CN109174423B - 基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统，并基于该控制系统，提供一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法。该控制系统包括动态分离器转速测量装置、煤质分析仪表、出口温度测量装置、风门调节装置和PID调节器。其控制原理如下：由动态分离器转速测量装置、煤质分析仪表以及磨煤机出口温度测量装置，对动态分离器转速、煤质以及出口温度进行测量并获得动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数发送给PID调节器，PID调节器根据煤量测量装置获取的煤量数值对热风调节门、冷风调节门以及一次风调节门进行调节，从而使磨煤机出口温度稳定在设定的目标温度。因此本发明的控制精度高，控制方法灵活。

Description

基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统与方法

技术领域

本发明涉及火力发电设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统以及一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法。

背景技术

燃烧煤粉是大型火电厂为提高燃煤效率的重要手段，所以磨煤机对于一般电厂的作用就显得非常重要。利用磨煤机进行煤粉研磨，煤粉如果直接喷入到燃烧室内，会造成燃烧室温度骤变，影响燃烧的稳定性，也因此需要利用热气流来对煤粉升温。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的磨煤机出口温度控制系统简图。

目前对于磨煤机出口a处温度的控制主要分为人工调节以及自动调节，其中：人工调节主要靠调节一次风量和冷、热风比例来实现，当需要降低磨煤机出口温度时，则关小热风门、开大冷风门，在维持风量不变的情况下将磨煤机出口温度降至需要值；自动调节则需要自动调节系统来实现，在自动调节系统中，通过调节冷风门b(热风门c)来控制磨煤机出口温度，同时通过调节热风门(冷风门)来维持磨煤机所需的风量。

对于自动调节系统而言，需要获取控制参数即磨煤机出口实际温度，对于磨煤机出口实际温度的测量，一般采取三个温度测点，取三个温度测点测量值的中值作为测得的实际温度。测得的实际温度与设定的温度进行比较，如果存在偏差就进行调节。

自动调节系统是根据测量的实际温度值与设定值的偏差，通过PID调节器d形成控制指令，通过调节风门e的开度，实现磨煤机出口温度稳定在设定值。这种在机组运行中所普遍采用的磨煤机出口温度控制方法保守而且盲目，所保持的温度有时存在较大的安全裕量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可灵活调控的磨煤机出口温度控制系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统，包括有用于对动态分离器转速进行测量的动态分离器转速测量装置以及用于对煤质进行检测的煤质分析仪表，其改进之处在于，

还包括有用于对煤粉输出温度进行检测的出口温度测量装置、用于对风门开度进行调节的风门调节装置以及具有控制功能的PID调节器；

所述风门调节装置包括有热风调节门、冷风调节门以及一次风调节门；

所述动态分离器转速测量装置、所述煤质分析仪表以及所述出口温度测量装置与所述PID调节器信号连接，所述热风调节门、所述冷风调节门以及所述一次风调节门与所述PID调节器控制连接。

优选地，在上述的控制系统中，

所述出口温度测量装置设置有至少三个，在全部的所述出口温度测量装置中、三个所述出口温度测量装置为获取出口温度参数的主磨煤机出口温度测量装置、其他为冗余磨煤机出口温度测量装置。

优选地，在上述的控制系统中，本发明还包括有用于对磨煤机内煤量进行检测的煤量测量装置，所述煤量测量装置与所述PID调节器信号连接。

优选地，在上述的控制系统中，本发明还包括有磨煤系统，所述磨煤系统包括有煤斗，所述煤斗通过给煤机与磨煤机工艺衔接，所述磨煤机上设置有一次风对接口，于所述磨煤机上设置有动态分离器，所述动态分离器设置有煤粉输出通道；

所述煤质分析仪表设置于所述煤斗与给煤机之间；

所述热风调节门以及所述冷风调节门采用并联方式与所述一次风调节门连接，所述一次风调节门与所述一次风对接口连接；

所述动态分离器上设置有所述动态分离器转速测量装置；

所述出口温度测量装置设置于所述煤粉输出通道上。

优选地，本申请还提供一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法，其改进之处在于，

获取磨煤机上动态分离器的转速作为动态分离器转速参数，获取由煤斗输出煤块的煤块质量作为煤质参数，获取磨煤机输出煤粉温度作为出口温度参数，将动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数对磨煤机的热风调节门、冷风调节门和/或一次风调节门进行调节，并使得出口温度维持在设定阈值内。

