CN117160654A - 一种燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃煤电厂煤粉锅炉设备领域，公开了一种燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统及控制方法，在磨煤机出口一次风粉管道上并联一套煤粉仓系统，在稳定负荷下，粉仓系统不工作，采用原直吹式制粉方式，磨煤机出口煤粉直接通过一次风粉管道输送至锅炉燃烧器中；当机组需要进行变负荷时，磨煤机照常接受锅炉燃料量指令并进行制粉响应，但将磨煤机出口风粉混合物全部切换进细粉分离器中，由煤粉仓经给粉机给粉。在机组变负荷过程结束时，待磨煤机总出力匹配锅炉侧燃料量需求，且运行稳定后，切回至磨煤机向锅炉供粉，粉仓系统停止工作。同时也设计了制粉系统在不同运行工况下的粉仓系统投切顺序控制策略和重要运行参数的控制回路。
Description
技术领域
本发明属于燃煤电厂煤粉锅炉设备领域，尤其涉及一种燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统及控制方法。
背景技术
目前大容量机组普遍采用直吹式制粉系统，因为其结构简单、维护方便。然而直吹式制粉系统磨煤机与锅炉严重耦合问题，成了制约燃煤机组变负荷速率提升的重要因素，其表现主要在于：一方面，当机组接受到变负荷指令时，给煤机将原煤送进磨煤机，磨煤机将原煤磨制成煤粉以及一次风干燥输送煤粉的过程都存在难以消除的惯性、迟延时间，这导致直吹式制粉系统对于机组变负荷的响应能力不足，从而影响机组更高速率变负荷运行。对此，许多学者提出通过采用神经网络等先进控制策略对直吹式制粉系统进行控制优化，以期解决其大迟延、大惯性问题，也有学者提出通过额外吹出磨煤机存粉等手段在一定程度上提升制粉系统响应能力。另一方面，当机组进行大范围变负荷时，由于磨煤机的自身出力限制，需要人为地多次进行磨煤机的启停操作，而在高速率变负荷情况下，越高的速率升降负荷，留给操作人员进行启停操作的时间越少，同时留给机组各运行参数克服扰动、恢复至稳定状态的时间也越少。因此，现有的直吹式制粉系统因为磨煤机的启停操作难以实现机组大范围、高速率(如5％/min)变负荷运行。为此，需要对直吹式制粉系统进行改造，降低磨煤机与锅炉的耦合程度，尤其需要实现机组快速变负荷过程中磨煤机与锅炉的解耦。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
1.直吹式制粉系统因为煤的磨制、输送过程存在大迟延、大惯性，跟踪锅炉负荷响应能力不足，制约着机组更高速率变负荷运行。
2.在机组大范围变负荷时，由于磨煤机自身出力限制，需要进行多次磨煤机启停操作，而当变负荷速率很高(如5％/min)时，机组变负荷过程所需时间很短，但磨煤机正常启停所需时间是必需的，这导致直吹式制粉系统因为磨组启停操作严重影响机组大范围、高变负荷速率运行。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统及控制方法，对中速磨正压直吹式制粉系统进行改造，在磨煤机出口一次风粉管道上并联一套煤粉仓系统，在稳定负荷下，粉仓系统不工作，采用原直吹式制粉方式，磨煤机出口煤粉直接通过一次风粉管道输送至锅炉燃烧器中；当机组需要进行变负荷时，磨煤机照常接受锅炉燃料量指令并进行制粉响应，但将磨煤机出口风粉混合物全部切换进细粉分离器中，由煤粉仓经给粉机给粉。在机组变负荷过程结束时，待磨煤机总出力匹配锅炉侧燃料量需求，且运行稳定后，切回至磨煤机向锅炉供粉，粉仓系统停止工作。同时，在此新型制粉系统的结构和运行基础上，设计了制粉系统在不同运行工况下的粉仓系统投切顺序控制策略，也设计该制粉系统的重要运行参数的控制回路。这样，本发明提出的新型制粉系统及控制方法实现了在变负荷工况下制粉系统磨煤机与锅炉的解耦，一方面，相比直吹式制粉系统，此系统在锅炉燃料量需求变化时，直接通过改变给粉机转速实现燃料量响应，节省了给煤机出口输送原煤时间、磨煤机磨制煤粉时间，大幅提升了制粉系统对于锅炉变负荷的响应能力；另一方面，此系统在机组变负荷过程中，磨煤机的启停操作不影响煤粉仓的工作状态，变负荷过程全程由煤粉仓及给粉机响应供粉，有效避免了磨的启停对于锅炉负荷变化的影响，实现燃煤机组的灵活运行。同时，本系统因为仅为机组变负荷工况服务，所需容量很小，实现了在大容量(300MW及以上)机组中应用中间仓储式制粉方式的可行性。本系统兼顾了直吹式制粉系统和中储式制粉系统的优点，能够使大容量机组实现大范围、高变负荷速率运行。
本发明在直吹式制粉系统结构上增加一套粉仓系统，将粉仓与磨煤机出口一次风粉管并联，磨出口风粉混合物一路直接去锅炉，另一路可去细粉分离器进而进入粉仓中，粉仓经给粉机向锅炉供粉。这样，实现了两路分开向锅炉供粉。在稳定工况下，为直吹式制粉方式，磨煤机出口风粉混合物直接向锅炉供粉；在变负荷工况下，磨出口煤粉进入粉仓中，锅炉所需煤粉量全部切换至由粉仓提供，同时从一次风母管中新引一条管路进入一次风粉管中，为给粉机给粉提供足够输送风量和干燥量，即相当于热风送粉方式的中储式制粉系统。细粉分离器分离出来的乏气直接进入锅炉燃尽风喷嘴中，将附带的部分煤粉(约10％)在炉膛燃烧。由于粉仓系统负压漏风，需要乏气分出部分风量，再循环至磨煤机进口。
