CN107812598B - 一种双进双出磨煤机制粉控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双进双出磨煤机制粉控制系统，属于制粉控制系统技术领域。所述双进双出磨煤机制粉控制系统，包括料位控制系统,用于控制磨煤机中的料位；容量风控制系统,通过两个所述容量风门的开度的调整分别实现进入磨煤机两侧容量风的调整；旁路风控制系统,用于在暖磨过程中和低出力阶段保证磨煤机的最小通风量及充当原煤干燥介质和磨出口温度与入口风压力控制系统,该控制系统采用冷风门作为控制磨煤机出口风温的主变量，采用热风门作为控制磨煤机入口压力的主变量。本发明成功实现了磨煤机的入口风压、出口风温、容量风风量、料位等参量的精细控制，为机组协调控制系统的自动功能的投入打下了坚实的基础。

Description

一种双进双出磨煤机制粉控制系统

技术领域

本发明涉及制粉控制系统技术领域，具体涉及一种双进双出磨煤机制粉控制系统。

背景技术

随着锅炉向大容量高参数发展，超(超)临界锅炉机组由于其自身优势被日益广泛地采 用。由于直流炉机组的相对复杂性，因此其控制系统与汽包炉不同，而控制器尤其是智能控 制器的设计在很大程度上依赖于机组模型，因此建立适用于控制的直流炉机组的模型是十分 必要的。另外，国内外文献表明，机组的燃烧建模主要是针对中速磨煤机开展，却未对复杂的双进双出磨煤机构成的制粉系统的动态模型的建立开展系统的研究工作，这种研究现状致 使机组控制系统的设计缺乏必要的理论依据与指导。

目前，研究人员主要将精力集中于中速磨煤机的动态模型与双进双出磨煤机制粉系统的 控制策略研究中，还没有开展配置双进双出磨煤机制粉系统的超超临界直流炉机组的完整动 态模型。对于较为复杂的制粉系统的模型研究较少，特别是，双进双出磨煤机制粉系统的动态特性决定了锅炉-汽轮机负荷压力控制系统的设计。目前的研究仅仅针对于配置中速磨煤机 的超(超)临界机组，对配有双进双出的超(超)临界机组制技术的研究却少有开展，几乎没 有对双进双出双进双出磨煤机制粉控制系统有较为深入的研究，也无控制系统成功应用的工 程实例。因而，该类型机组的制粉系统特性研究与模型的建立显得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种双进双出磨煤机制粉控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双进双出磨煤机制粉控制系统，包括:

料位控制系统,包括两台给煤机,两台所述给煤机分别设于所述双进双出磨煤机料筒的两 端且与所述双进双出磨煤机的入煤口连接,用于控制磨煤机中的料位；

容量风控制系统,包括设于磨煤机两侧上的驱动端容量风门和非驱动端容量风门,通过 两个所述容量风门的开度的调整分别实现进入磨煤机两侧容量风的调整；

旁路风控制系统,包括设于磨煤机上的旁路风门,用于在暖磨过程中和低出力阶段保证磨 煤机的最小通风量及充当原煤干燥介质；

磨出口温度与入口风压力控制系统,包括设于磨煤机上的冷风门和热风门,所述冷风门 作为控制磨煤机出口风温的主变量，所述热风门作为控制磨煤机入口压力的主变量。

进一步地，所述料位控制系统中，采用偏差PID反馈控制策略加上前馈控制进行料位的 控制。

进一步地，所述料位控制系统的控制方法为：将磨煤机两端的两个差压通过求取平均值 作为料位实际过程值，再将料位实际过程值与料位设定值进行比较，之后进入PID运算模块， 得到给煤机的控制指令，操作给煤机的变频装置从而改变两台给煤机的转速与进入磨煤机的煤量，最终使得磨煤机的料位在设计值附近变化。

