CN108021743B - 一种双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法，属于入炉煤量的测量技术领域。所述双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法包括磨煤机暖磨期间的入炉煤量测量、磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量、磨煤机正常料位运行阶段的入炉煤量测量、磨煤机停运吹空过程的入炉煤量测量、磨煤机停运瞬间的入炉煤量测量和磨煤机跳闸后下次启动的入炉煤量测量。本发明可以较为准确计算出磨煤机在启、停、正常料位运行等各种工况下入炉煤量，从而确保了燃烧、协调控制系统的正常投入。

Description

一种双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法

技术领域

本发明涉及入炉煤量的测量方法技术领域，具体涉及一种双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法。

背景技术

双进双出磨属低速钢球磨煤机，该类型磨煤机以其对煤种的适应性强的制粉优点广泛应用于燃煤发电机组的煤粉制备系统中。然而，配有这种磨煤机的火力发电机组的工艺系统却非常繁杂，致使设备与系统的自动控制回路极为复杂。当制粉系统采用直吹式输粉方式时，入炉煤量估算的优劣直接影响着火力发电机组机炉协调控制系统的调节品质。当前的文献资料中还未见有较为全备解决入炉煤量计算的报道。

在现有测量装置条件下，双进双出磨煤机实际入炉的煤量是无法直接测量的。双进双出磨煤机拥有一个庞大的筒体，该筒体既充当磨制煤粉的空间，又充当煤粉的存储空间，实际的运行中，给煤机的给煤量与进入炉膛的煤量并无直接的一一对应关系。特别是，磨煤机启停过程中，出粉量与给煤量的大小难以找到对应的静态或动态关系。所以，进入炉膛的煤粉量不能用给煤量直接替代。然而，现在大型超超临界机组中，入炉煤量这个参量是协调控制系统重要的反馈量值之一。所以，开发磨煤机入炉煤量的软测量技术是关系本控制系统能否成功应用的关键所在。目前，用于估计入炉煤量的方法主要是采用容量风大小来折算、采用容量风的挡板开度进行折算。这些方法都有较大的局限性，前者并未考虑到筒体储粉的情况对风携带煤粉的能力，而采用容量风的挡板开度进行折算未考虑到一次风压、煤粉储存情况对容量风携粉能力的影响，存在以下不足：其一，不同的一次风压，在容量风门开度相同的情况下，容量风携带磨中煤粉量相差甚大；其二，由于执行机构容量风门的线性较差，特别是现场设备在恶劣的环境下运行，其通流特性随时间的变化显较为明显，是典型的不确定的时变系统。因而，采用上述方法折算的入炉煤量经常偏离实际值较大，对锅炉燃烧控制带了了许多不确定的因素，从而影响了协调控制系统的调节品质。

因此，对配有双进双出的磨煤机的火电机组而言，如何正确计算双进双出磨煤机入炉煤量是亟需解决的技术难题。

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入炉煤量的软测量方法。

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入炉煤量的软测量方法，包括磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量、磨煤机正常料位运行阶段的入炉煤量测量、磨煤机停运吹空过程的入炉煤量测量和磨煤机停运瞬间的入炉煤量测量；

所述磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量为：所述磨煤机建立料位阶段的入炉煤量B₂与料位和容量风有关，通过如下静态公式进行计算为：

B₂＝k₁*k*Q_Pa＝f(Δp)*k*Q_Pa (1)

其中，k₁为料位对风煤比的修正系数，与料位与磨煤机的状态有关；k为磨煤机的风煤比系数，与磨煤机的通风能力有关；Q_Pa为进入磨煤机的一次风量，即容量风；

所述磨煤机正常料位运行阶段的入炉煤量B₃测量为：正常料位时，磨煤机入炉煤量B₃与容量风直接存在正比例关系，用如下公式来表述：

B₃＝k*Q_Pa (2)

其中，k为正比例系数，表示磨煤机风煤比系数；Q_Pa为容量风；

所述磨煤机停运吹空过程的入炉煤量B₄测量为：当磨煤机需要退出制粉系统时，首先停止给煤机，但容量风门还需保持适当的开度仍然通过一次风将磨中的存粉吹入炉膛；该过程料位会渐渐下降，相应容量风携带粉量的能力下降；

