，制造方便，尺寸小，占地少，初投资低，磨煤机均匀地送入磨煤机，适应负荷变化快；缺点是磨损严重，不宜磨硬煤和水分大的煤，煤粉均匀性差等。

2.1.2给煤机

给煤机的作用是根据磨煤机或锅炉负荷的需要调节给煤量，并把原煤斗中原煤均匀地送入磨煤机。

给煤机的型式很多，国内应用较多的给煤机有圆盘式给煤机、电磁振动式给煤机、刮板式给煤机和电动式皮带给煤机。

2.2燃烧系统简介

燃烧过程的实质是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形式转换过程。

燃烧过程控制的根本任务是及时响应主控系统的输出指令，使燃料所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉燃烧的安全性和经济性。

燃烧的经济性主要是保证有合适的风/煤比，而安全性是保证锅炉处于过氧燃烧的状况及维持炉膛负压力为设定值。

由于炉内煤的燃烧是否良好，对发电成本影响很大，因此，要求锅炉运行人员合理组织煤的燃烧过程，保证良好的燃烧条件，使煤粉迅速而完全地燃烧。

2.2.1炉跟机控制方式

如图2.2所示，炉跟机控制方式的特点是：

汽轮机调负荷，锅炉调汽压。

调节过程中，锅炉跟随汽轮机而动作，其控制优点是充分利用了锅炉的蓄热来迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有利；缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。

图2.2炉跟机控制方式示意图

2.2.2机跟炉控制方式

如图2.3所示，机跟炉控制方式特点是：

锅炉调负荷，汽轮机调汽压。

调节过程中汽轮机跟随锅炉而动作，其控制优点是运行中主蒸汽压力相当稳定，有利于机组的安全经济运行；缺点是不能有效利于锅炉蓄热，适应负荷变化能力较差，不利于机组带变动负荷和参加电网调频。

图2.3机跟炉控制方式示意图

2.3风机

为了使燃料在炉内的燃烧正常运行，必须不断地向炉膛内送入燃料燃烧所需要的空气，并随时排出燃烧后所生成的烟气。

火电厂所使用的风机有：

送风机，其作用是提供燃料在锅炉炉膛内燃烧时所需要的空气；引风机，其作用是及时排出燃料在锅炉炉膛内燃烧时所生成的烟气；一次风机，其作用是将磨制好的煤粉排送至炉膛；二次风机，其作用是为锅炉内煤粉的燃烧提供氧气；密封风机，其作用是防止磨煤机正压运行时的煤粉外漏。

3600MW单元机组燃烧控制系统实例

3.1单元机组简介

该600MW单元机组采用6台给煤机、6台磨煤机，形成6个同样地制粉系统单元。

6台给煤机中只要有5台正常运行，就能保证机组满负荷运行，1台作为备用。

此汽包炉机组采用的是直吹式制粉系统，燃烧控制系统主要包括6个子控制系统，即燃料控制系统、磨煤机一次风量、磨煤机出口温度、一次风压力、二次风量、炉膛压力控制系统。

3.2控制过程分析

3.2.1燃烧控制系统

图3.1燃烧控制系统

燃料控制系统如图3.1所示，接受的是锅炉指令，反馈信号是热量信号，控制的是给煤机转速，以给煤机转速代表煤量信号。

通过小值选择器作为燃料量指令的定值信号的作用是为了保证锅炉在燃料过程中，风量始终大于燃煤量，保证燃煤在炉膛中能完全燃烧，提高燃烧的经济性；大值选择器的作用是使每台给煤机的最小给煤量为25%，大值选择器的输出除了去改变给煤量外，还送至BCS。