本发明是这样实现的，一种燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统，采用若干个细粉分离器、前后墙布置的煤粉仓以及18个煤斗连接的给粉机，为燃煤机组高变负荷速率运行提供了制粉、储粉和给粉的配置；确保在机组变负荷运行时，磨煤机出口的风粉混合物可以迅速转移至细粉分离器，并有序地存储在煤粉仓中，再通过多台给粉机进行精确的给粉，满足不同负荷条件下的运行需求。
进一步，包括：给煤机、闸板、煤粉分离器、磨煤机、煤粉分配器、细粉分离器、煤粉仓、给粉机、煤粉混合器、吸潮管、排粉风机、燃尽风喷嘴、燃烧器、锅炉、三分仓回转空气预热器、一次风机、第一锁气器、第二锁气器、第一防爆门、第二防爆门、乏气风箱、一次风箱、第一阀门、第二阀门、乏气去燃尽风喷嘴阀门、热气再循环风门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门；
给煤机通过落粉管连接磨煤机进口，落粉管上有闸板、第一锁气器，磨煤机连接煤粉分离器，煤粉分离器出口经煤粉分配器分成两路：一路经第一阀门和煤粉混合器连接燃烧器；另一路经第二阀门汇合吸潮管连接细粉分离器；细粉分离器上端设有第一防爆门，细粉分离器下端经第二锁气器连接煤粉仓，煤粉仓有吸潮管连接细粉分离器进口管道，细粉分离器上端出口连接排粉风机，排粉风机出口分两路：一路至磨煤机进口落粉管中，为再循环管，管上挡板为热气再循环风门；另一路由乏气风箱分配后经乏气去燃尽风喷嘴阀门连接燃尽风喷嘴，煤粉仓下端连接给粉机，给粉机连接煤粉混合器；一次风机出口分两路，一路经过三分仓空气预热器，再分两路，一路经第四阀门连接一次风箱，分配后经第三阀门连接第一阀门和煤粉混合器中间段管道，另一路经第六阀门、第八阀门与磨煤机连接；一次风机出口另一路未经三分仓空气预热器，又分两路，一路经第五阀门连接一次风箱，另一路经第七阀门连接第六阀门、第八阀门中间段管道。
进一步，细粉分离器中设有粉位监测装置与风粉温度监测装置，风粉温度测量装置的温度测点不少于4个，粉位检测装置的测点不少于3个；还设有第一防爆门；
所述煤粉仓中设有粉位监测装置与风粉温度监测装置，风粉温度测量装置的温度测点不少于4个，粉位检测装置的测点不少于3个；还设有第二防爆门、带电动隔离阀的吸潮管以及用于灭火的引入管接口，可通入灭火介质如氮气或二氧化碳；
磨煤机、粗粉分离器、煤粉分配器合为一体建造，煤粉分配器有6个出粉管道，称一次风粉管道；
锅炉炉膛为对冲燃烧式炉膛，分为前墙和后墙，每墙有3层燃烧器和2层燃尽风喷嘴，每层6个燃烧器，共36个燃烧器，24个燃尽风喷嘴；
磨煤机有6台，分别为A磨、B磨、C磨、D磨、E磨、F磨，其中，F磨为备用磨煤机；A磨、B磨、C磨出粉管道分别连接锅炉炉膛的前墙的下、中、上层；D磨、E磨、F磨出粉管道分别连接锅炉炉膛的后墙的下、中、上层。
进一步，所述细粉分离器、煤粉仓分别有2个，且分别位于前后墙布置，A磨、B磨、C磨一路连接锅炉前墙燃烧器，另一路连接前墙细粉分离器，细粉分离器下端连接前墙煤粉仓，上端经乏气风箱分配后连接前墙各燃尽风喷嘴；D磨、E磨、F磨一路连接锅炉后墙燃烧器，另一路连接后墙细粉分离器，细粉分离器下端连接后墙煤粉仓，上端经乏气风箱分配后连接后墙各燃尽风喷嘴；
煤粉仓下端有18个煤斗，每个煤斗连接1台给粉机，共18台给粉机，分别与18个煤粉混合器连接。
进一步，为避免煤粉堆积堵塞，第三阀门所在一次风管道端口应尽量与第一阀门所在位置接近；
粉仓的总有效容量按照机组20％～100％负荷范围变化过程中锅炉所需燃料量设置，以660MW超临界机组，5％/min变负荷速率为例，考虑到安全裕度，大约需150t的总有效储粉容量，前后墙煤粉仓容量为3:2，也即前墙煤粉仓储粉容量约90t，后墙煤粉仓有效储粉容量为60t；
系统总的工作过程为：在稳定负荷下，粉仓系统不工作，采用原直吹式制粉方式，磨煤机出口煤粉直接通过一次风粉管道输送至锅炉燃烧器中；当机组需要进行变负荷时，磨煤机照常接受锅炉燃料量指令并进行制粉响应，但将磨煤机出口风粉混合物全部切换进细粉分离器中，由煤粉仓经给粉机给粉。在机组变负荷过程结束时，待磨煤机总出力匹配锅炉侧燃料量需求，且运行稳定后，切回至磨煤机向锅炉供粉，粉仓系统停止工作。
本发明的另一目的在于提供一种应用于所述燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法，以顺序控制方式对粉仓系统投切过程控制，具体为：
步骤一，粉仓系统启动顺控：
允许条件：
(1)变负荷指令来；
(2)细粉分离器、给粉机、排粉风机停止工作；
(3)煤粉仓粉位正常；
(4)第二阀门全关；
(5)第三阀门全关；
(6)热气再循环风门全关；
(7)第一阀门全开；
启动顺控步序：
(1)开乏气去燃尽风喷嘴阀门；
(2)热气再循环风门投自动；
(3)启动排粉风机；
(4)启动细粉分离器；
