林 濤 ，件華南 ，張 巖

（1.華能嘉祥發(fā)電有限公司，山東 濟(jì)寧 272400；2.山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002；3.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

在燃煤發(fā)電機(jī)組中，對磨煤制粉、高速旋轉(zhuǎn)的雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)內(nèi)部料位的檢測和控制非常重要，料位的檢測及控制直接關(guān)系到磨煤機(jī)出力率狀態(tài)，機(jī)組的運(yùn)行安全和效率、效益的提高，及節(jié)能減排等電廠經(jīng)營目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1-2]。鑒于運(yùn)行中的磨煤機(jī)內(nèi)部的鋼球、原煤、煤粉等實(shí)體和非實(shí)體物資都是旋轉(zhuǎn)的工作特性，對雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的料位測量，通常采用以“旋轉(zhuǎn)容器里氣體壓力隨實(shí)體物質(zhì)增減而變化”為檢測原理的微差壓檢測裝置[3-5]。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展，及對機(jī)組AGC控制指標(biāo)逐步提高，部分機(jī)組存在雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的料位控制不能滿足或制約機(jī)組AGC控制要求的現(xiàn)象，并且往往有以下原因造成：使用的微差壓料位檢測裝置存在缺陷或不滿足磨煤機(jī)的工作特性；燃料的煤質(zhì)變化較大且現(xiàn)有控制方案不具相應(yīng)魯棒性。

1 存在問題

嘉祥電廠2號機(jī)組采用亞臨界壓力、一次中間再熱、汽包型SG1036/17.50-M882燃煤鍋爐，制粉系統(tǒng)型式為冷一次風(fēng)正壓直吹式、雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，兩臺磨煤機(jī)同時(shí)投運(yùn)滿足鍋爐BMCR工況設(shè)計(jì)煤種耗煤量110%的要求。

在煤質(zhì)較好、煤種變化不大工況下，該機(jī)組磨煤機(jī)料位檢測和控制的整體效果，基本滿足生產(chǎn)運(yùn)行的需要。但隨著電網(wǎng)對該機(jī)組AGC投用率的增加，該磨煤機(jī)的料位控制暴露出諸多問題或缺陷。

磨煤機(jī)料位測量缺陷：①料位裝置控制柜內(nèi)管路為卡套式連接方式造成漏點(diǎn)多，且在線較難檢修。②測壓管探針保護(hù)套易受鋼球損壞（砸掉、砸彎），嚴(yán)重影響測量精度。③密封風(fēng)箱外側(cè)兩根輸入檢測管路設(shè)計(jì)缺陷（缺少閥門），造成清掃氣流削弱，影響工作效果。④調(diào)節(jié)閥的閥芯已磨損嚴(yán)重，影響單回路調(diào)節(jié)儀的壓力控制效果。

DCS系統(tǒng)料位控制缺陷：①料位測量失準(zhǔn)影響DCS料位控制及負(fù)荷控制的能力和效果。②煤質(zhì)變化較大時(shí)，DCS控制負(fù)荷精度及響應(yīng)等指標(biāo)不可控或失準(zhǔn)。

以上缺陷在AGC投入時(shí)問題得到放大，嚴(yán)重影響AGC調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度、響應(yīng)時(shí)間的指標(biāo)，阻礙了機(jī)組AGC投入。

2 改進(jìn)優(yōu)化

經(jīng)過對2號機(jī)組磨煤機(jī)料位控制缺陷的長期考察和研究，及結(jié)合磨煤機(jī)特點(diǎn)，對2號機(jī)組磨煤機(jī)差壓料位進(jìn)行改造優(yōu)化：將料位測量裝置更換為適合磨煤機(jī)工作特性的YCCH微差壓檢測裝置；對DCS磨煤機(jī)料位控制邏輯方案進(jìn)行相應(yīng)更改優(yōu)化。

2.1 料位檢測裝置改進(jìn)

2.1.1 YCCH裝置工作特點(diǎn)

通過對2號機(jī)組原料位裝置存在缺陷分析，從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性出發(fā)，有針對性的將原料位測量裝置改進(jìn)優(yōu)化為YCCH微差壓檢測裝置。

功能結(jié)構(gòu)。YCCH測量裝置為微差壓檢測裝置（圖1），按功能結(jié)構(gòu)劃分為四個(gè)子系統(tǒng)：①PID壓力控制子系統(tǒng)，由調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)儀、壓差變送器、孔板1、儲氣緩沖罐組成。②檢測氣流產(chǎn)生和輸出子系統(tǒng)，由孔板1、孔板2、輸送管路、上探針 P1、下探針P2組成。③磨煤機(jī)筒體內(nèi)壓力監(jiān)測前饋?zhàn)酉到y(tǒng)，由輸送管路、上探針P1、孔板1、壓差變送器、調(diào)節(jié)儀組成。④檢測示值子系統(tǒng)，由壓差變送器（圖中用壓差高度示管表示）、管路組成。

圖1 YCCH差壓料位功能結(jié)構(gòu)

測量機(jī)理。通過磨煤機(jī)內(nèi)部料位兩側(cè)上下設(shè)置的四個(gè)探頭采集即時(shí)的空氣壓力差值 （P1-P2），由壓差數(shù)據(jù)△P模擬量化出磨煤機(jī)制粉厚度。