ST为给煤机A转速信号，它也送至BCS。

当给煤机A转速信号大于50%时，将发出信号给BCS。

当某台给煤机的输出（给煤机A）与平均值不等，则通过减法器

（2）、转换器T20、加法器

（2）、转换器T1、T2去修正给煤机A的给煤量。

这样设计的目的是使每台给煤机的负荷能接近平均负荷；转换器T19是用来实现燃料控制器PI1的手动/自动转换；转换器T1的作用是实现给煤机的手动/自动转换。

3.2.2磨煤机一次风量控制系统

煤粉管道中的煤粉和空气混合物的速度应保持在一定范围内（约在20~30m/s左右），流速太低会使煤粉沉积在管道内，也会造成磨煤机内煤的溢出。

另外，流速过低还会使着火点移近燃烧炉膛的煤粉颗粒度将过粗，使着火减慢，煤粉和空气在炉膛的混合度差，使不完全燃烧增加，同时可能造成结渣。

因此，磨煤机的一次风量必须保持在给定值。

3.2.3磨煤机出口温度控制系统

磨煤机出口温度控制的任务是保持出口温度在一定的范围内变化。

因为如果温度太低，煤和煤粉将得不到足够的干燥，造成制粉困难，甚至会造成堵塞，影响煤粉的输送；如果温度太高，可能会引起制粉某些地方着火，发生事故。

因此输送煤粉的一次风必须满足一定的温度。

如图3.2可知，改变冷、热风挡板的开度能够改变一次风的温度，从而使磨煤机出口温度保持在给定值。

3.2.4二次风（送风）控制系统

600MW机组风量控制系统有一次风和二次风两个相互独立的系统，一次风主要用于将煤粉从磨煤机输送到燃烧器，二次风主要用来帮助燃料在炉膛中完全燃烧.其中二次风管道有左右两侧，故二次风测量分左右两侧，每侧的二次风量经各自的二次风温进行补偿，两侧补偿后的二次风相加称为补偿后总二次风量。

补偿后总一次风和补偿后总二次风量相加，便得到补偿后总风量测量值。

如图3.3所示。

图3.2磨煤机出口温度控制系统

图3.3中，二次风量采用双变送器测量，一个为主变送器，一个为副变送器，两个变送器之间有偏差比较器。

当两个变送器间的偏差超过规定值时，表示两个变送器之一或者两个变送器同时发生了故障，这时将发生报警信号，并通过逻辑控制电路的作用，使磨煤机一次风量控制由自动地切换到手动方式，以免发生误调。

