劉明杰，任尚坤，何衛(wèi)國，魯永富

（華電章丘發(fā)電有限公司，濟南 250216）

1 鍋爐概況

華電章丘發(fā)電有限公司（以下簡稱章丘公司）＃2鍋爐為上海鍋爐廠制造的SG-435／13.7-M760超高壓中間再熱自然循環(huán)汽包爐，燃燒器為四角布置，分級配風(fēng)，燃燒方式為切向燃燒，采用鋼球磨煤機中間儲倉熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，鍋爐配置2臺MG-320／580筒式鋼球磨煤機，設(shè)計燃用貧煤，后改燒煙煤，其制粉系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 章丘公司 ＃2鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

＃2鍋爐制粉系統(tǒng)自投產(chǎn)以來一直為手動操作，給煤量及磨煤機入口冷風(fēng)門、熱風(fēng)門開度均為手動調(diào)整，存在以下弊端：一是運行人員需時刻監(jiān)視磨煤機壓差、出口溫度、電流等參數(shù)，勞動強度大；二是無磨煤機料位監(jiān)視手段，磨煤機出、入口壓差對磨煤機內(nèi)部真實料位反映不敏感，運行人員僅憑經(jīng)驗粗略判斷磨煤機內(nèi)料位情況，而且在實際操作中，影響磨煤機出、入口壓差的因素不僅包括存煤量，還包括通風(fēng)量、煤粉質(zhì)量濃度等因素，因此，磨煤機滿磨、跑粉等現(xiàn)象時有發(fā)生，磨煤機經(jīng)常處于低料位狀態(tài)，導(dǎo)致制粉出力偏低，磨煤單耗升高；三是磨煤機入口負(fù)壓波動大；四是磨煤機出口溫度隨給煤量、煤質(zhì)、負(fù)荷的變化而變化，且波動幅度大，不能實現(xiàn)精確控制，尤其在改燒煙煤后，磨煤機出口溫度偏高導(dǎo)致制粉系統(tǒng)存在爆炸風(fēng)險。

針對以上弊端，章丘公司與珠海市華遠(yuǎn)自動化科技有限公司共同研發(fā)了一套模擬量控制系統(tǒng)（MCS）遙測與自動控制系統(tǒng)，其工作系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)采用先進的磨煤機內(nèi)原煤料位測量技術(shù)，實現(xiàn)研磨區(qū)工況的靶向檢測，使用遙測振動分析技術(shù)，反映磨煤機內(nèi)真實料位，該測量方法比傳統(tǒng)的壓差測量料位法和電耳測量料位法更準(zhǔn)確，維護量更小。

圖1 ＃2鍋爐MCS遙測與自動控制系統(tǒng)

在該控制系統(tǒng)中，料位信號為優(yōu)化調(diào)節(jié)主信號，被穩(wěn)定控制在最佳設(shè)定值附近。入口負(fù)壓為安全保障控制信號，風(fēng)門開度必須保證入口負(fù)壓在設(shè)定的范圍內(nèi)，不能出現(xiàn)正壓跑粉現(xiàn)象。出口溫度要控制在一定范圍內(nèi)，一是保證磨煤機安全運行，二是維持合適的干燥出力。分離器入口負(fù)壓信號和壓差信號作為滿磨預(yù)警和保護信號進行控制，但不用于優(yōu)化控制。同時，系統(tǒng)能夠自動處理斷煤和飽磨等異常情況。

2 自動控制原理

2.1 磨煤機料位自動調(diào)節(jié)功能

磨煤機料位受系統(tǒng)通風(fēng)量、給煤量、水分、煤質(zhì)、鋼球裝載量、鋼球及波浪瓦磨損度等因素影響，因此，磨煤機料位調(diào)節(jié)的任務(wù)是在磨煤機入口負(fù)壓和出口溫度正常的前提下，始終保持最大給煤量，使磨煤機進煤、出粉始終保持平衡?？刂圃頌橥ㄟ^安裝在磨煤機筒體和軸承座上的2個振動采集器取得磨煤機料位主信號，將分離器出口負(fù)壓信號和磨煤機出、入口壓差信號加入磨煤機料位控制中，3路信號經(jīng)過系統(tǒng)綜合處理，發(fā)出指令控制給煤機的給煤量，實現(xiàn)磨煤機料位自動控制。正常工況下，磨煤機根據(jù)料位進行優(yōu)化控制，以最大出力為控制目標(biāo)，通過對料位的跟蹤調(diào)節(jié)實現(xiàn)長期、穩(wěn)定控制。