优选地，在上述的控制方法中，

所述出口温度参数的测量采用多点冗余式测量方法，即：选取不少于三个点作为测量点，然后取其中三个点的平均数作为出口温度参数。

优选地，在上述的控制方法中，

获取三个测量点的数值取中值后经过超前滞后控制环节取得的数值作为出口温度参数。

优选地，在上述的控制方法中，

在一次风量恒定且一次风的压力、温度恒定，煤质与给煤量恒定，煤粉细度恒定，磨煤机出口温度恒定的状态下，磨煤机出力的调节，按照增加出力时先增加风量后加煤量、减少出力时先减煤量后减风量的方法。

优选地，在上述的控制方法中，

对于热风调节门、冷风调节门以及一次风调节门的调节包括有手动调节以及自动调节；

在手动调节模式中根据給煤量参数，通过合适的风煤比，将风量参数作为控制参数对热风调节门进行调节，将出口温度参数作为控制参数对磨煤机的冷风调节门开度进行调节；

在自动调节模式中，将风量参数、給煤量参数、风煤比参数作为控制参数对热风调节门进行调节，将动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数对磨煤机的冷风调节门的开度进行调节。

本发明提供了一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统，并且基于该控制系统，本发明又提供了一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法。在本发明提供的基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统中，其设置有动态分离器转速测量装置、煤质分析仪表、出口温度测量装置、风门调节装置以及PID调节器。本发明的基本控制原理如下：由动态分离器转速测量装置、煤质分析仪表以及磨煤机出口温度测量装置，对动态分离器转速、煤质以及出口温度进行测量并获得动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数发送给PID调节器，PID调节器再根据煤量测量装置获取的煤量数值对热风调节门、冷风调节门以及一次风调节门进行调节，从而使磨煤机出口温度稳定在设定的目标温度。本发明采用多参数联合对热风调节门、冷风调节门以及一次风调节门进行调节，由于加入了动态分离器转速参数、煤质参数，因此本发明的控制精度高，并且还可以实现本发明的灵活控制。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为现有技术中一种典型的磨煤机出口温度控制系统简图；

图1中，部件名称与附图标记的对应关系为：

磨煤机出口a、冷风门b、热风门c、PID调节器d、风门e。

图2为本发明一种实施例中基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统的系统结构原理图；

图3为本发明一种实施例中基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统的结构示意简图；

图2和图3中，部件名称与附图标记的对应关系为：

动态分离器转速测量装置1、煤质分析仪表2、出口温度测量装置3、PID调节器4、热风调节门5、冷风调节门6、一次风调节门7、煤斗8、给煤机9。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图2和图3，其中，图2为本发明一种实施例中基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统的系统结构原理图；图3为本发明一种实施例中基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统的结构示意简图。

本发明提供了一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统，在本发明的一个实施方式中，该基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统包括有如下装置：

1、磨煤系统

磨煤系统包括有煤斗8，煤斗8用于装载块煤，煤斗8通过给煤机9与磨煤机工艺衔接，给煤机9能够将煤斗8内的块煤送入到磨煤机内，然后煤块由磨煤机研磨成煤粉。

磨煤机上设置有一次风对接口，用于实现一次风的吹入。

于磨煤机上设置有动态分离器，动态分离器设置有煤粉输出通道，动态分离器为磨煤机上的辅助设备，其用于实现煤粉与研磨不充分的煤块之间的分离，分离出的煤块继续研磨，而煤粉则通过煤粉输出通道输出参与燃烧。

2、动态分离器转速测量装置

动态分离器转速测量装置1为动态分离器上的设备，其用于对动态分离器的转速进行测量。

3、煤质分析仪表

煤质分析仪表2用于对煤质进行检测，煤质分析仪表2设置于煤斗8与给煤机9之间。

在本发明中，煤质分析仪表2的作用主要如下：通过煤质分析仪表2的测量技术，实时获得煤质参数，最终通过获取的煤质参数(适配煤质数据库中的全参数)，匹配出相对应的磨煤机出口温度上下限值。目前比较适合应用在本发明中的技术包括有近红外光谱分析技术：通过采集皮带上当前煤炭的近红外光谱，运用近红外模型，使用化学计量学方法分析光谱，即可获得该煤炭的灰分、发热量、水分等含量信息。此外，各种具有实时获取煤炭参数功能的技术，如核技术等均可通过获取煤炭参数适配预设煤种应用于本发明中。

