CN107262261A - 一种适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,所述方法将磨出口风粉混合物温度设定值和磨出口风粉混合物温度反馈值分别从正相输入端和反相输入端送入第一PID控制器,给煤量经过第一多点折线函数生成的信号,与第一PID控制器输出的信号求和,得到热风调节挡板的自动输出信号;给煤量经过第二多点折线函数生成的磨入口一次风温度设定值的基准值,与磨入口一次风温度偏置值求和,得到的磨入口一次风温度设定值与磨入口一次风温度反馈值送入第二PID控制器,得到冷风调节挡板的自动输出信号。本发明通过分析磨煤机工作过程能量平衡机理,由温度信号替代风量信号作为被控变量,很好地解决了传统方法磨煤机热风控制自动投入率低的问题,能够适应火电机组长时间超低负荷运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种磨煤机风量控制方法,该方法能够有效提高低负荷下的风量自动控制投入率,适应火电机组长时间超低负荷运行,属于粉碎技术领域。
背景技术
为了适应以风电为代表的可再生能源规模化并网,要求火电机组发电负荷调节范围由当前的100%~50%拓宽至100%~30%甚至100%~20%。但火电机组锅炉、汽轮机等本体设备以及磨煤机、风机等主要辅机设备并不是针对长时间低负荷运行设计的,机组深度调峰运行过程中还存在许多问题需要克服。
大型火电机组多采用中速磨正压直吹式制粉系统,制粉系统中最主要的设备是磨煤机。由磨煤机完成煤粉制备以及干燥的任务。磨煤机结构如图1所示,工作过程为:原煤由给煤机输送至位于磨煤机顶部中心位置的落煤管处,经过落煤管落入到磨煤机磨盘中心处;磨煤机磨盘由位于磨底部的电机经过减速齿轮带动旋转,原煤在离心力的作用下甩向磨盘周边,被挤压至磨盘和磨辊之间,磨辊自身重量很大并且还由弹簧或液压加载装置产生附加压力,紧压磨盘从而产生巨大的研磨作用,将原煤碾碎并推挤至磨盘边缘的风环处;热一次风经过磨煤机热风调节挡板与冷一次风经过磨煤机冷风调节挡板在磨煤机入口处汇合,由磨侧下方进入磨煤机,在风环处将碾碎的煤粒吹起,带至磨顶部的粗粉分离器;合格的细粉被一次风从位于落煤管四周的磨煤机出粉管带走,而被分离出的粗粉颗粒落回至磨盘中心处重复研磨过程。
磨煤机运行过程中需要监视的参数包括:给煤机给煤量,磨煤机入口一次风温度、压力、流量,磨煤机出口一次风粉混合物温度、压力,磨煤机风环与粗粉分离器之间的差压,磨煤机电机电流。其中要对2项参数进行控制:磨煤机入口一次风量和磨煤机出口风粉混合物温度。磨煤机入口一次风量与磨煤机给煤量之间按确定的函数关系变化,主要用于保证一次风对煤粉的输送和煤粉着火初期所需的空气量;磨煤机出口风粉混合物温度依据煤种设定,主要用于保证热风对煤粉的干燥作用。通常采用的控制方式是由磨煤机入口热风调节挡板控制磨煤机入口一次风量,由磨煤机入口冷风调节挡板控制磨煤机出口风粉混合物温度。
这种控制方式现场遇到的最大问题是一次风流量测量准确度低、可靠性差,导致热风调节挡板控制难以投入自动,这样问题在火电机组低负荷运行时尤为明显。磨煤机一次风流量测量存在的问题包括:(1)热一次风经过空气预热器时会将沉积的飞灰带出,风中带灰容易造成风量测量装置取压管路堵塞或磨损,测量装置故障率高;(2)热、冷一次风汇合后进入磨煤机的管道很短,无法满足风量测量装置对前后直管段的要求,测量准确度低;(3)测量装置通过测量差压计算风量,差压与风量成平方关系变化,这意味着风量减小至额定值的50%时差压信号已经衰减至额定值的25%,所以小流量情况下测量灵敏度低、易受干扰;(4)风量测量装置距离热风调节挡板位置很近,热风调节挡板开度较小时会产生明显的涡流扰动,小风量时对风量信号造成严重干扰。
其中问题(3)、(4)是导致低负荷时磨煤机一次风量控制难以投入自动的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端,提供一种适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,彻底解决低负荷时磨煤机热风控制自动投入率低的问题。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的:
一种适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,所述方法将磨出口风粉混合物温度设定值和磨出口风粉混合物温度反馈值分别从正相输入端和反相输入端送入第一PID控制器,给煤量经过第一多点折线函数生成的热风调节挡板的前馈控制信号,与第一PID控制器输出的反馈控制信号求和,得到热风调节挡板的自动输出信号;给煤量经过第二多点折线函数生成的磨入口一次风温度设定值的基准值,与磨入口一次风温度偏置值求和,得到的磨入口一次风温度设定值与磨入口一次风温度反馈值分别从反相输入端和正相输入端送入第二PID控制器,得到冷风调节挡板的自动输出信号。
上述适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,控制方式为:采用磨煤机热风挡板控制磨煤机出口风粉混合物温度,采用磨煤机冷风挡板控制磨煤机入口一次风温度。
上述适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,所述磨出口风粉混合物温度设定值由运行人员依据煤种给出。
上述适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,所述磨入口一次风温度偏置值由运行人员给出。
本发明采用磨煤机热风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度、冷风调节挡板控制磨入口一次风温度的控制方式,由温度信号替代风量信号作为被控变量,很好地解决了传统方法因一次风流量测量准确度低、可靠性差而造成的磨煤机热风控制自动投入率低的问题,该方法能够适应火电机组长时间超低负荷运行,满足可再生能源的规模化并网要求。
附图说明
图1是磨煤机结构示意图;
图2是本发明的磨煤机风量控制逻辑;
图3是600MW机组磨煤机一次风量与给煤量对应曲线。
图中和文中各符号清单为:PID1为第一PID控制器,PID 2为第二PID控制器;SUM1为第一求和模块,SUM2为第二求和模块,F(x)1为第一多点折线函数,F(x)2为第二多点折线函数,qc为给煤量,Cc为煤比热,t0为环境温度,qa为磨入口一次风量,Ca为空气比热,tai为磨入口一次风温度,qf为磨密封风量,tao为磨出口风粉混合温度,E为磨电机转动带入到磨煤机中的能量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
本发明针对由于磨煤机一次风量测量干扰大、准确度低、可靠性差导致磨煤机热风控制自动投入率低,特别是低负荷下难以投入自动的问题,提出了一种适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法。该方法摈弃了由热风调节挡板控制一次风量、由冷风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度的传统控制方式,改为用热风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度、用冷风调节挡板控制磨入口一次风温度的控制方式。优点是:(1)在煤质确定的情况下,磨一次风煤比仅与磨入口一次风和出口风粉混合物的温度相关,保证磨出口、入口温度的稳定性即能够保证一次风煤比基本稳定;(2)温度信号测量的准确度和可靠性远高于风量信号,由此可大大提高控制系统的整体可靠性;(3)当煤水分增大或冬季煤中带冰时,控制系统能够自动增加一次风煤比,有利于保证煤粉输送能力和干燥出力;(4)用热风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度,在给煤量变化时能够使磨煤机一次风量产生一定量的动态过调,可以加快燃料侧的响应速度,有利于提高火电机组机炉协调控制系统的控制品质。
发明技术原理
磨煤机的风量控制无论采用何种方式必须满足以下要求:保证磨煤机出口风粉混合物温度稳定以满足对煤粉干燥出力的要求;保证一次风煤比以保证对煤粉输送和着火过程稳定的要求。改进控制方案采用热风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度、冷风调节挡板控制磨入口一次风温度。从表象分析,磨出口风粉混合物温度是受控的能够满足要求,但一次风煤比并不是控制系统中明显的受控参数。改进后控制系统实现对一次风煤比控制的原理如下。
煤在磨煤机内磨制的过程遵循能量守恒定律,列出方程为:
qcCct0+qaCatai+qfCat0+E=qcCctao+qaCatao+qfCatao (1)
其中:qc-给煤量,kg/s;Cc-煤比热,kJ/kg℃;t0-环境温度,℃;qa-磨入口一次风量,kg/s;Ca-空气比热,kJ/kg℃;tai-磨入口一次风温度,℃;qf-磨密封风量,kg/s;tao-磨出口风粉混合温度,℃;E-磨电机转动带入到磨煤机中的能量,kW。
与一次风带入到磨中的能量相比磨电机转动带入到磨煤机中的能量很少,可以忽略;与一次风量相比密封风量很小,也可以忽略。简化后的磨煤机内能量平衡方程为:
qcCct0+qaCatai=qcCctao+qaCatao (2)
推导得到:
在设备正常运行的参数范围内,煤的比热和空气的比热都近似为常数,环境温度可以近似为常数,磨煤机出口风粉混合物温度是受控的也可以近似为常数。这样,由式3可以看出,磨煤机的一次风煤比仅仅取决于磨煤机入口一次风温度。当磨煤机入口一次风温受控时,实际上也就意味着磨煤机一次风煤比受控。可以通过调整磨煤机入口一次风温改变一次风煤比,磨煤机入口一次风温越低,一次风煤比越高。
理论上可以引入环境温度补偿以提高控制精度,但一方面磨煤机所处环境温度为火电机组锅炉房内温度,变化范围相对较小;另一方面环境温度较低时需要增加一次风量补偿干燥出力。依据式3可发现环境温度降低时一次风煤比会自动增加,恰好符合现场要求。另外,当煤水份含量增加时比热增加,依据式3可发现煤比热增加时一次风煤比会自动增加,这也恰好符合煤水分大时需要适当增加一次风量以满足煤粉输送和干燥出力的要求。
发明技术方案
参考图2说明发明技术方案。由运行人员给出的磨出口风粉混合物温度设定值和磨出口风粉混合物温度反馈值分别从正相输入端和反相输入端送入第一PID(比例、积分、微分)控制器(即PID1),给煤量经过第一多点折线函数F(x)1生成热风调节挡板的前馈控制信号,与PID1输出的反馈控制信号求和,得到热风调节挡板的自动输出信号。给煤量经过第二多点折线函数F(x)2生成的磨入口一次风温度设定值的基准值,与由运行人员给出的磨入口一次风温度偏置值求和,得到的磨入口一次风温度设定值,与磨入口一次风温度反馈值分别从反相输入端和正相输入端送入第二PID(亦称PID2)控制器,得到冷风调节挡板的自动输出信号。
以600MW机组配套的额定出力为70t/h的磨煤机为例说明第一多点折线函数F(x)1和第二多点折线函数F(x)2的设置方式,分别如表1、2所示。第一多点折线函数F(x)1和第二多点折线函数F(x)2的设置方式参考磨煤机生产厂家给出的如图3所示的磨煤机一次风量与给煤量对应曲线。对于第一多点折线函数F(x)1,当给煤量小于20t/h时热风调节挡板保持25%的开度不变,之后随给煤量增加热风调节挡板开度增加,给煤量大于60t/h时热风调节挡板保持70%的开度不变。对于第二多点折线函数F(x)2,参考一次风煤比曲线设置给煤量与磨入口一次风温设定值的基准值的对应关系,当给煤量小于20t/h时一次风煤比相对较大并且随给煤量的增加呈减小的趋势,当给煤量大于20t/h小于35t/h时一次风煤比近似为常数随给煤量增加略微减小,当给煤量大于35t/h小于60t/h时一次风煤比保持常数,当给煤量大于60t/h时一次风煤比相对较小并且随给煤量的增加呈减小的趋势。
表1第一多点折线函数模块F(x)1设置
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
x | 0 | 20 | 35 | 45 | 60 | 70 | 100 |
y | 25 | 25 | 30 | 40 | 70 | 70 | 70 |
表2第二多点折线函数模块F(x)2设置
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
x | 0 | 20 | 35 | 45 | 60 | 70 | 100 |
y | 260 | 290 | 300 | 300 | 300 | 330 | 350 |
发明实施步骤
(1)实施条件确认
发明适用于采用中速磨正压直吹式制粉系统的火电机组的磨煤机的风量控制。火电机组安装多台磨煤机,对每一台磨煤机都需要确认:测量磨煤机出口风粉混合物温度、磨煤机入口一次风温度的测点信号正常,磨煤机热风调节挡板、磨煤机冷风调节挡板执行机构动作正常。
(2)控制逻辑组态
