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 張小輝,張志軍,程榮新

1  概述
我國(guó)很多火力熱電廠中的制粉系統(tǒng)采用中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，此系統(tǒng)按送粉方式分為熱風(fēng)送粉和乏氣送粉兩類(lèi)。
中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)包括：給煤機(jī)、磨煤機(jī)、粗粉分離器、細(xì)粉分離器、排粉機(jī)、磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門(mén)、磨煤機(jī)入口冷風(fēng)門(mén)、排粉機(jī)入口風(fēng)門(mén)等設(shè)備。
給煤機(jī)把經(jīng)過(guò)預(yù)處理煤從煤倉(cāng)中給到磨煤機(jī)中；磨煤機(jī)一般采用鋼球磨煤機(jī)，鋼球磨煤機(jī)靠磨煤機(jī)內(nèi)的鋼球與煤的撞擊、擠壓、研磨將煤塊磨成煤粉；粗粉分離器把不符合粒度要求的顆粒再返回到磨煤機(jī)內(nèi)再處理；細(xì)分離器是把煤粉與氣體分開(kāi)，輸出合格煤粉；合格煤粉進(jìn)入粉倉(cāng)以備后用。整個(gè)過(guò)程一般采用排粉機(jī)作為動(dòng)力源，磨煤機(jī)為主要控制調(diào)節(jié)對(duì)象，所以中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)一般采用負(fù)壓運(yùn)行方式，對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。制粉工藝圖（如圖1）所示。
2  工藝要求及特點(diǎn)
(1)  工藝要求
?  燃燒提供合格的燃料（細(xì)度、溫度、水份）；
?  磨制合格的煤粉，適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化的要求，維持粉倉(cāng)內(nèi)粉位在一定范圍內(nèi)；
?  保證制粉系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行。
(2)  工藝特點(diǎn)
?  多因素影響的強(qiáng)耦合的多輸入多輸出調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
?  波動(dòng)大的大容量、大滯后的響應(yīng)特性；
?  是相對(duì)獨(dú)立的多控制對(duì)象的控制系統(tǒng)。
3  控制調(diào)節(jié)要求及分析
中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的調(diào)節(jié)要求就是要滿足系統(tǒng)的工藝要求。
(1)  中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的調(diào)節(jié)回路的主要目的是為燃燒提供合格的燃料。
在一般情況下，通風(fēng)量的大小影響風(fēng)攜帶粉量和磨煤機(jī)的出力。通風(fēng)量太小，攜帶出的粉量很小，磨煤機(jī)出力小；通風(fēng)量太大，粗粉分離器的回粉量增大，造成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)量大，增大磨損，加大電耗。
 

圖1  中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)工藝圖

由經(jīng)驗(yàn)公式可以得到氣體流速與煤粉細(xì)度的對(duì)應(yīng)公式(1)。
               

    （1）

     其中R90為煤粉顆粒通過(guò)90mm篩孔的百分含量；Kd為系數(shù)；Wa為磨煤機(jī)出口氣體流量；Fd為磨筒通流面積；rm為磨煤機(jī)出口氣體密度。由此可以通過(guò)控制磨煤機(jī)出口風(fēng)量來(lái)控制磨煤機(jī)出口煤粉顆粒粒度。
而由伯努利方程可以推導(dǎo)出式(2)：   

   (2)

       其中△P為磨煤機(jī)出入口壓差；K1、K2為空氣、磨煤機(jī)存煤的阻力系數(shù)；Mm為磨煤機(jī)存煤量。從此公式可以得到磨煤機(jī)出入口壓差與磨煤機(jī)出口氣體流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
煤粉的水份與煤粉的溫度有關(guān)，而煤粉的溫度可以從能量守恒方程推導(dǎo)、簡(jiǎn)化為式(3)：
     (3)