煤质分析仪表2的工作流程如下：首先进行检测并获得数据→然后将其获得的数据进行匹配，数据库预设值由入厂煤化验系统提供，可通过数据接口实现数据自动传输，也可以采用手工录入→最后将匹配结果进行输出。

4、出口温度测量装置

出口温度测量装置3用于对煤粉输出温度进行检测，出口温度测量装置3设置于煤粉输出通道上。

具体地，出口温度测量装置3设置有至少三个，在全部的出口温度测量装置3中、以其中的三个出口温度测量装置3为获取出口温度参数的主磨煤机出口温度测量装置、其他为冗余磨煤机出口温度测量装置。

5、风门调节装置

风门调节装置用于对风门开度进行调节，具体地，风门调节装置包括有热风调节门5、冷风调节门6以及一次风调节门7。风门调节装置具有手动控制模式以及自动控制模式。

在本发明中，热风调节门5以及冷风调节门6采用并联方式连接后再与一次风调节门7连接，一次风调节门7与一次风对接口连接。

6、PID调节器

PID调节器4具有控制功能，动态分离器转速测量装置1、煤质分析仪表2以及出口温度测量装置3与PID调节器4信号连接，热风调节门5、冷风调节门6以及一次风调节门7与PID调节器4控制连接。

在本发明中，PID调节器4为能够实现PID调节功能的调节模块，其根据使用场景的不同，其可以设置有多个，并且每一个PID调节器4可以独立工作。

7、煤量测量装置

煤量测量装置用于对磨煤机内的煤量进行检测，煤量测量装置与PID调节器4信号连接。

基于上述系统，本发明还提供了一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法。

在该控制方法中，首先获取磨煤机上动态分离器的转速作为动态分离器转速参数，获取由煤斗8输出燃煤的煤质参数，获取磨煤机输出煤粉温度作为出口温度参数，将动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数对磨煤机的热风调节门5、冷风调节门6和/或一次风调节门7进行调节，并使得出口温度维持在设定阈值内。

出口温度参数的测量采用多点冗余式测量方法，即：选取不少于三个点作为测量点，然后取其中三个点的平均数作为出口温度参数。获取三个测量点的数值取中值后经过超前滞后控制环节取得的数值作为出口温度参数。

在本发明中，在一次风量恒定且一次风的压力、温度恒定，煤质与给煤量恒定，煤粉细度恒定，磨煤机出口温度恒定的稳态下，磨煤机出力的调节按照如下方式调节：增加出力时先增加风量后加煤量、减少出力时先减煤量后减风量。

对于热风调节门5、冷风调节门6以及一次风调节门7的调节包括有手动调节以及自动调节；在手动调节模式中根据給煤量参数，通过合适的风煤比，将风量参数作为控制参数对热风调节门5进行调节，将出口温度参数作为控制参数对磨煤机的冷风调节门6开度进行调节；在自动调节模式中，将风量参数、給煤量参数、风煤比参数作为控制参数对热风调节门5进行调节，将动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数对磨煤机的冷风调节门6的开度进行调节。

本发明提供的磨煤机出口温度控制方法是通过调节磨煤机入口风门开度，使其(磨煤机入口风门开度)与磨煤机内的研磨煤量相适应，其目的在于使磨煤机出口温度稳定在设定的目标温度。

本发明提供的基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统，适用于配有煤粉细度在线可调中速磨煤机的冷一次风正压直吹式制粉系统的磨煤机出口温度的控制。

在本发明中，其所公开的磨煤机出口温度控制方法还适用于各种磨煤机出口温度控制系统，在此不一一列举。另外，需要说明的是：本发明也可在分散控制系统DCS、现场总线控制系统FCS中获得应用。