依据图2所示逻辑,在机组DCS(分散控制系统)的EWS(工程师站)中,实施控制逻辑组态,用改进控制逻辑替换原有控制逻辑。每台磨煤机对应一套控制逻辑。
(3)控制系统参数调试
对每台磨煤机控制系统参数分别进行调试。
需要调试的参数包括:(1)热风调节挡板PID控制器(图2中PID1)参数;(2)冷风调节挡板PID控制器(图2中PID2)参数;(3)热风调节挡板控制回路前馈控制信号生成逻辑中给煤量对热风调节挡板开度多点折线函数(图2中F(x)1)的参数;(4)冷风调节挡板控制回路自动定值生成逻辑中给煤量对应磨入口一次风温度设定值的基准值的多点折线函数(图2中F(x)2)的参数。其中PID控制器的参数依据设定值与被控变量的动态变化情况调试,前馈和定值多点折线函数可参考表1、2的形式设置,也需要依据不同磨煤机负荷下的静态运行参数进行细微的调试。
参数调试完成后,控制系统可投入正常运行。
发明优点
(1)可靠性好、自动投入率高。本发明提出了磨煤机热风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度、冷风调节挡板控制磨入口一次风温度的控制方式。采用温度信号替代风量信号作为被控变量,克服了因磨煤机一风量信号测量干扰大、准确度低、可靠性差导致磨煤机一次风量自动控制投入率不高,特别是低负荷下难以投入自动控制的问题。
(2)具有自动补偿功能。发明提出的控制方式具有自动补偿功能,当环境温度降低、煤水分增大或冬季煤中带冰时,控制系统能够自动增加一次风煤比,有利于保证煤粉输送能力和干燥出力。
(3)有利于提高机组机炉协调控制系统控制品质。用热风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度,在给煤量变化时能够使磨煤机一次风量产生一定量的动态过调,可以加快燃料侧的响应速度,有利于提高火电机组机炉协调控制系统的控制品质。
(4)控制灵敏度高、鲁棒性好。原控制方案采用冷风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度,而改进控制方案采用热风调节挡板控制磨出口风粉混合物温度,由于热一次风量远大于冷一次风量,所以热风调节挡板开度小幅变化即可满足要求,而且调节的线性度会更好;改进后控制方案采用冷风调节挡板控制磨入口一次风温度,由于被控对象惯性很小,即使执行机构非线性很强也可以获得满意的控制品质。因此,改进后控制方式具有控制灵敏度高、鲁棒性好的优点。
Claims (4)
1.一种适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,其特征是,所述方法将磨出口风粉混合物温度设定值和磨出口风粉混合物温度反馈值分别从正相输入端和反相输入端送入第一PID控制器,给煤量经过第一多点折线函数生成的热风调节挡板的前馈控制信号,与第一PID控制器输出的反馈控制信号求和,得到热风调节挡板的自动输出信号;给煤量经过第二多点折线函数生成的磨入口一次风温度设定值的基准值,与磨入口一次风温度偏置值求和,得到的磨入口一次风温度设定值与磨入口一次风温度反馈值分别从反相输入端和正相输入端送入第二PID控制器,得到冷风调节挡板的自动输出信号。
2.根据权利要求1所述的适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,其特征是,采用磨煤机热风挡板控制磨煤机出口风粉混合物温度,采用磨煤机冷风挡板控制磨煤机入口一次风温度。
3.根据权利要求1或2所述的适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,其特征是,所述磨出口风粉混合物温度设定值由运行人员依据煤种给出。
4.根据权利要求1或2所述的适应火电机组超低负荷运行的磨煤机风量控制方法,其特征是,所述磨入口一次风温度偏置值由运行人员给出。
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Legal Events
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GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20181218 Termination date: 20210712 |