进一步地，所述PID的前馈引脚与所述容量风控制系统的容量风指令信号对应的折线函 数输出端连接。

进一步地，所述料位控制系统中还设计了给煤机出力偏置处理回路，以使当某台给煤机 出力偏置增大时，另外一台给煤机的出力自动降低。

进一步地，所述容量风控制系统中,容量风量的设定值由锅炉燃料主控输出给定，并在主 控输出进入PID之前进行偏置设定。

进一步地，所述旁路风控制系统中,还包括在旁路风风量设定值上叠加一个偏置设定，通 过正偏置的输入，以适当开启旁路风门。

进一步地，所述磨出口温度与入口风压力控制系统中设有磨煤机的一次风压的控制回路， 且所述磨煤机的一次风压的控制回路中设有标志积分饱和发生的两个开关量，分别用于提高 或降低磨煤机的一次风压，以改变磨煤机入口一次风压的设定值。

进一步地，所述磨出口温度与入口风压力控制系统中，还设有报警模块，以当调整一次 风压力到一定限制后，在组态中发出启停磨煤机的指令信号或报警信号。

进一步地，所述旁路风门为两个，分别对应两个相互独立的单控制回路；所述冷风门为 一个，所述热风门为一个。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

本发明通过同时设置料位控制系统、容量风控制系统、旁路风控制系统和磨出口温度与 入口风压力控制系统对磨煤机制粉系统进行控制，并在这些控制系统的回路中引入了各种形 式的解耦方法，以简化本发明控制系统的参数整定工作，确保本发明获得了较好的控制回路调节品质，最终成功实现了磨煤机的入口风压、出口风温、容量风风量、料位等参量的精细 控制，为机组协调控制系统的自动功能的投入打下了坚实的基础。

附图说明

图1为本发明实施例一种双进双出磨煤机制粉控制系统的结构示意图；

图2为本发明中磨煤机料位控制系统的SAMA图；

图3为本发明中磨煤机料位控制稳态过程趋势图；

图4为本发明中磨煤机容量风量控制系统的SAMA图；

图5为本发明中变负荷过程中磨煤机容量风门调整过程趋势图；

图6为本发明中磨煤机单侧旁路风设定值产生回路的设计图；

图7为本发明中磨煤机冷热风门控制系统SAMA图；

图8为本发明中磨煤机入口一次风压力联动抗积分饱和逻辑方框图；

图9为本发明中磨煤机热一次风压力设定值阶跃变化时调节过程趋势图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者 也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另 一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水 平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人 员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施 例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所 列项目的任意的和所有的组合。

实施例

本发明双进双出磨煤机制粉控制系统的主要可控设备包括：两台给煤机、两个容量风门、 两个旁路风门、一个冷风门、一个热风门，通过设备的有机协调完成制粉过程的给料、输粉、 预热、干燥、调温、通风等作用，如图1,图中PI表示比例和积分，FF表示前置反馈。根据 上述主要可控设备形成的控制系统，本发明双进双出磨煤机制粉控制系统主要由料位控制系统、容量风控制系统、旁路风控制系统和磨出口温度与入口风压力控制系统组成。以下结合 图1对各个组成控制系统进行详细介绍。

(1)料位控制系统

料位控制系统包括两台给煤机,两台给煤机与双进双出磨煤机的入煤口连接,用于控制磨 煤机中的料位。本发明中，采用了传统的偏差PID反馈控制策略加上前馈控制完成料位的控 制。在本发明控制系统设计时，将双进双出磨煤机筒两端的料位看成统一的磨煤机料位来控 制，将两端的给煤机同时纳入同一控制回路，作为控制回路中的两个执行机构来出力。考虑到实际过程中的需要，两端的出力改变可通过改变磨煤机指令偏置来实现，相应控制系统的 SAMA图如图2所示。图2表述了磨煤机料位控制系统的控制原理图。两端的两个差压通过求 取平均值作为料位实际过程值与料位设定值进行比较，之后进入PID运算模块，得到给煤机 的控制指令，操作给煤机的变频装置从而改变两台给煤机的转速与进入磨煤机的煤量，最终 使得磨煤机的料位在设计值附近变化。