在本发明的一个实施方式中，该控制系统由动态分离器转速测量装置1、煤质分析仪表2、风门调节装置、磨煤机出口温度测量装置3、煤量测量装置以及PID调节器4组成，风门调节装置具体包括有热风调节门5、冷风调节门6以及一次风调节门7。基于上述装置、仪表等设备，本发明的基本控制原理如下：由动态分离器转速测量装置1、煤质分析仪表2以及磨煤机出口温度测量装置3，对动态分离器转速、煤质以及出口温度进行测量并获得动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数发送给PID调节器4，PID调节器4再根据煤量测量装置获取的煤量数值对热风调节门5、冷风调节门6以及一次风调节门7进行调节，从而使磨煤机出口温度稳定在设定的目标温度。

在本发明中，磨煤机出口温度的测量采用多点冗余式测量方法，即选取不少于三个点作为测量点，然后取其中三个点的平均数作为出口温度参数。

具体地，选定三个磨煤机出口温度测量装置3作为获取出口温度参数的主磨煤机出口温度测量装置，其他为冗余磨煤机出口温度测量装置。主磨煤机出口温度测量装置获取的三个温度信号设定为T1、T2、T3，经过三取中值并经过超前滞后控制(超前滞后控制为采用前置计数器和后置计数器实现触发点前后的采集样点数的控制，滞后超前校正综合了滞后校正和超前校正的优点，可同时改善系统的瞬态性能和稳态性能，即兼有快速响应特性和良好稳态精度。)环节后的值(作为PID调节模块的输入)，记为：磨煤机出口温度测量值TP。在PID调节器4中，将TP与PID调节器4中的设定值TS进行比较，如果存在偏差Δt(大于死区，PID调节器4的内部功能)，则经过PID调节器4运算后发生输出信号(式中，e(t)为偏差值，y(t)为输出值，t为时间，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。函数中可调整的参数包括比例、积分时间、微分时间，在实际应用过程中完成参数整定)。

在PID调节器4中，测量值(动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数)与给定值(动态分离器转速阈值、煤质阈值以及出口温度阈值)偏差进行PID运算，输出控制指令。如果风门调节装置中，冷、热挡板都切换到手动控制模式，则控制指令跟踪冷风挡板开度。

本发明对于风门调节装置的调节可以是自动调节，也可以是手动调节。在控制参数获取较为完善的情况下，风门调节装置为自动调节，基于信号质量判断，如果控制参数获取不完善，则强制切换手动控制。具体地，在暖磨期间，冷风调节门6控制指令为10％；在暖磨期间，热风调节门5控制指令为10％；设计有热风调节门5控制指令与热风挡板开度信号比较环节，如果其偏差超过10％，出口温度控制强制切手动。设计有冷风调节门6控制指令与冷风挡板开度信号比较环节，如果其偏差超过10％，出口温度控制强制切手动。在自动控制方式时，通过风门调节装置的冷风挡板、热风挡板的协调动作来控制磨煤机出口温度，磨煤机出口风粉混合物温度变化首先使冷风门动作，热风门的开度跟踪冷风门的开度而变化。

在一次风量恒定且一次风的压力、温度恒定，煤质与给煤量恒定，煤粉细度恒定，磨煤机出口温度恒定的状态下(稳态)，磨煤机出力的调节，按照增加出力时先增加风量后加煤量、减少出力时先减煤量后减风量的方法。

发电机组接到降负荷的指令，转换到本系统中就是热风调整门位置反馈的扰动，经过加法器传输到冷风调整门联动，调整的结果为：不论热风门位置反馈减少多少都不影响磨煤机出口温度的稳定。

本发明的特点在于：在煤质变化情况下，将煤粉细度和动态分离器转速作为控制参数对出口温度进行控制。

本发明中，在系统一般情况下采用一般性技术手段来实现，其中的具体参数则是针对某个特定的应用场景确定的，对于不同的系统具体采用的数据会有一些调整，但不论这些数据如何取值，本发明都将保留采用手动跟踪、超驰控制等技术手段。