因而，联合式(1)，可知磨在该种运行状态下的入炉煤量B₄近似为以下公式：

即

其中，t为制粉输送过程的纯迟延时间、T_m2为料位对象的惯性时间、k_L为料位对风煤比的修正、k_4L表示料位，k₄为入炉煤量测量系数，与风煤比、料位等有关；

当磨煤机停运后，所有磨的出口门迅速关闭，进入炉膛的风粉路径迅速截断，可以用一个惯性时间较短的过程来模拟这一过程，即所述磨煤机停运瞬间的入炉煤量B₅为：

其中，B₅为磨煤机停运之后的入炉煤量的测量；B₀为磨煤机停运时的入炉煤量；T_tsp为惯性时间，主要同煤粉管和一次风压有关，一般大约在2-5s左右；1(s)为阶跃信号对应的拉普拉斯变化式；

上式转化成时域中的表达式为：

其中，t表示纯迟延时间；上式表明，当磨煤机停运后(包含事故跳闸)，入炉煤量为停运瞬间对应值按指数规律下降至0。

进一步地，所述双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法还包括在磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量前进行的磨煤机暖磨期间的入炉煤量B₁测量，所述磨煤机暖磨期间的入炉煤量B₁为0。

进一步地，所述磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量中，料位可用如下公式来计算：

k₁＝f(Δp)＝k_1LΔp (8)

其中，K_m1进入磨煤机传递函数的增益、T_m1进入磨煤机料位对象的惯性时间和B_f进入磨煤机的给煤量

为离开磨煤机料位对象的惯性时间；

为离开磨煤机传递函数的增益；k_1L为正比例系数；τ为纯迟延时间，与落煤管路的长度有关系。

进一步地，所述磨煤机停运吹空过程的入炉煤量B₄测量中，料位与容量风的动态关系可近似用一阶关系来表示：

其中，

为料位对象的惯性时间；

为传递函数的增益。

进一步地，所述双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法还包括在磨煤机停运瞬间的入炉煤量测量后进行的磨煤机跳闸后下次启动的入炉煤量B₆测量，所述磨煤机跳闸后下次启动的入炉煤量B₆测量同正常料位运行时煤量测量类似：

B₆＝k₁*k*Q_Pa＝f(Δp)*k*Q_Pa (10)。

进一步地，第n台磨的入炉煤量的测量公式如下：

其中，k_nwi为第n台磨煤机在第i种运行状态下的加权系数，当磨煤机处于磨中状态下，对应的加权系数为1，其它加权系数为0；B_i表示磨在第i种运行状态时对应的入炉煤量的测量量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

本发明通过将磨煤机入炉煤量的测量分为包括暖磨、磨煤机建立料位阶段、磨煤机正常料位运行、磨煤机停运吹空过程、磨停运以及磨跳闸后重新启动等六个运行状态的入炉煤量测量，并根据各个运行状态中磨煤机入炉煤量与容量风、料位以及给煤量之间的关系，得出各个运行状态中入炉煤量具体的计算公式，使本发明可以较为准确计算出磨煤机在启、停、正常料位运行等各种工况下入炉煤量，从而确保了燃烧、协调控制系统的正常投入。

附图说明

图1为本发明一种双进双出磨煤机入炉煤量的计算组态图；

图2为负荷稳定时采用本发明方法得到的入炉煤计算量与给煤总量之间的关系图。

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。

实施例

一种双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法，包括：

(1)暖磨运行时的入炉煤量测量

双进双出磨煤机正常暖磨过程中，容量风门有一定的开度，磨的风粉空间将会有一定的容量风通过。但是，由于磨煤机还未进入正式的制粉阶段，所以容量风未携带煤粉，进入炉膛的煤粉量为0。即：

B₁＝0 (1)

其中，B₁为磨煤机暖磨期间的入炉煤量的计算量值。此期间，即使磨煤机启动，其入炉煤量也为0。

(2)磨煤机建立料位的入炉煤量测量

磨煤机建立料位开始标志是：磨煤机运行，并且给煤机开始有煤量进入磨煤机磨筒内。在此过程中，容量风、给煤量的大小对入炉煤量的计算均有影响，本发明采用如下静态公式近似表示入炉煤量的计算：

B₂＝k₁*k*Q_Pa＝f(Δp)*k*Q_Pa (2)

其中，B₂为磨煤机建立料位期间的入炉煤量的计算量值。

然而，采用上式计算时，式中的Δp在建立料位过程中波动较大，在实际入炉煤量软测量计算实施过程中带来较大的误差。在工程化应用方面，引入了磨煤机料位建立的动态特性数学模型。则上式料位可以用下面的过程来计算：

假设在建立料位期间，磨煤机容量风近似不变，对料位建立几乎无影响；同时，磨煤机在建立料位期间，假设容量风携带粉量与磨煤机的料位成正比。即，料位修正系数k₁∝Δp，可用下式表示：

k₁＝f(Δp)＝k_1LΔp (4)