      其中Wf、Wg、Cg為磨煤機(jī)出口煤量、入口煤量、煤比熱；Wlk、Wrk、Ck為進(jìn)入磨煤機(jī)的冷風(fēng)量、熱風(fēng)量、空氣比熱；t1、tlk、trk、tg為磨煤機(jī)出口溫度、磨煤機(jī)進(jìn)口冷風(fēng)溫度、磨煤機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)溫度、磨煤機(jī)入口煤的溫度。
由此可知，通過(guò)冷、熱風(fēng)的配比調(diào)節(jié)能完成磨煤機(jī)出口溫度的調(diào)節(jié)。
(2)  磨煤機(jī)控制的要求
?  確保磨煤機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行；
?  確保制粉系統(tǒng)輔機(jī)的安全運(yùn)行；
? 保護(hù)設(shè)備、減輕操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度；
要滿足中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的控制要求，可分下面功能組來(lái)完成：
A  磨煤機(jī)的啟動(dòng)子功能組
建立磨煤機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)的磨煤機(jī)需要的正常油壓、油溫，備用油泵投入聯(lián)鎖；投入制粉系統(tǒng)聯(lián)鎖，開(kāi)磨煤機(jī)入口冷風(fēng)門(mén)；排粉機(jī)啟動(dòng)正常運(yùn)行后，開(kāi)磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門(mén)，關(guān)磨煤機(jī)入口冷風(fēng)門(mén)，保持磨煤機(jī)入口一定負(fù)壓，進(jìn)行暖磨；調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門(mén)，當(dāng)磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到一定值時(shí)，啟動(dòng)磨煤機(jī)。
B  磨煤機(jī)的停止子功能組
停止給煤機(jī)；切除制粉系統(tǒng)聯(lián)鎖；停磨煤機(jī)；先關(guān)熱風(fēng)門(mén)，再關(guān)冷風(fēng)門(mén)。
C  磨煤機(jī)跳閘保護(hù)
磨煤機(jī)跳閘保護(hù)的條件：磨煤機(jī)本身保護(hù)動(dòng)作（油溫、油壓），制粉系統(tǒng)跳閘，MFT動(dòng)作；磨煤機(jī)跳閘保護(hù)的動(dòng)作：停磨煤機(jī)，關(guān)熱風(fēng)門(mén)，開(kāi)冷風(fēng)門(mén)。
(3)  為了實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)的上述控制調(diào)節(jié)功能需監(jiān)視測(cè)點(diǎn)及相關(guān)設(shè)備
?  磨煤機(jī)潤(rùn)滑油子系統(tǒng)：兩臺(tái)潤(rùn)滑油泵、油溫、油壓、磨煤機(jī)軸瓦回油溫度；
?  磨煤機(jī)相關(guān)風(fēng)門(mén)：總風(fēng)門(mén)、冷風(fēng)門(mén)、熱風(fēng)門(mén)、再循環(huán)風(fēng)門(mén)；
?  磨煤機(jī)本體測(cè)點(diǎn)：磨煤機(jī)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、磨煤機(jī)電機(jī)斷線、磨煤機(jī)電機(jī)保護(hù)、磨煤機(jī)前后瓦溫、磨煤機(jī)前后軸溫、磨煤機(jī)電機(jī)軸溫、磨煤機(jī)電流；
?  磨煤機(jī)工藝參數(shù)：磨煤機(jī)入口負(fù)壓、磨煤機(jī)壓差、磨煤機(jī)出口溫度、磨機(jī)入口溫度。
?  負(fù)壓系統(tǒng)：乏氣管負(fù)壓、粗分出口壓力、排粉機(jī)入口風(fēng)壓、粗分出口溫度、細(xì)分入口溫度、排粉機(jī)入口溫度、再循環(huán)乏氣溫度、排粉機(jī)入口溫度、排粉機(jī)電流。
4  磨煤機(jī)具體調(diào)節(jié)回路實(shí)現(xiàn)
(1)  磨煤機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)
因?yàn)槟壳敖o煤量、制粉量在電廠很難測(cè)量，并且影響磨煤機(jī)負(fù)荷的因素較多，這些給磨煤機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)帶來(lái)困難。