(5)开给粉机出口阀门；
(6)启动给粉机；
(7)第二阀门开度设定为100％；
(8)第一阀门开度设定为0；
(9)第三阀门投入自动；
(10)顺控完成；
步骤二，粉仓系统停止顺控：
允许条件：
(1)无变负荷指令；
(2)给煤机给煤量稳定且匹配总燃料量指令；
停止步序：
(1)第二阀门开度设定为0；
(2)第一阀门开度设定为100％；
(3)停给粉机；
(4)第三阀门切手动，且开度设定为0；
(5)停细粉分离器；
(6)停排粉风机；
(7)关热气再循环风门；
(8)关乏气去燃尽风喷嘴阀门；
(9)顺控完成。
进一步，煤粉仓的粉位控制方法为：在稳定工况下，当粉位反馈低于粉位低限时，通过控制第二阀门的开度进行储粉。保证在需要进行负荷变动，转由粉仓供粉的情况之前，有足够的粉仓存储余量响应机组的变负荷全过程。具体控制逻辑为，在稳定负荷工况下，三个煤粉仓粉位测点通过中值选择器得到煤粉仓粉位反馈，并将其与粉位设定值的差值通过折线函数得到第二阀门的开度指令，经过速率限制后传至执行机构。若粉仓粉位反馈值高于设定的上限值，则第二阀门开度指令切换至常数值0，即关闭第二阀门。
进一步，若由于工作磨煤机最大出力限制，已无多余出力向煤粉仓储粉，可未工作的磨煤机进行储粉操作。
进一步，给煤机给煤量控制方法为：给煤机给煤量经滞后后再与热风再循环煤量相加得到磨煤机出口煤量；将磨煤机出口煤量乘以第二阀门的开度形成的修正系数，得到磨煤机出口去一次风粉管煤量，若处于变负荷，给粉机自动的情况，则不用乘以该系数；磨煤机出口去一次风粉管煤量与磨煤机出口煤量的差值再乘以细粉分离器分离系数即得乏气中所带煤粉量；乏气中所带煤粉量乘以乏气去燃尽风喷嘴阀门与热气再循环风门开度形成的修正系数得到乏气去燃尽风喷嘴煤粉量，乏气中煤粉量与乏气去燃尽风喷嘴煤粉量的差值即热风再循环煤量。磨煤机出口去一次风粉管煤量、乏气去燃尽风喷嘴煤量、燃油折合煤量三者之和再乘以煤质修正系数后得到实际总燃料量。锅炉主控来的总燃料量指令作为设定值与实际燃料量进行比较，其偏差经PID运算、手动/自动站后，形成并行控制给煤机转速的燃料主控指令，考虑到投入自动的给煤机台数不同，造成控制回路的控制增益不同，将给煤机自动台数通过两个不同的折线函数得到不同的PID控制器的比例增益和积分时间。
进一步，给粉机转速的控制方法为：给煤机给煤量经滞后后再与热风再循环煤量相加得到磨煤机出口煤量；将磨煤机出口煤量乘以阀门与阀门的开度关系形成的修正系数，依此得到磨煤机出口去一次风粉管煤量，乏气去燃尽风喷嘴煤粉量、热风再循环煤量的获得同上文给煤机给煤量控制回路。将磨煤机出口去一次风粉管煤量、乏气去燃尽风喷嘴煤粉量、给粉机给煤量以及燃油折合煤量四者之和乘以煤质修正系数得到实际去燃烧器的燃料量。将总燃料指令作为设定值，与实际燃料量做比较后经PID运算、限速后得到给粉机的转速指令。同样考虑到给粉机的自动台数不同，需要对PID控制器的比例增益和积分时间做修正。当粉仓系统切除顺控指令来或煤粉仓粉位达到低限值时，给粉机转速指令切换至0。
进一步，一次风粉管中一次风量控制通过调节第三阀门实现，其控制方法为：磨煤机出口去一次风粉管煤量、给粉机给煤量二者之和经函数器转换为一次风粉管一次风量需求设定值，与一次风粉管实际风量进行比较后经PID运算、手动自动切换器、限速后得到第三阀门开度指令，为提高阀门开度响应速度，将第一阀门开度反馈作为PID控制器的前馈。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一，相较于现有技术，本发明有如下有益效果：实现了在变负荷工况下制粉系统磨煤机与锅炉的解耦，一方面，相比直吹式制粉系统，此系统在锅炉燃料量需求变化时，直接通过改变给粉机转速实现燃料量响应，节省了给煤机出口输送原煤时间、磨煤机磨制煤粉时间，大幅提升了制粉系统对于锅炉变负荷的响应能力；另一方面，此系统在机组变负荷过程中，磨煤机的启停操作不影响煤粉仓的工作状态，变负荷过程全程由煤粉仓及给粉机响应供粉，有效避免了磨的启停对于锅炉负荷变化的影响，实现燃煤机组的灵活运行。同时，本系统因为仅为机组变负荷工况服务，所需容量很小，实现了在大容量(300MW及以上)机组中应用中储式制粉方式的可行性。
第二，本发明提供的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统及控制方法能提升制粉系统变负荷响应能力，且有效解决直吹式制粉系统由于启停磨操作导致机组无法进行大范围高速率变负荷运行的问题。
第三，目前，对于燃煤机组动态过程变负荷速率计算方法，为
式中:VN为机组瞬态过程的变负荷速率，％/min，P0、P1、P2依次为机组额定功率、初始功率、目标功率，MW；Δτ为变负荷瞬态过程的时间，min。
此方法中P1、P2不涉及磨煤机运行台数变化，也即对于燃煤机组变负荷过程的变负荷速率测定，是在磨煤机启停工况点之间的负荷区间内为准。然而实际上，对于直吹式制粉系统，当机组进行更宽负荷范围变负荷，由于磨煤机的自身出力限制，必然需要经过磨组投切过程，此过程会限制燃煤机组实现高变负荷速率运行。为实现真正意义上的燃煤机组变负荷速率，也即在任意负荷范围内的总变负荷速率，本发明将磨煤机与锅炉解耦，在变负荷过程中将直吹式制粉系统切换成以热风送粉方式的中储式制粉系统，可以使机组在任意负荷范围内以高速率变负荷运行，不再受到磨煤机启停的影响。同时，本发明通过调节给粉机转速直接向锅炉供粉，有效提升了制粉系统对于锅炉负荷变化的响应能力。