其中，K_m1进入磨煤机传递函数的增益、T_m1进入磨煤机料位对象的惯性时间和B_f进入磨煤机的给煤量

为离开磨煤机料位对象的惯性时间；

为离开磨煤机传递函数的增益；k_1L为正比例系数，τ为纯迟延时间，与落煤管路的长度有关系。

(3)磨煤机正常料位运行阶段的入炉煤量测量

正常料位时，磨煤机入炉煤量与容量风直接存在正比例关系，可以用下面的式子来表述：

B₃＝k*Q_Pa (5)

其中，k为正比例系数，表示磨煤机风煤比系数。

(4)磨煤机吹空过程的入炉煤量测量

当磨煤机需要退出制粉系统时，首先停止给煤机，但容量风门还需保持适当的开度仍然通过一次风将磨中的存粉吹入炉膛，以达到吹空磨煤机粉筒的作用，这便是与中速磨煤机运行特点的最大区别之一。该过程料位会渐渐下降，相应容量风携带粉量的能力下降。此过程料位与容量风的动态关系可近似用一阶关系来表示：

联合式(2)，可知磨在该种运行状态下的入炉煤量近似为以下公式：

即

其中，t为制粉输送过程的纯迟延时间、T_m2为料位对象的惯性时间、k_L为料位对风煤比的修正、k_4L表示料位，k₄为入炉煤量测量系数，与风煤比、料位等有关。

(5)磨煤机停运瞬间入炉煤量测量

当磨煤机停运后，所有磨的出口门迅速关闭，进入炉膛的风粉路径迅速截断，可以用一个惯性时间较短的过程来模拟这一过程。即，入炉煤量在跳磨瞬间的入炉煤量经由一阶惯性后迅速减至0。即：

其中，B₅为磨煤机停运之后的入炉煤量的计算；B₀为磨煤机停运时的入炉煤量；T_tsp为惯性时间，主要同煤粉管和一次风压有关，一般大约在2-5s左右；1(s)为阶跃信号对应的拉普拉斯变化式。

上式转化成时域中的表达式为：

上式表明，当磨煤机停运后(包含事故跳闸)，入炉煤量为停运瞬间对应值按指数规律下降至0。对应的惯性时间常数非常小。在实际应用过程可以忽略。

(6)磨煤机跳闸后下次启动的入炉煤量测量

当磨煤机故障跳闸后，磨筒中将会积存大量的粉量，当下一次启动该磨煤机时，只要有容量风通入，且磨煤机运行，那么容量风将携带存粉直接进入炉膛。这种运行状态越过了料位建立这一环节。相应的入炉煤量计算便同正常料位运行时煤量计算类似。

B₆＝k₁*k*Q_Pa＝f(Δp)*k*Q_Pa (11)

综上，即为1台双进双出磨煤机入炉煤量的完整计算方法。那么，第n台磨的入炉煤量的计算公式可以如下计算：

其中，k_nwi为第n台磨煤机在第i种运行状态下的加权系数，当磨煤机处于磨中状态下，对应的加权系数为1，其它加权系数为0；B_i表示磨在第i种运行状态时对应的入炉煤量的计算量。因此，制粉系统所有磨煤机的入炉煤量的计算可以表述如下：

为了验证本发明方法的有效性与准确性，申请人还将本发明方法应用于实际工程中，申请人根据磨煤机各种运行状态下入炉煤量的计算公式，并通过实际运行过程的具体特性修改相应的模型参数。当然，这些计算公式转化为能够在DCS系统中能够完成的逻辑还需仔细考量现有DCS组态环境中的各个功能模块具体的功用，必须对计算公式进行相应转化甚至是简化处理。本发明在日立HM5000型DCS系统上完成了相应的软测量回路的组态。计算组态回路主要包括磨煤机状态的判断回路2、各种计算模型的实现回路1以及各种计算模型之间的光滑切换模块3等。其中，A1表示磨煤机A运行，A2表示给煤机A运行，A3表示磨煤机A的料位，A4表示磨煤机A入口NDE端一次风流量，A5表示磨煤机A入口DE端一次风流量，L1和L2均表示磨煤机A燃料量，L3表述磨煤机入口一次风量。组态过程中严格遵循模块的实际功能，结合上述6个状态的计算公式，真正实现了每台磨煤机在各种状态下的入炉煤的计算，具体见图1。

图1中，严格按照磨运行状态之间的切换，来适配各自的计算模型，图中的二阶惯性是用来模拟磨煤机的料位建立过程与吹空时料位的下降过程。通过动态特性的映射，来影响容量风量折算入炉煤量的动态过程。在实际机组运行过程中，采用该算法之后的入炉煤量与给煤机的总给煤量进行了跟踪，在料位稳态过程中，锅炉的入炉煤量与本发明中软测量的计算煤量非常接近，可以参阅如下汇总图表(表1与图2)。