再经过温度补偿修正后得到补偿后的二次风量。

将两台送风机A、B补偿后的二次风量相加便得到总二次风量。

补偿后总一次风加补偿后总二次风，便得到补偿后总风量测量值。

补偿后总风量再经过氧量校正便得到校正后的总风量。

图3.3二次风量控制系统

4华能伊敏电厂二期#3磨煤机控制系统

4.1单元机组简介

华能伊敏电厂二期是由8台磨煤机形成的600MW单元机组，8台磨煤机中只要有6台正常运行，就能保证机组满负荷运行，2台作为备用，确保了机组安全稳定的运行。

该机组采用的是直吹式制粉系统，这比采用中间仓储式制粉系统在基建投资和运行费用上的耗费少了许多，且在燃烧设备与制粉系统之间就有明显可分得界限。

4.2二次风干燥风控制过程分析

该控制系统采用的是单回路控制系统，单回路控制系统是由测量变送器、调节器、执行器及控制对象组成的单闭环负反馈控制系统。

其控制原理方框图如图4.1所示。

图中WT（s）为调节器的传递函数，Wz（s）为执行器的传递喊出，Wm（s）为测量变送器的传递函数，Wo（s）为控制对象的传递函数。

在此系统中调节器的给定值为磨煤机温度，测量值是各点磨煤机出口温度。

图4.1单回路控制系统原理方框图

4.2.1测量参数整定

图4.2测量参数整定图

（一）

主要功能码介绍：

1.功能码156--新型PID控制器：

S1—过程变量的块地址。

本输入标识PID算法所控制的过程变量。

S2—设定值的块地址。

S3—跟踪参比信号的块地址。

当在跟踪方式时本规格确定PID的输出。

S4一跟踪开关信号的块地址。

本规格控制跟踪或释放方式：

0=跟踪方式

1=释放方式图4.3新型PID功能块

在跟踪方式时，输出强制等于跟踪参比信号。

在释放方式时，输出是据过程变量和设定值计算的函数。

S6—前馈信号的块地址。

当在释放方式时，根据PID算法计算的输出加上这个前馈输入后作为整个功能块的输出。

2.功能码15—2输入加法器：

输出=（×S3）＋（×S4）

（二）控制逻辑分析：

1.磨煤机出口温度整定

将磨煤机出口温度测量值与磨煤机出口温度设定值经输入加法器进行偏差计算，然后将其值输入到函数发生器中计算出磨煤机出口温度特性曲线，并将其作为PID整定的过程变量输入值进行参数整定。

2.给煤机煤量整定

将给煤机给定值与给煤机煤量的测量值进行大值选择，输出两者中最大值，再经函数发生器输入到PID的中作为系统的前馈信号，以便快速消除内扰，以便保证机组稳定运行。

3.PID运算

当系统处于自动状态并且二次风挡板位置在除中间位置、全开位置及全关位置之外的任意位置时，PID=1属于释放方式，因此其输出等于PID的设定值与过程变量值的运算结果；

当系统处于手动状态或是二次风挡板位置在上述三种特殊位置时，PID=0属于跟踪状态，此时PID的输出值等于的值。

4.2.2二次风干燥风挡板位置设定

图4.4二次风干燥风挡板位置设定图

（一）主要功能码介绍：

1.功能码80—控制站：

通过调整控制站按键，可改变该站的方式、设定值、比

率系数和控制输出。

S1—PV—输出为过程变量的块号。

S2—SPT—设定值跟踪信号的块地址

S3—当站在基本自动方式时其输出值为控制输出的那个块号。

S4—当本站在跟踪状态时（等于1）。

其输出作为站控制输出的那个块号。

S5—确定站块控制输出是否要跟踪的跟踪开关信号的块地址。

0=不跟踪

1=跟踪

S18—切换到手动信号的块地址

0=不切换

1=切换到手动

S28—与本站相连的模拟输出的块号。

S30—过程变量跟踪信号的块地址。

本规格与一起确定设定值的跟踪特性。

指示是否应该跟踪，指示是否应该跟踪。

如果两者都指示跟踪，超驰。

如果为l，则不论站处手动方式或自动方式，图4.5控制站功能块

其设定值都将跟踪。

当站处于串级方式时，本规格是无用的，因为此时的设定值输入不使用站的内部逻辑于控制。

0=不跟踪

1=跟踪

2.功能码9--模拟切换器：

这个功能码根据布尔输入选择输入中的一个。

S3：

切换信号的块地址—0=输出等于；1=输出等于；

S4：

切换到输入1上的时间的常数；

3.功能码2--手动设定常数：

手动设定常数块的输出是一个产生于本块内部的模拟量信号，其值等于。

（二）控制逻辑分析：

1.挡板处于中间位置

挡板位于中间位置时，“逻辑或”<5252>=1,切换器T5234的端输入为1，使控制站处于跟踪状态。

其他切换器仍选择各自的S1端的输入值。

此时T输出选择S2端，而是由手动设定量设定信号，由2号功能码可知，其输出等于其本身S1所设定的值20，也就是当挡板处于此位置时，自动控制系统将发出指令控制磨煤机二次风干燥风挡板位置于最佳位置处，以便保证磨煤机出口风量和风温的值，确保机组锅炉安全经济的运行。