第四，每条权利要求带来的显著技术进步如下：
1.基础结构与流程的改进：
本系统引入了特定的煤粉处理与储存结构，如细粉分离器、煤粉仓、多路连接与控制等，使得在高变负荷速率运行时，燃煤机组可以更加灵活和高效地处理和供给煤粉。
增加了细粉的再循环和乏气的利用，提高了系统的能效。
2.前后墙布置的创新与煤粉处理的优化：
通过在前后墙上布置不同的细粉分离器和煤粉仓，使得煤粉的处理、储存和分配更为均匀和高效，增强了系统的稳定性。
多煤斗和给粉机的设置实现了对煤粉供应的精确控制，确保了在不同的运行条件下，煤粉的供给都能满足需求。
3.优化煤粉堆积与储存策略：
根据机组负荷的变化，优化了煤粉仓的有效容量，确保在变负荷过程中，系统能够有效应对煤粉的储存和供应需求。
提出了在机组变负荷时煤粉仓的工作策略，使系统在变负荷时更为高效且稳定。
综上，每条权利要求均针对燃煤机组在高变负荷速率运行时可能遇到的问题提出了创新解决方案，使得煤粉的处理、储存和供应更为灵活、高效和稳定，进而提高了燃煤机组的运行效率和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的单台磨煤机与煤粉仓、燃烧器的连接结构示意图；
图2是本发明实施例提供的煤粉仓与不同磨煤机的连接结构示意图；
图3是本发明实施例提供的煤粉仓粉位控制逻辑图；
图4是本发明实施例提供的给煤机给煤量控制逻辑图；
图5是本发明实施例提供的给粉机给煤量及一次风量控制逻辑图；
图6是本发明实施例提供的降负荷试验数据图，其中供粉量变化速率0.4t/h/s；
图7是本发明实施例提供的升负荷试验数据图，其中供粉量变化速率0.4t/h/s；
图中：1、给煤机；2、闸板；3、煤粉分离器；4、磨煤机；5、煤粉分配器；6、细粉分离器；7、煤粉仓；8、给粉机；9、煤粉混合器；10、吸潮管；11、排粉风机；12、燃尽风喷嘴；13、燃烧器；14、锅炉；15、三分仓回转空气预热器；16、一次风机；17、第一锁气器；18、第二锁气器；19、第一防爆门；20、第二防爆门；21、乏气风箱；22、一次风箱；23、第一阀门；24、第二阀门；25、乏气去燃尽风喷嘴阀门；26、热气再循环风门；27、第三阀门；28、第四阀门；29、第五阀门；30、第六阀门；31、第七阀门；32、第八阀门。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统及控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
以某660MW超超临界机组、变负荷速率5％Pe/min为例，机组在不同负荷工况下的磨组投切方案为：在100％THA～75％THA工况内，保持5台磨运行；在75％ THA～50％THA工况内，保持4台磨运行；在50％THA～40％THA，保持3台磨运行；30％THA以下，保持2台磨运行。按该方案可知，在变负荷速率5％Pe/min的变负荷工况下，由100％THA降至20％THA理想情况下仅需16min，在16min内需要完成上层3台磨的停磨操作，且16min后系统各参数稳定运行，这要求每5min完成一台磨的停磨操作且风粉能迅速稳定。而磨煤机控制水平不足，仍然依赖锅炉操作人员把握磨组的启停时机，所以现有制粉系统对于机组5％Pe/min的变负荷速率响应将很大程度上受磨组启停限制。且实际上，为了使机组达到5％Pe/min的变负荷速率，制粉系统的供粉速率变化需要更快，经仿真初步验证，制粉系统供粉速率变化达到0.4t/h/s以上，才能使机组负荷实现5％Pe/min的变化速率，这相当于8min内需要启停3台磨，这是现有制粉系统无法实现的。因此，为避免磨煤机的启停操作对燃烧侧的影响，本发明综合直吹式制粉系统及中储式制粉系统的特点，在机组需要进行变负荷时，磨煤机出力全部切至去粉仓管道，由粉仓经给粉机向锅炉供粉。
参考图1，本发明所述的一种适用于燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统，包括给煤机1、闸板2、煤粉分离器3、磨煤机4、煤粉分配器5、细粉分离器6、煤粉仓7、给粉机8、煤粉混合器9、吸潮管10、排粉风机11、燃尽风喷嘴12、燃烧器13、锅炉14、三分仓回转空气预热器15、一次风机16、第一锁气器17、第二锁气器18、第一防爆门19、第二防爆门20、乏气风箱21、一次风箱22、第一阀门23、第二阀门24、乏气去燃尽风喷嘴阀门25、热气再循环风门26、第三阀门27、第四阀门28、第五阀门29、第六阀门30、第七阀门31、第八阀门32。
