CN107855210B - 超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统及方法 - Google Patents

超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统及方法，该系统包括一次风机、空预器、热一次风管、冷一次风管、烟气再循环旁路管道、磨煤机热风旁路管道、磨煤机热风调节挡板、磨煤机冷风调节挡板、烟气再循环旁路挡板、磨煤机热风旁路调节挡板、磨煤机、给煤机、粗粉分离器、一次风粉管道、燃烧器、锅炉、控制器、磨煤机出口温度探测器、磨煤机出口氧气浓度探测器和粉管温度探测器；本发明在中速磨直吹式制粉系统中增加了烟气再循环旁路管道，提高磨煤机出口温度，降低制粉单耗；在磨煤机外部增加磨煤机热风旁路管道，实现磨煤机出口温度与一次粉管内风粉温度解耦控制，提高煤粉着火和稳燃性能，提高火电机组参与深度调峰的适应性。

Description

超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统及方法
技术领域
本发明属于磨煤机自动控制与节能技术领域，具体涉及一种超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统及方法。
背景技术
制粉系统是燃煤火电机组的重要组成部分，目前我国大型燃煤电厂大多配备了中速磨直吹式制粉系统。直吹式制粉系统具有占地少、布置紧凑、结构简单、灵活方便等优点，但与中储式制粉系统相比，直吹式制粉系统磨煤机出力需实时跟随锅炉负荷的需求，连续、均匀供给锅炉稳定燃烧所需的煤粉。火电机组为适应新形势新变化，参与电网深度调峰势在必行，如何保证深度调峰工况，火电锅炉低负荷稳燃成了当前的一个研究热点问题。磨煤机出口风粉混合物的温度是影响煤粉着火与稳燃的主要影响因素。磨煤机出口温度高，煤粉含有的水分少，煤粉着火所需的汽化潜热和着火热就低，煤粉更宜着火和稳燃。磨煤机出口温度提高，还有利于煤粉的干燥过程和提高磨煤机出力，降低制粉单耗。但是磨煤机出口温度不能过高，过高会导致煤粉中挥发分物质析出，增加磨煤机爆燃着火风险。同时，磨煤机出口温度高还会影响磨煤机润滑油系统的安全稳定运行。
典型中速磨直吹式制粉系统多采用正压冷一次风机制粉，主要由一次风机、空预器、给煤机、磨煤机、粗粉分离器和燃烧器等构成。一次风机置于空预器之前，从一次风机升压之后的一次风分为两路，一路经空预器加热后进入热一次风管，另一路直接进入冷一次风管，热一次风管的热风和冷一次风管的冷风在磨煤机之前混合后进入磨煤机，热风和冷风管均设置有调节挡板，分别为磨煤机热风调节挡板和磨煤机冷风调节挡板。磨煤机热风调节挡板控制一次风量，磨煤机冷风调节挡板控制磨煤机出口温度，两者配合完成煤粉的干燥和输送任务。原煤经给煤机送入磨煤机后进行碾磨形成一定细度的煤粉，煤粉被混合后的一次风干燥并吹离磨煤机进入粗粉分离器，合格的煤粉通过分离器后经煤粉管道直接送入炉膛燃烧器燃烧，不合格的煤粉返回磨煤机继续碾磨。
从以上中速磨煤机直吹式制粉系统的原理和运行特点不难看出，磨煤机干燥剂成分为空气，氧气浓度为正常氧气浓度，一般为21％左右。磨煤机通风量与粉管通风量相同，忽略散热情况下，磨煤机出口温度与煤粉吹离磨煤机后粉管温度基本相同。若能降低磨煤机内部氧气浓度，则可避免磨煤机内部爆燃风险，适当提高磨煤机出口温度并不会影响磨煤机的安全运行，同时可以提高磨煤机出力，降低制粉单耗。若在磨煤机之后粉管入口位置掺入热一次风，则可以进一步提高风粉混合物温度，减小煤粉的汽化潜热和着火热，提高煤粉着火和稳燃性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服当前中速磨煤机直吹式制粉系统风粉温度控制缺陷，提供一种超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统及方法，在中速磨直吹式制粉系统中增加了烟气再循环旁路管道，在不影响火电机组中速磨煤机安全稳定运行的基础上，提高磨煤机出口温度，提升磨煤机出力，降低制粉单耗。