2.挡板处于全开位置

挡板位于全开位置时，应极力关小挡板开度，以免降低煤粉温度，使煤粉得不到充分干燥而影响燃烧质量。

此时“逻辑或”<5252>=1，使控制站处于跟踪状态。

切换器T5245的端输入为1，其他切换器仍选择各自的S1端的输入值。

同理，此时T5245的值为100，即自动控制系统将经过控制站运算处理将调节挡板，使其关小，保证磨煤机正常运行。

3.挡板处于全关位置

挡板位于全关位置时，应尽快开打挡板开度，以免因进煤量不足了而影响锅炉中燃料的燃烧，从而造成安全事故。

同挡板处于全开位置时，“逻辑或”<5252>=1使控制站处于跟踪状态。

切换器T5250的端输入为1，其他切换器仍选择各自的S1端的输入值。

同理，此时T5250的值为0，以使控制器输出能以一定快的速率开大挡板开度，保证机组安全稳定的运行。

4.挡板位于其他位置

挡板位于其他位置时，“逻辑或”<5252>=0，使控制站处于不跟踪状态，所有的切换器T均选择S1端，，则此时控制输出为磨煤机二次风干燥风挡板调节指令的值。

（三）控制站逻辑分析：

此控制站的输入信号为磨煤机出口温度，输出信号为磨煤机出口温度设定，及磨煤机二次风干燥风挡板指令。

在本次设计中采用了磨煤机二次风干燥风挡板位置作为反馈信号，使机组能够精确地调节挡板位置。

假设系统此时处于自动状态，则控制站N+2端输出为1，=0，则设定值SP的值不跟踪。

当挡板处于中间位置、全开位置或是全关位置时，=1，则控制站输出跟踪的值，即每个时刻由运行员手动设定的值；当挡板处于其他位置时，控制站不处于跟踪状态，其输出值由控制站的给定值，过程变量值控制。

假设系统此时处于手动状态，则控制站N+2端输出为0，=1，则设定值SP的值跟踪，即此时控制站输出等于其输入端PV的值（磨煤机出口温度测量值）。

4.2.3磨煤机二次风报警系统

图4.6磨煤机二次风报警系统图

（一）主要功能码简介：

1.功能码12--高/低比较器：

本功能有两个输出。

当输入大于或等于高限时，输出N等于逻辑1。

当输入小于或等于低限时，输出N+1等于逻辑1。

若输入的值在两个限值之间，则两个输出都为逻辑0。

2.功能码31—检验质量：

能够检查l至4个输入点的质量。

这是一个四输入的

（OR）功能，如果所有要检测的点均为好质量，则输出逻辑0，若有一个

多个输入的测试点是坏质量，则输出为逻辑1。

（二）控制逻辑分析：

如上图所示，控制系统的输入信号为磨煤机出口温度偏差，磨煤机二次风干燥风挡板位置偏差信号，磨煤机运行，磨煤机出口温度测量失败等，将此信号经高低比较器和质量检查功能码控制逻辑“或”<5253>是否发出报警信号，以此控制系统是否要切换到手动状态，直至运行人员切除故障后才能无扰切换回自动。

总结

两周的实训转眼就过去了，在这两周中我学会了很多，根据对火电厂配煤系统的理解，通过组态实现了对磨煤机控制系统的设计。

在设计过程中，遇到了很多问题，如组态图的绘制、磨煤机控制系统运行逻辑的推演等。

经过我和同学们一起查找资料，上网查找其他电厂的控制方式及老师耐心的讲解让我们对伊敏电厂的控制也有了不少了解，虽然了解的不是很充分，但是也对我们日后的工作有很大的帮助。

虽然磨煤机的工作原理基本相同，但是不同电厂的磨煤机有所不同，我对磨煤机控制有了更深的认识，也了解了电厂中与配煤相关的知识

本次课程设计是基于华能伊敏电厂二期回路的磨煤机控制系统的设计，磨煤机是制粉系统不可缺少的一部分，对磨煤机的良好控制是保证锅炉汽轮机等系统安全稳定生产的前提。

采用单回路控制系统可以极大地消除控制系统工作过程中的各种扰动，使系统工作在良好的状态下，在系统中控制仪表可进行主控、串级控制的切换，可满足系统在不同情况下的控制要求。