在料位控制系统中，两台给煤机的指令同时接收PID的指令输出。往往实际运行过程中， 工艺要求某台给煤机的出力需要增减处理，在控制系统中设计了给煤机出力偏置处理回路， 以当某台给煤机出力偏置增大时，另外一台给煤机的出力将自动降低，从而快速消除偏置改 变对料位波动的干扰。

由于料位相对于给煤机控制指令而言具有较大的惯性，为了切实提高料位控制系统的调 节品质，对PID开展了变参数调节。即，PID的比例系数与积分时间是PID入口偏差的函数。 这种变参数调节可以使得系统在较大偏差的情况下，加大比例作用，使之快速返回至设定值 附近。在偏差较小的时候，加大积分作用，使得料位能够达到设定值附近运行。

此外，由于磨煤机的料位与容量风的风量控制有较强的耦合作用，即当容量风风量改变 后，料位也会受到较大的影响。加之料位控制对象属于惯性较大的过程，为了提高料位的控 制品质，在控制回路设计过程中，将PID的前馈引脚与容量风控制系统的容量风指令信号对 应的折线函数输出端连接，使PID的前馈引脚FF接受来自容量风控制回路的容量风指令信号 对应的折线函数输出。这样的作法实际上是料位与容量风两控制回路的一种使用的简单解耦方法之一。设计了料位控制方案后，将该方案应用在本发明的依托工程中，磨煤机的料位无 论在变负荷还是稳定负荷下，其控制品质均满足运行的要求。图3是磨煤机料位控制系统的 的实际运行效果。从图3中我们看出：在变负荷的过程中，磨煤机料位一直在设定值附近小 幅波动，表明了本项目提出的控制方案获得了较好的控制效果。在控制回路组态时需考虑料 位测量装置吹扫过程中料位突然大幅波动的影响。主要通过差压料位在吹扫期间进行保持跟踪吹扫前时刻值的处理方法，避免了控制系统在料位测量装置吹扫过程受到不必要的干扰。

(2)容量风控制系统

本发明中将两侧的容量风调节设计成两个独立的控制回路。即磨煤机的容量风控制包括 驱动端与非驱动端两个独立的容量风控制回路，通过这两个容量风门开度的调整分别实现进 入磨煤机两侧容量风的调整。控制回路结构基本确定之后，再对磨制粉过程中容量风量的设定值进行确定。

确定磨制粉过程中容量风量的设定值首先需分析双进双出磨煤机的输送煤粉的过程特 性。首先，对于双进双出磨煤机制粉系统容量风门的控制与机组锅炉燃烧控制系统是无法单 独分开的，锅炉燃烧的过程需要煤粉源源不断地被输送至炉膛之中，而容量风正好充当着这种角色。对于双进双出磨煤机，由于巨大的磨筒形成的中间容积效应，给煤机的给煤量大小 与入炉煤量之间实际上不存在直接的量值关系，真正决定入炉煤量多少的参量是经过磨煤机 的容量风。由于筒内有大量的存粉，容量风实质上是输送煤粉的动力介质。所以决定燃烧控 制的核心参量是容量风量，这是与中速磨煤机最为本质的差别。

依上述可知，制粉系统联系锅炉燃烧系统的桥梁即是容量风门的控制。因而，机组运行 过程中，容量风量的设定值自然应该由燃料主控给定，运行人员仅仅可以依据锅炉的各层的 燃烧状况采用偏置量来调整各层的出力。于是，燃料主控与磨煤机的容量风控制组成了典型的串级控制系统。基于上面的工艺实际，本发明相应的容量风控制系统，具体的控制系统SAMA 图如图4所示。

图4是典型的单回路控制回路，由于给煤机料位控制系统对容量风量影响几乎可以略去， 因而在此未引入料位控制系统的解耦量。另外，由于风量控制系统具有较快的调节对象，而 且其它回路的调整对风量的变化的影响可以略去不计，所以该控制回路也不存在任何解耦回路的设计内容。容量风量的设定值由锅炉燃料主控输出给定，为了调整各台容量风门的出力， 本发明在主控输出进入PID之前进行偏置设定，最终形成容量风量的设定值。

