镇海电厂#5炉制粉控制系统改造及优化

丁永君

浙江浙能镇海发电有限责任公司 

摘要：通过对制粉优化控制系统的改造，使系统与DCS系统联合实现了制粉系统的程控启动及停运过程。DCS内实现电机的启停、三次冷风门、三次风门、混合风门联动，实现冷风门、热风门及给煤机的调节。提高了制粉系统的煤粉出力及粗、细的品质，减少了堵粉现象的发生。

关键词  制粉系统  优化控制  

1、存在的技术问题

燃煤式火力发电厂中储式制粉系统一直是此类型发电厂的耗电大户，也是发电厂最有节省人力潜力及节电潜力的主要辅机之一。多年来各电力设计、调试、运行、检修单位都围绕中储式制粉系统的自动投入及降耗、减少运行人员劳动量等做了很多的工作，通过投制粉系统自动、制粉系统特性指标试验、小指标竟赛等多种方式来降低制粉单耗，也取得了一些实效，但都存在自动投入不理想、人员劳动强度不能有效降低等问题，对发电厂的减人增效帮助不大。由于中储式制粉系统的磨煤机工作的特殊性，磨煤机的最佳出力并不是一个恒定值，它与磨煤机内钢球量、煤的可磨性、煤的颗粒大小、煤的湿度变化、环境温度变化等都有关系。相应的这些条件变化后磨煤机的最佳进出口差压，最佳制粉出力也会发生变化。即使运行人员非常认真负责的精心操作，制粉系统最终也很难在最佳出力下运行，所以需要一种能够自动寻找制粉系统最佳出力的制粉控制系统，用以稳定的提高制粉系统的制粉单耗指标（而非由人员经验及责任心决定的，不稳定的指标），减轻运行人员的劳动强度，改善锅炉燃烧。

我厂机组为国产200MW机组，其制粉系统采用2套中储式球磨机制粉系统。 我厂机组安装和利时MACSII集散控制系统。但在DCS系统中没有成熟的中储式球磨机制粉控制系统，制粉系统还是维持人工操作，制粉系统效率得不到提高，现其主要技术经济指标和功能如表1。而制粉系统如实现智能专家控制能够自动寻找制粉系统最佳工况，它能保证制粉系统最大化的迫近最佳工况，它能够在运行中根据煤质变化及各种参数的变化自动寻找制粉系统的最佳差压，最佳出粉量（与给煤机给煤量对应，煤质等条件变化时此值会相应变化）等，减轻人员劳动强度，并且使煤粉的细度均匀性提高，同时也使制粉效率大大高于人工操作。

序号	指标（参数）名称	数值（量）	备     注
1	制粉用电单耗占发电量比例	1.2-1.6%	2006年1月/2006年7月
2	自动投入率%	0	无自动

因此需要在其系统上增添中储式球磨机智能专家控制系统，实现制粉系统的自动控制和优化控制。智能专家控制系统投入运行时，可提高制粉系统的煤粉细度均匀度，从而提高燃料燃烧效率，减少飞灰含炭量；并可减少大颗粒飞灰对锅炉管道的冲刷，从而提高锅炉管道寿命，有效的提高制粉系统的经济性能，提升我厂的竟争力。

2、改造方案

2.1  DCS的网络结构：

#5机组DCS系统系统网络采用工业冗余以太网方式，通讯规程符合IEEE802.3（Ethernet 以太网），星形网络结构，传输速率100Mb/s，主要由17对主控单元，2台服务器，5台操作员站，1台工程师站，1台通讯站，这些设备以服务器为中心，均与服务器通讯完成数据交换。通讯网络是冗余的，而且不管任何一个节点发生故障不会影响其他节点的工作。DCS与外部控制系统的通信采用通讯站来实现，通讯过扩展串口采用MODBUS协议进行通信。

2.2  MECS系统的结构：

MECS系统由一台独立的计算机组成，对外的接口为一个标准的MODBUS通讯端口，系统通过此接口接收和发送数据，在系统主机内运行通讯程序，组态程序，运算程序，优化程序等。

图一:

在每台磨煤机现场安装一台磨煤机负荷探头，负责测量磨煤机内相对存煤量，它所输出的信号通过硬接线进入DCS，再通过与通讯站的通信送入MECS系统。

MECS系统通过原设置的通讯站与#5机组DCS进行通讯，完成数据的交换工作,完成对制粉系统给煤机、热风门、再循环风门、冷风门的自动控制功能，和制粉系统的一键程控启停功能。