壓力控制。微差壓料位裝置檢測壓力控制（PLC程控）是決定料位測量準(zhǔn)確的關(guān)鍵所在；YCCH測量裝置具有應(yīng)對煤質(zhì)變化壓力控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：①壓力設(shè)定值可調(diào)整性，為應(yīng)對檢測壓力與煤質(zhì)變化不匹配常見問題，YCCH裝置設(shè)有用戶自修改的壓力定值（1.0～2.0 kPa）功能權(quán)限，來防止“檢測壓力值過高、流速過大致釋放噴坑，而造成的測量精度失準(zhǔn)”現(xiàn)象。②壓力設(shè)定值靜態(tài)穩(wěn)定性，YCCH裝置上下探針在同一壓強(qiáng)下，達(dá)到孔板兩端壓差值的偏移量小于設(shè)定值的高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)（±0.5%）。③壓力設(shè)定值靜態(tài)響應(yīng)同步性，YCCH裝置具有較高靜態(tài)響應(yīng)速度指標(biāo) （孔板兩端壓差值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，振蕩次數(shù)≤6；時(shí)間≤40 s）。

2.1.2 YCCH裝置安裝調(diào)試

根據(jù)2號機(jī)組磨煤機(jī)工作特點(diǎn)，按震動小、粉塵少、水平基座、防潮的裝置安裝要求，對YCCH裝置進(jìn)行管路和裝置布置設(shè)計(jì)。

按“裝置外形及外接管路連接”的設(shè)計(jì)，用經(jīng)檢查確定無探傷、無堵塞、無漏點(diǎn)的金屬管作為儀表空氣管、壓縮空氣管、測量空氣管，連接裝置柜體接口管路；并進(jìn)行管路焊接嚴(yán)密性、打壓測試、清理雜質(zhì)異物、無空氣泄露實(shí)驗(yàn)（用肥皂水）等重點(diǎn)工作。

配置電源線和數(shù)據(jù)線，連接柜體中電控箱的端子至DCS系統(tǒng)接口信號。

對YCCH檢測裝置的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和核查。

對YCCH裝置與DCS系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合功能調(diào)試，并對吹掃工作、吹掃風(fēng)欠壓、料位等信號進(jìn)行重點(diǎn)核查和試驗(yàn)。

2.2 DCS料位控制方案優(yōu)化

對磨煤機(jī)料位YCCH裝置的安裝調(diào)試完成后，依照前期分析和經(jīng)驗(yàn)積累，針對煤質(zhì)變化造成負(fù)荷控制響應(yīng)慢、控制精度差的問題，對DCS料位控制方案進(jìn)行優(yōu)化。

具體方案：用機(jī)組負(fù)荷指令作為料位調(diào)節(jié)器的前饋指令，超前調(diào)節(jié)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來快速地響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化的需要。

由DCS磨煤機(jī)A1料位控制優(yōu)化組態(tài) （圖2）可見，DCS采集到Y(jié)CCH裝置檢測的料位信號，經(jīng)邏輯濾波等處理，與料位設(shè)定值的差值經(jīng)PID控制器運(yùn)算后，疊加機(jī)組負(fù)荷指令f（x）函數(shù)值，得出A1給煤機(jī)指令。此優(yōu)化方案設(shè)計(jì)用機(jī)組負(fù)荷函數(shù)運(yùn)算作為料位控制的前饋，確保了給煤機(jī)指令對負(fù)荷需求的快速響應(yīng)。

圖2 DCS磨煤機(jī)A1料位控制優(yōu)化組態(tài)

3 實(shí)施效果

3.1 YCCH裝置應(yīng)用效果

2號機(jī)組雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的YCCH裝置的使用，有針對性的解決了原料位測量裝置存在的缺陷，料位測量數(shù)值的準(zhǔn)確度得到提高，并且料位裝置檢修故障率明顯降低。①YCCH裝置控制柜測量管路為銅管螺紋連接方式，大大改善泄露故障率。②密封風(fēng)箱內(nèi)與中空管之間測量管的金屬軟管（原為橡膠管）連接，杜絕了滲漏發(fā)生。③壓力設(shè)定值可修正功能和高性能調(diào)節(jié)儀設(shè)計(jì)，通過適時(shí)跟蹤磨煤機(jī)壓力變化方式有效的保證料位測量的準(zhǔn)確性。④YCCH裝置自適應(yīng)間歇清掃設(shè)計(jì)，極好適應(yīng)2號機(jī)組燃料工況并保證了料位差壓信號的連續(xù)性。⑤YCCH裝置的管路設(shè)計(jì)符合2號機(jī)組磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并減少了管路檢修工作強(qiáng)度。

3.2 料位與負(fù)荷控制效果

在機(jī)組運(yùn)行期間，進(jìn)行負(fù)荷料位控制優(yōu)化效果的試驗(yàn)（圖3），從負(fù)荷擺動結(jié)果看，負(fù)荷函數(shù)前饋對料位控制作用顯著，給煤機(jī)接受負(fù)荷前饋響應(yīng)能及時(shí)控制出力，按負(fù)荷升降趨勢超前調(diào)節(jié)磨煤機(jī)料位；AGC工況下，料位控制未出現(xiàn)影響負(fù)荷控制現(xiàn)象，且AGC控制下的各項(xiàng)指標(biāo)皆達(dá)到優(yōu)秀水平。

圖3 優(yōu)化后負(fù)荷與料位歷史趨勢圖

4 結(jié)束語

通過對磨煤機(jī)差壓料位檢測裝置的改進(jìn)，磨煤機(jī)料位測量故障率和精度有了明顯改善。機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力得到顯著提高，在AGC投用工況下，調(diào)節(jié)性能指標(biāo)（AGC調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度、響應(yīng)時(shí)間等）都較好的滿足電網(wǎng)要求。試驗(yàn)和運(yùn)行考核表明，此次磨煤機(jī)差壓料位的優(yōu)化改進(jìn)能夠很好保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并達(dá)到了預(yù)期效果。