圖2  磨煤機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在磨煤機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)中給煤量采用（磨煤機(jī)入口負(fù)壓-磨煤機(jī)出口負(fù)壓）/（磨煤機(jī)出口負(fù)壓-排粉機(jī)入口負(fù)壓）的綜合信號(hào)作為被調(diào)量，PI控制器輸出控制給煤量（給煤機(jī)轉(zhuǎn)速），保證磨煤機(jī)在變負(fù)荷的工況下正常運(yùn)行，控制方案如圖2所示。但從節(jié)能角度考慮，磨煤機(jī)最好在額定工況下（設(shè)計(jì)工況）工作，即中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)中的磨煤機(jī)采用定負(fù)荷工作方式。
(2)  磨煤機(jī)入口負(fù)壓調(diào)節(jié)
煤粉的細(xì)度是制粉系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)，磨煤機(jī)的風(fēng)量（風(fēng)速）是維持煤粉細(xì)度的重要參數(shù)，而影響磨煤機(jī)通風(fēng)量的因素有排粉機(jī)出力、給煤量等因素。在正常條件下，采用磨煤機(jī)入口負(fù)壓能大體反映制粉系統(tǒng)的風(fēng)量。磨煤機(jī)入口負(fù)壓調(diào)節(jié)采用PI-模糊控制模塊組成的控制器的方法來(lái)完成調(diào)節(jié)控制。考慮到排粉機(jī)、給煤機(jī)運(yùn)行情況的影響，加入補(bǔ)償修正函數(shù)，這樣加快了調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)過(guò)程的調(diào)節(jié)速度控制方案如圖3所示。
 

圖3  磨煤機(jī)入口負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

(3)  磨煤機(jī)出口溫度調(diào)節(jié)
煤粉的干濕程度是煤粉安全輸送、儲(chǔ)藏的重要指標(biāo)之一。煤粉的干濕程度可以用磨煤機(jī)出口溫度來(lái)衡量。因?yàn)槟ッ簷C(jī)出口溫度反映滯后大、與磨煤機(jī)入口負(fù)壓相耦合，這些給自動(dòng)調(diào)節(jié)帶來(lái)了困難，所以測(cè)量溫度信號(hào)采用超前處理，控制器采用PI-模糊控制模塊組成的控制器，考慮到給煤機(jī)運(yùn)行情況的影響，加入補(bǔ)償修正函數(shù)，這樣加快了調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)過(guò)程的調(diào)節(jié)速度，控制方案如圖4所示。
5  磨煤機(jī)具體控制回路實(shí)現(xiàn)
(1)  磨煤機(jī)啟停
磨煤機(jī)的啟動(dòng)條件是潤(rùn)滑油溫度正常；潤(rùn)滑油壓力不低；排粉機(jī)運(yùn)行；磨煤機(jī)潤(rùn)滑油泵聯(lián)鎖投入；制粉系統(tǒng)聯(lián)鎖投入。
(2)  磨煤機(jī)設(shè)備保護(hù)（如圖5所示）
 

圖4  磨煤機(jī)出口溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

圖5  磨煤機(jī)設(shè)備保護(hù)聯(lián)鎖圖

磨煤機(jī)設(shè)備保護(hù)的條件是潤(rùn)滑油壓力低；磨煤機(jī)軸溫高；排粉機(jī)跳閘；MFT動(dòng)作。
(3)  輔助設(shè)備（冷風(fēng)門(mén)、熱風(fēng)門(mén)）（如圖6所示）
磨煤機(jī)跳閘開(kāi)冷風(fēng)門(mén)、關(guān)熱風(fēng)門(mén)。
 

圖6  冷風(fēng)門(mén)，熱風(fēng)門(mén)聯(lián)鎖圖