给煤机1通过落粉管连接磨煤机4进口，落粉管上有闸板2、第一锁气器17，磨煤机4连接煤粉分离器3，煤粉分离器3出口经煤粉分配器5分成两路：一路经第一阀门23和煤粉混合器9连接燃烧器13；另一路经第二阀门24汇合吸潮管10连接细粉分离器6。细粉分离器6上端设有第一防爆门19，细粉分离器6下端经锁第二气器18连接煤粉仓7，煤粉仓7有吸潮管10连接细粉分离器6进口管道，细粉分离器6上端出口连接排粉风机11，排粉风机11出口分两路：一路至磨煤机5进口落粉管中，为再循环管，管上挡板为热气再循环风门26；另一路由乏气风箱21分配后经乏气去燃尽风喷嘴阀门25连接燃尽风喷嘴12，煤粉仓7下端连接给粉机8，给粉机5连接煤粉混合器9。一次风机16出口分两路，一路经过三分仓空气预热器15，再分两路，一路经第四阀门28连接一次风箱22，分配后经第三阀门27连接第一阀门23和煤粉混合器9中间段管道，另一路经第六阀门30、第八阀门32与磨煤机4连接；一次风机16出口另一路未经三分仓空气预热器15，又分两路，一路经第五阀门29连接一次风箱22，另一路经第七阀门31连接第六阀门30、第八阀门32中间段管道。
如图1所示，本发明实施例提供的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统，具体工作流程为：
稳定工况下，第二阀门24、第三阀门27关闭，细粉分离器6、排粉风机11、给粉机8不工作，煤粉仓7的吸潮管电动隔离阀关闭。第一阀门23保持开启，磨煤机4磨制好的煤粉通过热一次风直接送入燃烧器13中燃烧。
当机组高速率变负荷指令来时，煤粉分离器5出口风粉混合物全部按一定速率切换进入细粉分离器6中，锅炉14所需燃料量由煤粉仓7通过给粉机8输送供应，送粉方式为热风送粉。细粉分离器6分离出来的乏气由排粉风机11排出，一部分乏气经热气再循环风门26进入给煤机1出口落煤管，另一部分通过乏气风箱21分配后进入各燃尽风喷嘴12。
如图2所示，本发明实施例提供的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统，所述锅炉炉膛为对冲式燃烧炉膛，分为前墙和后墙，每墙有3层燃烧器和2层燃尽风喷嘴，每层6个燃烧器，共36个燃烧器，24个燃尽风喷嘴。
磨煤机有6台，分别为A磨、B磨、C磨、D磨、E磨、F磨，其中，F磨为备用磨煤机，A磨、B磨、C磨出粉管道分别连接锅炉炉膛的前墙的下、中、上层；D磨、E磨、F磨出粉管道分别连接锅炉炉膛的后墙的下、中、上层。
细粉分离器、煤粉仓分别有2个，且分别位于前后墙布置，A磨、B磨、C磨出粉管道另一路连接前墙细粉分离器，细粉分离器下端连接前墙煤粉仓，上端经乏气风箱分配后连接前墙各燃尽风喷嘴；D磨、E磨、F磨出粉管道另一路连接后墙细粉分离器，细粉分离器下端连接前墙煤粉仓，上端经乏气风箱分配后连接后墙各燃尽风喷嘴。
煤粉仓下端有18个煤斗，每个煤斗连接1台给粉机，共18台给粉机，分别与18个煤粉混合器连接。
本发明实施例提供的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统的控制方法，以顺序控制方式对粉仓系统投切过程控制，具体为：粉仓系统启动顺控：
允许条件：
1、变负荷指令来
2、细粉分离器、给粉机、排粉风机停止工作3、煤粉仓粉位正常
4、第二阀门24全关
5、第三阀门27全关
6、热气再循环风门26全关
7、第一阀门23全开
启动顺控步序：
1、开乏气去燃尽风喷嘴阀门25
2、热风再循环风门26投自动
3、启动排粉风机
4、启动细粉分离器
5、开给粉机出口阀门
6、启动给粉机
7、第二阀门24开度设定为100％
8、第一阀门23开度设定为0
9、第三阀门27投入自动
10、顺控完成
粉仓系统停止顺控：
允许条件：
1、无变负荷指令
2、给煤机给煤量稳定且匹配总燃料量指令停止步序：
1、第二阀门24开度设定为0
2、第一阀门23开度设定为100％
3、停给粉机
4、第三阀门27切手动，且开度设定为0
5、停细粉分离器
6、停排粉风机
7、关热气再循环风门26
8、关乏气去燃尽风喷嘴阀门25
9、顺控完成
如图3所示，本发明实施例提供的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统的控制方法，煤粉仓的粉位控制方案为：在稳定工况下，当粉位反馈低于粉位低限时，通过控制第二阀门24的开度进行储粉。保证在需要进行负荷变动，转由粉仓供粉的情况之前，有足够的粉仓存储余量响应机组的变负荷全过程。具体控制逻辑为，在稳定负荷工况下，三个煤粉仓粉位测点通过中值选择器得到煤粉仓粉位反馈，并将其与粉位设定值的差值通过折线函数得到第二阀门24的开度指令，经过速率限制后传至执行机构。若粉仓粉位反馈值高于设定的上限值，则第二阀门24开度指令切换至常数值0，即关闭第二阀门24。
若由于工作磨煤机4最大出力限制，已无多余出力向煤粉仓7储粉，可启用未工作磨煤机进行储粉操作。