在磨煤机外部增加磨煤机热风旁路管道，实现磨煤机出口温度与一次粉管内风粉温度解耦控制，提高风粉混合物温度，减小煤粉汽化潜热和着火热，提高煤粉着火和稳燃性能，提高火电机组参与深度调峰的适应性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统，包括一次风机1、一次风机1出口分两路，一路通过空预器2连通热一次风管3，另一路直接连通冷一次风管4；热一次风管3和冷一次风管4上分别设置有磨煤机热风调节挡板7和磨煤机冷风调节挡板8；热一次风管3和冷一次风管4的出口均连通磨煤机11入口，磨煤机11还连通给入原煤的给煤机12，磨煤机11出口设置有粗粉分离器13；合格煤粉经粗粉分离器13出口吹出，通过一次风粉管道14连通设置在锅炉16上的燃烧器15；粗粉分离器13和热一次风管3之间连通磨煤机热风旁路管道6，磨煤机热风旁路管道6上设置磨煤机热风旁路调节挡板10；所述磨煤机11出口还设置有磨煤机出口温度探测器、磨煤机出口氧气浓度探测器；所述一次风粉管道14末端还设置有粉管温度探测器；还包括控制器，所述控制器与磨煤机出口温度探测器、磨煤机出口氧气浓度探测器和粉管温度探测器相连。
所述磨煤机11入口还连通烟气再循环旁路管道5，烟气再循环旁路管道5上设置有用以调节再循环烟气量的烟气再循环旁路挡板9。
所述烟气再循环旁路管道5的再循环烟气引烟口布置在除尘器出口位置。
所述的超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统的控制方法，包括以下步骤：
1)若磨煤机出口氧气浓度高于磨煤机出口氧气浓度设定值，则控制器发出指令，关小烟气再循环旁路挡板9，并按照一定函数关系开大磨煤机热风调节挡板7，同时调整磨煤机冷风调节挡板8开度，实现磨煤机出口氧气浓度一直低于磨煤机出口氧气浓度设定值；
2)若磨煤机出口温度低于磨煤机出口温度设定值，则控制器发出指令，开大磨煤机热风调节挡板7，并按照一定函数关系关小磨煤机冷风调节挡板8，同时调整烟气再循环旁路挡板9的开度，维持磨煤机出口温度在设定值；
3)若磨煤机出口温度高于磨煤机出口温度设定值，则控制器发出指令，关小磨煤机热风调节挡板7，并按照一定函数关系开大磨煤机冷风调节挡板8，同时调整烟气再循环旁路挡板9的开度，维持磨煤机出口温度在设定值；
4)若粉管温度低于粉管温度设定值，则控制器发出指令，开大磨煤机热风旁路挡板10开度，并按照一定函数关系关小磨煤机冷风调节挡板8开度、开大烟气再循环旁路挡板9开度，维持粉管温度在设定值；
5)若粉管温度高于粉管温度设定值，则控制器发出指令，关小磨煤机热风旁路挡板10开度，并按照一定函数关系开大磨煤机冷风调节挡板8开度、关小烟气再循环旁路挡板9开度，维持粉管温度在设定值；
所述函数关系由热一次风、冷一次风、再循环烟气以及煤粉之间的能量和质量平衡关系得到。
所述的控制方法，还包括以下步骤：
在机组负荷变动过程中，根据一次风量定值，成比例地开大或减小磨煤机热风调节挡板7、磨煤机冷风调节挡板8、烟气再循环旁路挡板9以及磨煤机热风旁路挡板10的开度，使一次风量动作基本上不影响磨煤机出口温度和粉管温度，实现各环节解耦控制。
本发明与已有技术相比，其有益效果是：
通过设置烟气再循环旁路提高了磨煤机出口烟气温度，提高了磨煤机出力，降低了制粉单耗，同时也是最主要的作用：通过降低磨煤机内部氧气浓度减小了磨煤机内部爆燃着火的风险。通过设置磨煤机热风旁路实现了磨煤机出口温度和一次风粉管道温度的解耦控制，使得一次风粉混合物的温度不受磨煤机润滑系统工作温度的限制，得到大幅提高，降低了煤粉着火所需的汽化潜热和着火热，提高了煤粉的着火和稳燃性能。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构示意图。
图2是本发明实施例所述的控制系统结构框图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同设备或结构，其中：
1-一次风机，2-空预器，3-热一次风管，4-冷一次风管，5-烟气再循环旁路管道，6-磨煤机热风旁路管道，7-磨煤机热风调节挡板，8-磨煤机冷风调节挡板，9-烟气再循环旁路挡板，10-磨煤机热风旁路调节挡板，11-磨煤机，12-给煤机，13-粗粉分离器，14-一次风粉管道，15-燃烧器，16-锅炉。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明技术方案进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例