设计应用了很多我们曾经学过的知识，我将已经被束之高阁的一些书籍重新找出，并从图书馆借来了相关资料，认真阅读，从中不仅找到了设计需要的知识点，还发现了一些在以前的学习中忽略了的知识，对这些知识的掌握是本次设计中的额外收获。

在设计过程中，我真切的感受到理论和实践之间存在的很大的距离，实践对于知识的掌握的重要性，在此之前，我一直以为自己的理论知识学的还可以，但当我拿到设计任务书的时候，却完全不知道如何下手。

经过我和组员的共同分析，我们对磨煤机的输入量、输出量、给定值，即给煤量、二次风量等的作用明白了不少，通过对输入量的控制分析可以知道其是如何对磨煤机的出口温度的控制的。

在指导老师的点拨以及同学们的建议下，我终于解决了遇到的问题。

完成这次课设对我将来的学习和实践有很大的帮助。

发现问题，面对问题，才有可能解决问题。

书本上的知识是死的，只有通过实践的考验，真正的掌握了的知识才是自己的。

在学习中一定要牢记，实践是检验真理的唯一标准。

我会珍惜这次课设的经验，温故而知新，在打牢基础的前提下，开阔创新。

致谢

在这为期两周的课程设计已接近尾声，这两周的课程设计时间虽然短暂，但我觉得自己过得很充实，可以说是收获颇多。

刚拿到课程设计题目的时候，我不知道如何下手，甚至不想分析，但我给自己打气：

“哪有未战先怯的道理”。

然后我就开始在图书馆和网络上收集与题目相关的资料，了解这方面的专业知识，确定自己研究的方向。

慢慢了解了图中各个项的内容，到了设计的最后，我了解了组态图的大部分，这与老师和同学的帮助是离不开的。

感谢他们在此次课程设计中给予我的指导和帮助。

在设计过程中出现的问题老师能够及时的指正并告诉我应该如何进行修改，经过老师的指导，我较好的完善这次课程设计，纠正了很多设计时出现的问题。

和组员的配合也让我觉得设计的难度减少了不少，他们能够在我不懂的时候耐心的帮我讲解，在空闲的时间和我一起翻阅了很多的参考资料，最终使我们都可以思路清晰的讲解我们各自的设计。

本次设计让我学到了很多东西，我会好好珍惜每一次学校给我们提供的机会，让我自己真正的学有所用。

通过这次磨煤机控制系统的设计，让我认识到了光是掌握了理论知识并不代表什么，必须还要与实际结合才能更好的理解这些知道，使之掌握得更牢靠。

这次设计使我将理论与实践相结合，弥补了单有理论知识的不足。

很庆幸能有这样一次课设的机会。

在设计过程中，培养了我发现问题，分析问题和解决问题的能力，也使我学到了很多课本无法涉及到的知识。

设计中遇到了很多自己无法解决的问题，在指导老师的点拨以及同学们的建议下，我都很好的解决了遇到的问题。

由此我意识到，任何时候任何事情闭门造车是不可取的，要一直向周围的师长、同学求教，以取得新鲜的主意。

在此感谢他们对我的帮助，感谢他们仔细的为我寻找设计中的缺陷，耐心的为我解答难题。

此次设计的结束很完美，这其中有我自己的努力，但更多的是同学和老师的支持与帮助。

通过此次课程设计我比较清楚地明白了控制过程的设计，以及优化控制系统的思想。

劳动是艰辛的，合作是愉快的，收获是甜美的。

相信我能在未来的生活中体会到这些艰辛、愉快、甜美；收获他人的帮助，也给与他人帮助。

参考文献

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机械工业出版社1981

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武汉大学出版社2002

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[15]何衍庆工业生产过程控制北京：

化学工业出版社2001

[16]铁岭电厂#4机组DCS组态图、热控CCS系统SAMA图

[17]元宝山发电厂#2机组DCS组态图、热控CCS系统SAMA图

[18]INFI-90分散控制系统培训手册（1——3）

[19]华能伊敏#4机组组态图

附录一

附录二

附录三