经过上述精心设计，并在相应的DCS系统完成了组态、调试，运行结果表明容量风控制 系统的调节品质良好(如图5)，为锅炉燃烧与协调控制系统的长期稳定运行打下了坚实的基础。

(3)旁路风控制系统

旁路风控制系统包括两个旁路风门。在双进双出磨煤机的实际运行中，旁路风主要有两 方面的作用。其一，在暖磨过程中和低出力阶段，主要保证磨煤机的最小通风量。换言之， 使磨煤机8个粉管的一次风风速不低于某值，从而确保磨中的风粉能够完全燃烧而不至于烧毁燃烧器或其附近设备。其二，旁路风还可以充当原煤干燥介质。

类似于容量风控制系统设计，本发明旁路风控制系统设计成两个相互独立的单控制回路。 由于回路较为简单，故略去相应的控制系统SAMA图。此外，必须说明的问题是旁路风流量设 定值的产生。旁路风控制系统的风量设定值的产生逻辑SAMA图如图6所示。图6是磨煤机单 侧旁路风设定值产生回路的设计图。图中F(x)是一次风量的曲线。通常，在磨煤机正常运行 时，磨煤机的旁路风量设定值近于0，所以旁路风一般处于全关状态。为了适应旁路风在磨 煤机制粉过程中用于干燥原煤的需要，运行人员在旁路风风量设定值上叠加了一个偏置设定，通过正偏置的输入，可以适当开启旁路风门，起到干燥原煤的作用。

(4)磨出口温度与入口风压力控制系统

磨出口温度与入口风压力控制系统包括冷风门和热风门。在发明中，将冷风门作为控制 磨煤机出口风温的主变量，而热风门作为控制磨煤机入口压力的主变量,构成了2×2的多变 量控制系统，磨煤机其它参量对该多变量控制系统的耦合作用忽略不计,具体的控制系统的 SAMA图如图7。图7是典型的2×2多变量控制系统，在该控制系统中，采用了双向静态解耦 算法。另外，磨煤机的入口风压的设定值是由磨煤机的出力来确定，同时还与该磨煤机的容量风控制回路是否发生积分饱和有关。

当容量风门的开度达到有效开度的上限(或下限)时，就发生了积分饱和现象，即锅炉 与燃料主控的增加(或减少)时，容量风门无法响应。双进双出磨煤机中的容量风量与容量 风门的开度有关，同时与进入磨煤机的一次风压也有直接的关系。同样的容量风门的开度， 当一次风压越大，容量风越大，容量风携带的煤粉量增加，在容量风门的调节作用下，容量 风门的开度渐渐减小至某位置，脱离上限区域，退出了积分饱和区。反之，亦然。因而，在实际的控制系统设计中，当燃烧控制系统因容量风门开度限制原因发生积分饱和现象时，可 以通过磨煤机入口一次风控制系统进行配合，提高或降低一次风压，从而使得风门的调节指 令重新处于有效限制之内。具体的磨煤机入口一次风压力设定值产生回路见图8，即磨煤机 入口一次风压力联动抗积分饱和逻辑方框图。

图8表明，当容量风门开度指令接近上下限值后，表明燃烧控制系统已开始接近发生积 分饱和现象。磨煤机的一次风压的控制回路中设置标志积分饱和发生的两个开关量，用于改 变磨煤机入口一次风压的设定值，从而调整一次风压，即提高或降低一次风压。即，当容量风门接近下限时，可以适当减少一次风风压，使得在保证容量风量不变的前提下，逐渐开大 容量风门，使之脱离低限区附近；当容量风门接近上限时，适当增大一次风的风压，在保证 容量风量不变的前提下，使得容量风门逐渐关小，使之脱离低限区附近。同时，当指令离开 高、低限返回有效区超过某一常数后(如10％，此值可依据具体情况改变)，容量风门的积 分饱和标志动作消失，一次风压设定值的增加或减少量保持不变。通过这样一种控制方案，可以有效地避免双进双出磨煤机的容量风门、燃料主控以及锅炉主控组成的燃烧串级控制系 统发生积分饱和现象。另外，导致风门指令在上(下)限附近运行的直接原因是磨煤机的出 力已经与机组的负荷所需的煤粉量有较大的偏差，为了保证工艺过程的正常运行，还在磨出 口温度与入口风压力控制系统中设置报警模块，以当在上述调整一次风压力到一定限制后， 在组态中发出启停磨煤机的指令信号或报警，自动或提醒运行人员增加制粉系统的出力。