图1是本发明实施例的系统结构示意图，一次风机1置于空预器2之前，冷空气经一次风机1升压后分为两路，一路经空预器2加热后进入热一次风管3，另一路直接进入冷一次风管4，热一次风管3的热风和冷一次风管4的冷风在磨煤机11之前混合后进入磨煤机11，热一次风管3和冷一次风管4上均设置有调节挡板，分别为磨煤机热风调节挡板7和磨煤机冷风调节挡板8。原煤经给煤机12送入磨煤机11后进行碾磨形成一定细度的煤粉，煤粉被混合后的一次风干燥并吹离磨煤机11进入粗粉分离器13，合格的煤粉通过粗粉分离器13后经一次风粉管道14直接送入燃烧器15，在锅炉16炉膛内部燃烧，不合格的煤粉返回磨煤机11继续碾磨。粗粉分离器13布置在磨煤机11上方，燃烧器15安装在锅炉16下方部位，燃烧器15与粗粉分离器13之间连接有一次风粉管道14。烟气再循环旁路管道5与磨煤机11相连接，烟气再循环旁路管道5上布置有烟气再循环旁路挡板9，用以调节再循环烟气量。磨煤机热风旁路管道6连接在热一次风管3和粗粉分离器13之间，磨煤机热风旁路挡板10布置在磨煤机热风旁路管道6之上，用于调节磨煤机旁路热风量。
图2是本发明实施例所述的控制系统结构框图，磨煤机出口温度探测器、磨煤机出口氧气浓度探测器、粉管温度探测器分别与控制器相连，控制器发出的控制指令控制磨煤机热风调节挡板、磨煤机冷风调节挡板、烟气再循环旁路挡板以及磨煤机热风旁路挡板开度。
若磨煤机出口氧气浓度高于磨煤机出口氧气浓度设定值，则控制器发出指令，关小烟气再循环旁路挡板9，并按照一定函数关系开大磨煤机热风调节挡板7，同时调整磨煤机冷风调节挡板8开度，实现磨煤机出口氧气浓度一直低于磨煤机出口氧气浓度设定值。若磨煤机出口温度低于磨煤机出口温度设定值，则控制器发出指令，开大磨煤机热风调节挡板7，并按照一定函数关系关小磨煤机冷风调节挡板8，同时调整烟气再循环旁路挡板9的开度，维持磨煤机出口温度在设定值。若磨煤机出口温度高于磨煤机出口温度设定值，则控制器发出指令，关小磨煤机热风调节挡板7，并按照一定函数关系开大磨煤机冷风调节挡板8，同时调整烟气再循环旁路挡板9的开度，维持磨煤机出口温度在设定值。若粉管温度低于粉管温度设定值，则控制器发出指令，开大磨煤机热风旁路挡板10开度，并按照一定函数关系关小磨煤机冷风调节挡板8开度、开大烟气再循环旁路挡板9开度，维持粉管温度在设定值。若粉管温度高于粉管温度设定值，则控制器发出指令，关小磨煤机热风旁路挡板10开度，并按照一定函数关系开大磨煤机冷风调节挡板8开度、关小烟气再循环旁路挡板9开度，维持粉管温度在设定值。
所述函数关系由热一次风、冷一次风、烟气以及煤粉之间的能量平衡和一次风总量质量平衡关系得到，具体函数关系如下：
CY×qm，Y×(tY-t2)+Cair×(qm，H1+qm，H2)×(tH-t2)＝CC×qm，C×(t2-tC)+Cair×qm，L×(t2-tL)    (1)
式中：
qm，H1-磨煤机热风质量流量，kg/s；
qm，H2-粉管热风质量流量，kg/s；
qm，L-磨煤机冷风质量流量，kg/s；
qm，C-稳态磨煤机煤粉质量流量，kg/s；
qm，Y-再循环烟气质量流量，kg/s；
tL-冷一次风温度，℃；
tH-热一次风温度，℃；
tC—磨煤机入口煤温度，℃；
tY-再循环烟气温度，℃；
t2—燃烧器入口风粉混合物温度，℃；
Cair—一次风定压比热容，KJ/(kg·k)；
CY—再循环烟气比热容，KJ/(kg·k)；
CC—磨煤机入口煤比热容，KJ/(kg·k)；
在机组负荷变动过程中，根据一次风量定值，成比例地开大或减小磨煤机热风调节挡板7、磨煤机冷风调节挡板8、烟气再循环旁路挡板9以及磨煤机热风旁路挡板10的开度，使一次风量动作基本上不影响磨煤机出口温度和粉管温度，实现各环节解耦控制。

Claims (3)