如图4所示，本发明实施例提供的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统的控制方法，对于给煤机给煤量控制逻辑为：给煤机给煤量经滞后后再与热风再循环煤量相加得到磨煤机出口煤量；将磨煤机出口煤量乘以第二阀门24的开度形成的修正系数(若处于变负荷，给粉机自动的情况，则不用乘以该系数)得到磨煤机出口去一次风粉管煤量；磨煤机出口去一次风粉管煤量与磨煤机出口煤量的差值再乘以细粉分离器分离系数即得乏气中所带煤粉量；乏气中所带煤粉量乘以乏气去燃尽风喷嘴阀门25与热气再循环风门26开度形成的修正系数得到乏气去燃尽风喷嘴煤粉量，乏气中煤粉量与乏气去燃尽风喷嘴煤粉量的差值即热风再循环煤量。磨煤机出口去一次风粉管煤量、乏气去燃尽风喷嘴煤量、燃油折合煤量三者之和再乘以煤质修正系数后得到实际总燃料量。锅炉主控来的总燃料量指令作为设定值与实际燃料量进行比较，其偏差经PID运算、手动/自动站后，形成并行控制给煤机转速的燃料主控指令，考虑到投入自动的给煤机台数不同，造成控制回路的控制增益不同，将给煤机自动台数通过两个不同的折线函数得到不同的PID控制器的比例增益和积分时间。
如图5所示，本发明所述的一种适用于燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统的控制方法，对于给粉机转速的控制逻辑为：给煤机给煤量经滞后后再与热风再循环煤量相加得到磨煤机出口煤量；将磨煤机出口煤量乘以第一阀门23与第二阀门24的开度关系形成的修正系数，依此得到磨煤机出口去一次风粉管煤量，乏气去燃尽风喷嘴煤粉量、热风再循环煤量的获得同上文给煤机给煤量控制回路。将磨煤机出口去一次风粉管煤量、乏气去燃尽风喷嘴煤粉量、给粉机给煤量以及燃油折合煤量四者之和乘以煤质修正系数得到实际去燃烧器的燃料量。将总燃料指令作为设定值，与实际燃料量做比较后经PID运算、限速后得到给粉机的转速指令。同样考虑到给粉机的自动台数不同，需要对PID控制器的比例增益和积分时间做修正。当粉仓系统切除顺控指令来或煤粉仓粉位达到低限值时，给粉机转速指令切换至0。
如图5所示，本发明实施例提供的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统的控制方法，一次风粉管中一次风量控制通过调节第三阀门27实现，其控制逻辑为：磨煤机出口去一次风粉管煤量、给粉机给煤量二者之和经函数器转换为一次风粉管一次风量需求设定值，与一次风粉管实际风量进行比较后经PID运算、手动自动切换器、限速后得到第三阀门27开度指令，为提高阀门开度响应速度，将第一阀门23开度反馈作为PID控制器的前馈。
本发明的应用实施例提供了一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法的步骤。
本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法的步骤。
本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统。
下面结合本发明的实验过程及效果对本发明进一步说明：
1)为探究当制粉系统侧供煤量变化速率达到哪个程度时，机组才能实现5％的变负荷速率。在所搭建的仿真机组模型上进行了机组变负荷试验。
试验步骤为:
①修改锅炉主控逻辑，在生成锅炉主控指令前添加限速模块，以便指定燃料指令变化速率；
②将锅炉主控切手动，即转为汽机跟随模式，其余控制回路不变；
③分别进行降负荷以及升负荷试验，降负荷试验以额定负荷665.5MW、燃料量272.5t/h为初始工况，升负荷试验以344.4MW、燃料量145.9t/h为初始工况
④降负荷试验中，将锅炉主控指令为206t/h，分别以0.2t/h/s、0.4t/h/s、0.5t/h/s的变化速率减少。升负荷试验中，将锅炉指令设为206t/h，分别以0.2t/h/s、0.4t/h/s、0.5t/h/s的变化速率增加。
其中，供煤量变化速率0.4t/h/s的升降负荷试验曲线如6-7所示，图6为降负荷试验，供粉量变化速率0.4t/h/s；图7是升负荷试验，供粉量变化速率0.4t/h/s。
从试验结果得到，在未作改造的情况下，在小范围变负荷过程中，需要供煤量变化速率达到大约0.4t/h/s时，机组才能实现5％的变负荷速率，而在某660MW超临界机组100％THA稳定工况下，所需燃料量(设计煤种)约为272t/h，20％THA稳定工况下约为70t/h，若以0.4t/h/s的速率变化，不到10min便完成272t/h至70t/h的变化，而现有磨组运行方案中，需要进行多次停磨操作才能完成，所以磨组的启停操作将会严重限制机组以高速率(5％)变负荷大范围运行。
2)因此，对于增设小粉仓的新型制粉系统，其结构设计和运行方案需要解决变负荷过程中磨煤机与锅炉的耦合问题。为此，本发明提出将粉仓系统与磨煤机出口一次风粉管道并联，在稳定工况下，采用直吹式制粉方式，在变负荷工况下，切换成粉仓向锅炉供粉，实现磨煤机与锅炉的解耦。本发明提出的制粉系统及控制方法相比原中速磨正压直吹式制粉系统具有很大优势。
基于上述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法，以下给出两个具体的实施例及其实现方案：
实施例1：基于传感器的实时监控
1.实现方案：