本发明通过对冷热风门控制系统的PID控制器参数与静态解耦折线函数开展了优化整定 工作，并正式投入正常运行，控制系统的品质要求合符相关规程的要求。图9是入口风压力 阶跃扰动时多变量控制系统相关参数的过渡过程。图9的过程趋势表明，控制系统动作合符 控制系统的设计逻辑，过程参数能够快速稳定在设定值附近。这进一步证明了本发明制粉控 制系统的有效，良好的风压控制品质对容量风的控制及燃烧系统的控制品质的进一步提高打下了坚实的基础。

Claims (5)

1.一种双进双出磨煤机制粉控制系统，其特征在于，包括:

料位控制系统 ,包括两台给煤机 ,两台所述给煤机分别设于所述双进双出磨煤机料筒的两端且与所述双进双出磨煤机的入煤口连接 ,用于控制磨煤机中的料位；所述料位控制系统中，采用偏差PID反馈控制策略加上前馈控制进行料位的控制；所述料位控制系统的控制方法为：将磨煤机两端的两个差压通过求取平均值作为料位实际过程值，再将料位实际过程值与料位设定值进行比较，之后进入PID运算模块，得到给煤机的控制指令，操作给煤机的变频装置从而改变两台给煤机的转速与进入磨煤机的煤量，最终使得磨煤机的料位在设计值附近变化；对PID开展变参数调节；

所述料位控制系统中还设计了给煤机出力偏置处理回路，以使当某台给煤机出力偏置增大时，另外一台给煤机的出力自动降低；

容量风控制系统 ,包括设于磨煤机两侧上的驱动端容量风门和非驱动端容量风门 ,通过两个所述容量风门的开度的调整分别实现进入磨煤机两侧容量风的调整；所述PID的前馈引脚与所述容量风控制系统的容量风指令信号对应的折线函数输出端连接；

旁路风控制系统 ,包括设于磨煤机上的旁路风门 ,用于在暖磨过程中和低出力阶段保证磨煤机的最小通风量及充当原煤干燥介质；

磨出口温度与入口风压力控制系统 ,包括设于磨煤机上的冷风门和热风门 ,所述冷风门作为控制磨煤机出口风温的主变量，所述热风门作为控制磨煤机入口压力的主变量；

所述磨出口温度与入口风压力控制系统中设有磨煤机的一次风压的控制回路，且所述磨煤机的一次风压的控制回路中设有标志积分饱和发生的两个开关量，分别用于提高或降低磨煤机的一次风压，以改变磨煤机入口一次风压的设定值。

2.根据权利要求1所述的双进双出磨煤机制粉控制系统，其特征在于，所述容量风控制系统中 ,容量风量的设定值由锅炉燃料主控输出给定，并在主控输出进入PID之前进行偏置设定。

3.根据权利要求1所述的双进双出磨煤机制粉控制系统，其特征在于，所述旁路风控制系统中 ,还包括在旁路风风量设定值上叠加一个偏置设定，通过正偏置的输入，以适当开启旁路风门。

4.根据权利要求1所述的双进双出磨煤机制粉控制系统，其特征在于，所述磨出口温度与入口风压力控制系统中，还设有报警模块，以当调整一次风压力到一定限制后，在组态中发出启停磨煤机的指令信号或报警信号。

5.根据权利要求1所述的双进双出磨煤机制粉控制系统，其特征在于，所述旁路风门为两个，分别对应两个相互独立的单控制回路；所述冷风门为一个，所述热风门为一个。