1.超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统的控制方法，所述控制系统包括一次风机(1)、一次风机(1)出口分两路，一路通过空预器(2)连通热一次风管(3)，另一路直接连通冷一次风管(4)；热一次风管(3)和冷一次风管(4)上分别设置有磨煤机热风调节挡板(7)和磨煤机冷风调节挡板(8)；热一次风管(3)和冷一次风管(4)的出口均连通磨煤机(11)入口，磨煤机(11)还连通给入原煤的给煤机(12)，磨煤机(11)出口设置有粗粉分离器(13)；合格煤粉经粗粉分离器(13)出口吹出，通过一次风粉管道(14)连通设置在锅炉(16)上的燃烧器(15)；粗粉分离器(13)和热一次风管(3)之间连通有磨煤机热风旁路管道(6)，磨煤机热风旁路管道(6)上设置磨煤机热风旁路调节挡板(10)；所述磨煤机(11)出口设置有磨煤机出口温度探测器、磨煤机出口氧气浓度探测器；所述一次风粉管道(14)末端还设置有粉管温度探测器；还包括控制器，所述控制器与磨煤机出口温度探测器、磨煤机出口氧气浓度探测器和粉管温度探测器相连；
所述磨煤机(11)入口还连通烟气再循环旁路管道(5)，烟气再循环旁路管道(5)上设置有用以调节再循环烟气量的烟气再循环旁路挡板(9)；
其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
1)若磨煤机出口氧气浓度高于磨煤机出口氧气浓度设定值，则控制器发出指令，关小烟气再循环旁路挡板(9)，并按照一定函数关系开大磨煤机热风调节挡板(7)，同时调整磨煤机冷风调节挡板(8)开度，实现磨煤机出口氧气浓度一直低于磨煤机出口氧气浓度设定值；
2)若磨煤机出口温度低于磨煤机出口温度设定值，则控制器发出指令，开大磨煤机热风调节挡板(7)，并按照一定函数关系关小磨煤机冷风调节挡板(8)，同时调整烟气再循环旁路挡板(9)的开度，维持磨煤机出口温度在设定值；
3)若磨煤机出口温度高于磨煤机出口温度设定值，则控制器发出指令，关小磨煤机热风调节挡板(7)，并按照一定函数关系开大磨煤机冷风调节挡板(8)，同时调整烟气再循环旁路挡板(9)的开度，维持磨煤机出口温度在设定值；
4)若粉管温度低于粉管温度设定值，则控制器发出指令，开大磨煤机热风旁路调节挡板(10)开度，并按照一定函数关系关小磨煤机冷风调节挡板(8)开度、开大烟气再循环旁路挡板(9)开度，维持粉管温度在设定值；
5)若粉管温度高于粉管温度设定值，则控制器发出指令，关小磨煤机热风旁路调节挡板(10)开度，并按照一定函数关系开大磨煤机冷风调节挡板(8)开度、关小烟气再循环旁路挡板(9)开度，维持粉管温度在设定值；
所述函数关系由热一次风、冷一次风、再循环烟气以及煤粉之间的能量和质量平衡关系得到，具体函数关系如下：
CY×qm，Y×(tY-t2)+Cair×(qm，H1+qm，H2)×(tH-t2)＝CC×qm，C×(t2-tC)+Cair×qm，L×(t2-tL)             (1)
式中：
qm，H1-磨煤机热风质量流量，kg/s；
qm，H2-粉管热风质量流量，kg/s；
qm，L-磨煤机冷风质量流量，kg/s；
qm，C-稳态磨煤机煤粉质量流量，kg/s；
qm，Y-再循环烟气质量流量，kg/s；
tL-冷一次风温度，℃；
tH-热一次风温度，℃；
tC-磨煤机入口煤温度，℃；
tY-再循环烟气温度，℃；
t2-燃烧器入口风粉混合物温度，℃；
Cair-一次风定压比热容，KJ/(kg·k)；
CY-再循环烟气比热容，KJ/(kg·k)；
CC-磨煤机入口煤比热容，KJ/(kg·k)。
2.根据权利要求1所述的超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在机组负荷变动过程中，根据一次风量定值，成比例地开大或减小磨煤机热风调节挡板(7)、磨煤机冷风调节挡板(8)、烟气再循环旁路挡板(9)以及磨煤机热风旁路调节挡板(10)的开度，使一次风量动作基本上不影响磨煤机出口温度和粉管温度，实现各环节解耦控制。
3.根据权利要求1所述的超临界机组中速磨煤机出口温度节能优化控制系统的控制方法，其特征在于：烟气再循环旁路管道(5)的再循环烟气引烟口布置在除尘器出口位置。
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