在关键部分如煤粉仓、细粉分离器、给煤机等位置安装传感器，以实时监控煤粉的储存量、流速、温度等关键参数。
采用中央控制系统，将各传感器收集的数据进行汇总并实时显示。
根据实时数据，自动调整各阀门的开启度和设备的运行状态，以满足燃煤机组的实时需求。
当传感器检测到煤粉储存量过低或温度异常时，系统会自动发送警报，并根据预设程序进行相应的处理。
实施例2：基于模型预测控制(MPC)的优化
1.实现方案：
利用机组的运行历史数据，建立一个制粉系统的数学模型，描述各部分的动态关系。
在中央控制系统中实施模型预测控制算法，预测未来一段时间内的机组运行状态。
根据预测结果，优化各阀门的开启度和设备的运行状态，以实现最佳的运行效率。
在实际运行过程中，系统会根据实时数据不断更新模型参数，保证预测的准确性。
两个实施例分别强调了实时监控和预测优化的重要性，在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的实施例或将两种方法结合使用，实现最佳的运行效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统，其特征在于，采用若干个细粉分离器、前后墙布置的煤粉仓以及18个煤斗连接的给粉机，为燃煤机组高变负荷速率运行提供了制粉、储粉和给粉的配置；确保在机组变负荷运行时，磨煤机出口的风粉混合物可以迅速转移至细粉分离器，并有序地存储在煤粉仓中，再通过多台给粉机进行精确的给粉，满足不同负荷条件下的运行需求。
2.如权利要求1所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统，其特征在于，包括：
给煤机通过落粉管连接磨煤机进口，落粉管上有闸板、第一锁气器，磨煤机连接煤粉分离器，煤粉分离器出口经煤粉分配器分成两路：一路经第一阀门和煤粉混合器连接燃烧器；另一路经第二阀门汇合吸潮管连接细粉分离器；细粉分离器上端设有第一防爆门，细粉分离器下端经第二锁气器连接煤粉仓，煤粉仓有吸潮管连接细粉分离器进口管道，细粉分离器上端出口连接排粉风机，排粉风机出口分两路：一路至磨煤机进口落粉管中，为再循环管，管上挡板为热气再循环风门；另一路由乏气风箱分配后经乏气去燃尽风喷嘴阀门连接燃尽风喷嘴，煤粉仓下端连接给粉机，给粉机连接煤粉混合器；一次风机出口分两路，一路经过三分仓空气预热器，再分两路，一路经第四阀门连接一次风箱，分配后经第三阀门连接第一阀门和煤粉混合器中间段管道，另一路经第六阀门、第八阀门与磨煤机连接；一次风机出口另一路未经三分仓空气预热器，又分两路，一路经第五阀门连接一次风箱，另一路经第七阀门连接第六阀门、第八阀门中间段管道。
3.如权利要求1所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统，其特征在于，细粉分离器、煤粉仓分别有2个，且分别位于前后墙布置，A磨、B磨、C磨一路连接锅炉前墙燃烧器，另一路连接前墙细粉分离器，细粉分离器下端连接前墙煤粉仓，上端经乏气风箱分配后连接前墙各燃尽风喷嘴；D磨、E磨、F磨一路连接锅炉后墙燃烧器，另一路连接后墙细粉分离器，细粉分离器下端连接后墙煤粉仓，上端经乏气风箱分配后连接后墙各燃尽风喷嘴；
煤粉仓下端有18个煤斗，每个煤斗连接1台给粉机，共18台给粉机，分别与18个煤粉混合器连接。
4.如权利要求1所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统，其特征在于，为避免煤粉堆积堵塞，第三阀门所在一次风管道端口应尽量与第一阀门所在位置接近；
粉仓的总有效容量按照机组20％～100％负荷范围变化过程中锅炉所需燃料量设置，以660MW超临界机组，5％/min变负荷速率为例，考虑到安全裕度，大约需150t的总有效储粉容量，前后墙煤粉仓容量为3:2，也即前墙煤粉仓储粉容量约90t，后墙煤粉仓有效储粉容量为60。
5.一种应用于权利要求1～3任意一项所述燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法，其特征在于，采用顺序控制方式精确地管理粉仓系统的投切过程；通过明确的启动和停止的允许条件以及对应的顺控步序，确保了在高变负荷速率运行下，制粉系统能够高效、稳定地满足燃煤机组的需求，同时提高了系统的安全性和响应速度；该方法通过对不同阀门和设备的精细控制。
6.如权利要求5所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法，其特征在于，以顺序控制方式对粉仓系统投切过程控制，具体为：
步骤一，粉仓系统启动顺控：
允许条件：
(1)变负荷指令来；
(2)细粉分离器、给粉机、排粉风机停止工作；
(3)煤粉仓粉位正常；
(4)第二阀门全关；
(5)第三阀门全关；
(6)热气再循环风门全关；
(7)第一阀门全开；
启动顺控步序：
(1)开乏气去燃尽风喷嘴阀门；
(2)热气再循环风门投自动；
(3)启动排粉风机；
(4)启动细粉分离器；
(5)开给粉机出口阀门；
(6)启动给粉机；
(7)第二阀门开度设定为100％；