磨煤机出口温度限制在一个温度区间，以避免低温结露和高温着火。

首先转变为增加一次风量指令，给煤量把一次风量的输出测量结果作为给煤量的指令。在给煤量未变化前，增加热风、冷风不调，引起磨煤机出口温度升高；在一次风量增加后，给煤量增加，引起磨煤机出口温度下降。控制系统试图将磨煤机出口温度稳定在设定值，因此发生了热风、冷风的耦合调节过程，经济的调节过程是增加热风、冷风不变，但实际上风量增加后的第一次温度调节是由于风量需求增大而通过增加热风开度减小冷风开度维持磨煤机出口温度的。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统，其特征在于，包括有用于对动态分离器转速进行测量的动态分离器转速测量装置(1)以及用于对煤质进行检测的煤质分析仪表(2)，煤质分析仪表用于通过自身的测量技术实时获得煤质参数；

还包括有用于对煤粉输出温度进行检测的出口温度测量装置(3)、用于对风门开度进行调节的风门调节装置以及具有控制功能的PID调节器(4)，用于对磨煤机内煤量进行检测的煤量测量装置，所述煤量测量装置与所述PID调节器信号连接；

所述风门调节装置包括有热风调节门(5)、冷风调节门(6)以及一次风调节门(7)；

所述动态分离器转速测量装置、所述煤质分析仪表以及所述出口温度测量装置与所述PID调节器信号连接，所述热风调节门、所述冷风调节门以及所述一次风调节门与所述PID调节器控制连接；

动态分离器转速测量装置(1)、煤质分析仪表(2)以及磨煤机出口温度测量装置(3)对动态分离器转速、煤质以及出口温度进行测量并获得动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数发送给PID调节器(4)，PID调节器(4)再根据煤量测量装置获取的煤量数值对热风调节门(5)、冷风调节门(6)以及一次风调节门(7)进行调节。

2.根据权利要求1所述的基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统，其特征在于，

所述出口温度测量装置设置有至少三个，在全部的所述出口温度测量装置中、三个所述出口温度测量装置为获取出口温度参数的主磨煤机出口温度测量装置、其他为冗余磨煤机出口温度测量装置。

3.根据权利要求1所述的基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制系统，其特征在于，

还包括有磨煤系统，所述磨煤系统包括有煤斗(8)，所述煤斗通过给煤机(9)与磨煤机工艺衔接，所述磨煤机上设置有一次风对接口，于所述磨煤机上设置有动态分离器，所述动态分离器设置有煤粉输出通道；

所述煤质分析仪表设置于所述煤斗与给煤机之间；

所述热风调节门以及所述冷风调节门采用并联方式与所述一次风调节门连接，所述一次风调节门与所述一次风对接口连接；

所述动态分离器上设置有所述动态分离器转速测量装置；

所述出口温度测量装置设置于所述煤粉输出通道上。

4.一种基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法，其特征在于，

获取磨煤机上动态分离器的转速作为动态分离器转速参数，获取由煤斗输出煤块的煤块质量作为煤质参数，获取磨煤机输出煤粉温度作为出口温度参数，将动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数对磨煤机的热风调节门、冷风调节门和/或一次风调节门进行调节，并使得出口温度维持在设定阈值内。

5.根据权利要求4所述的基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法，其特征在于，

所述出口温度参数的测量采用多点冗余式测量方法，即：选取不少于三个点作为测量点，然后取其中三个点的平均数作为出口温度参数。

6.根据权利要求5所述的基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法，其特征在于，

获取三个测量点的数值取中值后经过超前滞后控制环节取得的数值作为出口温度参数。

7.根据权利要求4所述的基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法，其特征在于，

在一次风量恒定且一次风的压力、温度恒定，煤质与给煤量恒定，煤粉细度恒定，磨煤机出口温度恒定的状态下，磨煤机出力的调节，按照增加出力时先增加风量后加煤量、减少出力时先减煤量后减风量的方法。

8.根据权利要求4所述的基于煤粉细度在线调整的磨煤机出口温度控制方法，其特征在于，

对于热风调节门、冷风调节门以及一次风调节门的调节包括有手动调节以及自动调节；

在手动调节模式中根据給煤量参数，通过合适的风煤比，将风量参数作为控制参数对热风调节门进行调节，将出口温度参数作为控制参数对磨煤机的冷风调节门开度进行调节；

在自动调节模式中，将风量参数、給煤量参数、风煤比参数作为控制参数对热风调节门进行调节，将动态分离器转速参数、煤质参数以及出口温度参数作为控制参数对磨煤机的冷风调节门的开度进行调节。