3、系统调节方法及原理

MECS智能制粉专家优化控制系统采用模糊控制和神经网络控制作为基本的调节手段，通过对系统给煤机煤量、热风门开度、冷风门开度进行调节，稳定制粉系统的出口温度、磨出入口差压、磨入口负压、磨煤机负荷，并使之达到最佳运行效果。系统内对磨煤机负荷和磨煤机差压实现了设定值的自动优化，可以根据制粉系统运行情况找出最佳的负荷和差压设定值，使系统运行在最佳工作状态。其调节可分为风量调节和给煤调节：

1）       系统风量调节：调节热风门开度、磨煤机再循环风门开度稳定系统磨入口负压、磨出口温度。利用解藕调节方式，反向调节热风门和磨煤机再循环风门控制磨负压，同向调节热风门和磨煤机再循环风门控制磨出口温度，在磨煤机再循环风门关闭后，系统热风门主要控制磨入口负压。提高磨温度定值，可加大制粉系统干燥出力。在磨出口温度大于85℃时，冷风门自动参与温度调节。

2）       系统给煤调节：系统给煤量调节对系统负荷、差压和磨出口温度的稳定都有关键的影响。系统煤质的不同，磨内钢球量多少，都会对系统给煤操作产生影响。系统给煤调节的主要目的为：

（1）磨内存煤量控制（负荷控制）：磨煤机的存煤量通过磨煤机电流和磨煤机噪声体现，本系统通过磨煤机噪声和电流计算出一个综合的磨煤机负荷值，其最大磨电流对应50%负荷，在最大磨电流的空磨方以噪声负荷测量为主，噪声增大负荷减少；在最大磨煤机电流的满磨方以磨电流为主，降低16A电流时对应负荷值为100%。给煤调节是使负荷稳定并趋近定值。

（2）磨温度调节：通过给煤量调节，使磨出口温度稳定，并保持系统小于磨出口温度定值5℃以上。在磨出口温度小于定值5℃后，将通过减少给煤量保证磨出口温度。

（3）磨出入口差压调节：磨出入口差压的稳定和数值大小是系统制粉效率的重要指标，当差压过小，系统风流中含粉量较小，制粉效率较低；当差压过大，系统通风量减小，制粉效率下降，其最佳磨出入口差压因煤质不同有所不同，一般应在1.5.0kPa—4.5kPa之间。本系统的差压定值为差压上限定值，在磨出入口差压大于此值时，通过减少给煤量控制差压。

4．改造实施

制粉专家优化控制系统包括：磨煤机专用负荷探头、磨煤机专用负荷变送器、控制站计算机、专家系统组态软件、专家系统控制软件、专家系统通讯软件、程控系统软件。

在甲、乙磨煤机的落钢球侧，各安装一只负荷传感器，并将信号接入DCS，通过观察#5炉MECS系统内负荷探头送来的的4-20mA信号是否随磨煤机的启停及调节而变化，确认其是否正常工作。

在系统主机上运行通讯程序，在DCS系统的通讯站上运行对应的通讯程序，检查系统与DCS侧的数据是否一一对应，并检查通讯站上其它的通讯软件是否运行正常，正常情况下各程序应互不影响。

在通讯建立正常后，即可将算法软件启动运行，通过组态软件检查组态的正确性和运算正确性。必要时修改控制算法。

以上调试完成后，可以要求运行人员逐一试投入热风门，循环风门，冷风门，给煤机自动，观察运行情况，修改相关的参数。

在调试期间，运行操作人员注意监视制粉系统运行参数，在系统正常情况下尽量投入自动以方便调试人员观察各种调节过程，系统不能维持运行应及时联系调试人员处理，必要时可以撤出相关的设备自动。

5．改造后效果：

项目改造后，提高机组经济效益：#5炉制粉系统优化控制改造后，甲、乙磨煤机电流共下降10*2=20A。其中1A电流按：6000*1.732*0.82/1000≈8.5kwh；6000V辅机每下降1A电流，节电8.5度计算：20A电流（双制），每天20小时计，月节电10.2万度。根据可靠性统计：6月份甲、乙磨煤机共运行：720*2-910=530小时；节电530*10*8.5=4.505万度。

操作员劳动强度大幅下降、煤粉细度合格率提高特别是均匀度大幅度提高、磨煤机钢球消耗量下降20%以上、磨煤机噪声大幅度下降、磨煤机钢瓦消耗大大下降从而延长磨煤机大修周期30%以上、制粉系统运行安全性大幅度提高不跑粉不冒粉。

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