(8)第一阀门开度设定为0；
(9)第三阀门投入自动；
(10)顺控完成；
步骤二，粉仓系统停止顺控：
允许条件：
(1)无变负荷指令；
(2)给煤机给煤量稳定且匹配总燃料量指令；
停止步序：
(1)第二阀门开度设定为0；
(2)第一阀门开度设定为100％；
(3)停给粉机；
(4)第三阀门切手动，且开度设定为0；
(5)停细粉分离器；
(6)停排粉风机；
(7)关热气再循环风门；
(8)关乏气去燃尽风喷嘴阀门；
(9)顺控完成。
7.如权利要求5所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法，其特征在于，煤粉仓的粉位控制方法为：在稳定工况下，当粉位反馈低于粉位低限时，通过控制第二阀门的开度进行储粉；保证在需要进行负荷变动，转由粉仓供粉的情况之前，有足够的粉仓存储余量响应机组的变负荷全过程；具体控制逻辑为，在稳定负荷工况下，三个煤粉仓粉位测点通过中值选择器得到煤粉仓粉位反馈，并将其与粉位设定值的差值通过折线函数得到第二阀门的开度指令，经过速率限制后传至执行机构；若粉仓粉位反馈值高于设定的上限值，则第二阀门开度指令切换至常数值0，即关闭第二阀门。
8.如权利要求5所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法，其特征在于，若由于工作磨煤机最大出力限制，已无多余出力向煤粉仓储粉，可由未工作的磨煤机进行储粉操作；
给煤机给煤量控制方法为：给煤机给煤量经滞后后再与热风再循环煤量相加得到磨煤机出口煤量；将磨煤机出口煤量乘以第二阀门的开度形成的修正系数，得到磨煤机出口去一次风粉管煤量，若处于变负荷，给粉机自动的情况，则不用乘以该系数；磨煤机出口去一次风粉管煤量与磨煤机出口煤量的差值再乘以细粉分离器分离系数即得乏气中所带煤粉量；乏气中所带煤粉量乘以乏气去燃尽风喷嘴阀门与热气再循环风门开度形成的修正系数得到乏气去燃尽风喷嘴煤粉量，乏气中煤粉量与乏气去燃尽风喷嘴煤粉量的差值即热风再循环煤量；磨煤机出口去一次风粉管煤量、乏气去燃尽风喷嘴煤量、燃油折合煤量三者之和再乘以煤质修正系数后得到实际总燃料量；锅炉主控来的总燃料量指令作为设定值与实际燃料量进行比较，其偏差经PID运算、手动/自动站后，形成并行控制给煤机转速的燃料主控指令，考虑到投入自动的给煤机台数不同，造成控制回路的控制增益不同，将给煤机自动台数通过两个不同的折线函数得到不同的PID控制器的比例增益和积分时间。
9.如权利要求4所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法，其特征在于，给粉机转速的控制方法为：给煤机给煤量经滞后后再与热风再循环煤量相加得到磨煤机出口煤量；将磨煤机出口煤量乘以阀门与阀门的开度关系形成的修正系数，依此得到磨煤机出口去一次风粉管煤量，乏气去燃尽风喷嘴煤粉量、热风再循环煤量的获得同上文给煤机给煤量控制回路；将磨煤机出口去一次风粉管煤量、乏气去燃尽风喷嘴煤粉量、给粉机给煤量以及燃油折合煤量四者之和乘以煤质修正系数得到实际去燃烧器的燃料量；将总燃料指令作为设定值，与实际燃料量做比较后经PID运算、限速后得到给粉机的转速指令；同样考虑到给粉机的自动台数不同，需要对PID控制器的比例增益和积分时间做修正；当粉仓系统切除顺控指令来或煤粉仓粉位达到低限值时，给粉机转速指令切换至0。
10.如权利要求4所述的燃煤机组高变负荷速率运行的制粉系统控制方法，其特征在于，一次风粉管中一次风量控制通过调节第三阀门实现，其控制方法为：磨煤机出口去一次风粉管煤量、给粉机给煤量二者之和经函数器转换为一次风粉管一次风量需求设定值，与一次风粉管实际风量进行比较后经PID运算、手动自动切换器、限速后得到第三阀门开度指令，为提高阀门开度响应速度，将第一阀门开度反馈作为PID控制器的前馈。
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| CN117823934A (zh) * | 2024-01-03 | 2024-04-05 | 南方电网电力科技股份有限公司 | 一种用于直吹式燃煤机组的制粉系统及其监测控制方法 |
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2023
- 2023-08-31 CN CN202311130948.4A patent/CN117160654A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117823934A (zh) * | 2024-01-03 | 2024-04-05 | 南方电网电力科技股份有限公司 | 一种用于直吹式燃煤机组的制粉系统及其监测控制方法 |
| CN117823934B (zh) * | 2024-01-03 | 2024-07-12 | 南方电网电力科技股份有限公司 | 一种用于直吹式燃煤机组的制粉系统及其监测控制方法 |
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