表1计算煤量与给煤量的静态比较

负荷MW	400.3	505.7	602.2	751.8	798.9	904.5	989.2
								给煤量t/h	156.1	195.8	225.2	270.0	295.7	332.9	356.1
计算煤量t/h	150.2	191.6	227.8	276.3	291.9	327.9	358.2

上表是机组168运行期间，在运行历史数据中随机选出的几个典型负荷下对应的给煤机总给煤量与采用软测量得出的计算煤量的汇总。

从图2可以看出，本发明入炉煤量的软测量计算可以真实反映制粉系统入炉煤量的大小。另外，机组正式投产后的优良协调控制系统品质也恰恰反应了入炉煤量软测量计算的有效性与准确性，完全满足机组正常自动控制的要求。

Claims (4)

1.一种双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法，其特征在于，包括磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量、磨煤机正常料位运行阶段的入炉煤量测量、磨煤机停运吹空过程的入炉煤量测量和磨煤机停运瞬间的入炉煤量测量；

所述磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量为：所述磨煤机建立料位阶段的入炉煤量B₂与料位和容量风有关，通过如下静态公式进行计算为：

B₂＝k₁*k*Q_Pa＝f(Δp)*k*Q_Pa (1)

其中，k₁为料位对风煤比的修正系数，与料位与磨煤机的状态有关；k为磨煤机的风煤比系数，与磨煤机的通风能力有关；Q_Pa为进入磨煤机的一次风量，即容量风；

所述磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量中，料位可用如下公式来计算：

k₁＝f(Δp)＝k_1LΔp (8)

其中，K_m1为进入磨煤机传递函数的增益，T_m1为进入磨煤机料位对象的惯性时间，B_f为进入磨煤机的给煤量，

为离开磨煤机料位对象的惯性时间；

为离开磨煤机传递函数的增益；k_1L为正比例系数；τ为纯迟延时间，与落煤管路的长度有关系；

所述磨煤机正常料位运行阶段的入炉煤量B₃测量为：正常料位时，磨煤机入炉煤量B₃与容量风直接存在正比例关系，用如下公式来表述：

B₃＝k*Q_Pa (2)

其中，k为正比例系数，表示磨煤机风煤比系数；Q_Pa为容量风；

所述磨煤机停运吹空过程的入炉煤量B₄测量为：当磨煤机需要退出制粉系统时，首先停止给煤机，但容量风门还需保持适当的开度仍然通过一次风将磨中的存粉吹入炉膛；该过程料位会渐渐下降，相应容量风携带粉量的能力下降；

因而，联合式(1)，可知磨在该种运行状态下的入炉煤量B₄近似为以下公式：

即

其中，t为制粉输送过程的纯迟延时间、T_m2为料位对象的惯性时间、k_L为料位对风煤比的修正、k_4L表示料位，k₄为入炉煤量测量系数，与风煤比、料位等有关；

当磨煤机停运后，所有磨的出口门迅速关闭，进入炉膛的风粉路径迅速截断，可以用一个惯性时间较短的过程来模拟这一过程，即所述磨煤机停运瞬间的入炉煤量B₅为：

其中，B₅为磨煤机停运之后的入炉煤量的测量；B₀为磨煤机停运时的入炉煤量；T_tsp为惯性时间，主要同煤粉管和一次风压有关，取值为2-5s；1(s)为阶跃信号对应的拉普拉斯变化式；上式转化成时域中的表达式为：

其中，t表示纯迟延时间；上式表明，当磨煤机停运后，入炉煤量为停运瞬间对应值按指数规律下降至0。

2.根据权利要求1所述的双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法，其特征在于，还包括在磨煤机建立料位阶段的入炉煤量测量前进行的磨煤机暖磨期间的入炉煤量B₁测量，所述磨煤机暖磨期间的入炉煤量B₁为0。

3.根据权利要求1所述的双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法，其特征在于，所述磨煤机停运吹空过程的入炉煤量B₄测量中，料位与容量风的动态关系可近似用一阶关系来表示：

其中，

为料位对象的惯性时间；

为传递函数的增益。

4.根据权利要求1所述的双进双出磨煤机入炉煤量的软测量方法，其特征在于，还包括在磨煤机停运瞬间的入炉煤量测量后进行的磨煤机跳闸后下次启动的入炉煤量B₆测量，所述磨煤机跳闸后下次启动的入炉煤量B₆测量同正常料位运行时煤量测量类似：

B₆＝k₁*k*Q_Pa＝f(Δp)*k*Q_Pa (10)。

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