2.2 磨煤機入口負(fù)壓自動調(diào)節(jié)功能

制粉系統(tǒng)通風(fēng)量隨磨煤機存煤量、熱風(fēng)量、冷風(fēng)量及再循環(huán)風(fēng)量的變化而變化，無論何種原因引起系統(tǒng)風(fēng)量發(fā)生改變，磨煤機入口負(fù)壓自動調(diào)節(jié)功能始終能夠保持制粉系統(tǒng)進風(fēng)量和出風(fēng)量平衡。正常情況下，球磨機入口負(fù)壓一般控制在-350Pa左右，通過調(diào)節(jié)熱風(fēng)門實現(xiàn)磨煤機入口負(fù)壓自動控制。控制原理為把磨煤機入口負(fù)壓目標(biāo)值設(shè)為定值，磨煤機入口負(fù)壓反饋值作為跟蹤信號，通過調(diào)節(jié)熱風(fēng)門、冷風(fēng)門和再循環(huán)風(fēng)門開度，來減小磨煤機入口負(fù)壓目標(biāo)值和反饋值之間的偏差。入口負(fù)壓實際設(shè)定值根據(jù)出口溫度進行修正，溫度升高后增大負(fù)壓設(shè)定值，以減小熱風(fēng)門開度。

圖2 斷煤情況下鍋爐自動調(diào)整曲線

2.3 磨煤機出口溫度自動調(diào)節(jié)功能

制粉系統(tǒng)出口溫度隨給煤量、磨煤機料位、熱風(fēng)量、冷風(fēng)量、再循環(huán)風(fēng)量及煤的干／濕度的變化而變化。出口溫度自動調(diào)節(jié)功能能夠保證磨煤機出口溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)冷、熱風(fēng)門擋板開度，實現(xiàn)磨煤機出口溫度自動控制。控制原理為把磨煤機出口溫度目標(biāo)值設(shè)為定值，磨煤機出口溫度作為跟蹤信號，通過調(diào)節(jié)冷、熱風(fēng)門開度，來減小出口溫度目標(biāo)值和反饋值之間的偏差。出口溫度高于設(shè)定高限值后開冷風(fēng)門，同時適當(dāng)增大入口負(fù)壓設(shè)定值，減小熱風(fēng)量。

3 異常工況自動控制原理

3.1 斷煤工況的自動控制

當(dāng)發(fā)生斷煤時，給煤量低于5 t／h且持續(xù)10 s后，熱風(fēng)門平穩(wěn)關(guān)小到20%，冷風(fēng)門開到100%；如出口溫度高于72℃，熱風(fēng)門平穩(wěn)關(guān)小到20%，冷風(fēng)門開到100%，保證出口溫度在安全范圍內(nèi)。斷煤工況消除后或出口溫度低于72℃后，熱風(fēng)門由于對入口負(fù)壓進行跟蹤會逐漸恢復(fù)到正常工況。

圖2是在給煤機斷煤情況下，磨煤機冷、熱風(fēng)門自動調(diào)整情況。從圖2可以看出，在給煤機斷煤時，冷、熱風(fēng)門能夠及時調(diào)整，保證磨煤機出口溫度不超出安全范圍。斷煤工況恢復(fù)后，自動振蕩過程僅需不到3min，鍋爐即可恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)。

3.2 飽磨工況的自動控制

當(dāng)料位高于設(shè)定值高限時，由于給煤機跟蹤料位信號，給煤量會自動減小，當(dāng)料位超過高高限（75%）時，給煤機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)減到0。當(dāng)粗粉分離器出口負(fù)壓低于-4.5 kPa時，給煤機轉(zhuǎn)速開始按比例降低，當(dāng)粗粉分離器出口負(fù)壓低于-4.8 kPa時，給煤機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)減到0。料位恢復(fù)到75%且粗粉分離器出口負(fù)壓恢復(fù)到-4.5 kPa以上時，給煤機轉(zhuǎn)速繼續(xù)跟蹤料位信號。

4 經(jīng)濟性分析

在對制粉系統(tǒng)進行運行參數(shù)全面優(yōu)化、磨煤機鋼球裝載量優(yōu)化、制粉系統(tǒng)出力試驗等工作的基礎(chǔ)上，MCS遙測與自動控制系統(tǒng)又投入了自動運行功能，并進行了制粉出力和單耗試驗，制粉出力最大可達42.55 t／h，制粉單耗為 23.21（kW·h）／t。2013年，章丘公司全年制粉單耗為33.53（kW·h）／t，以2013年＃2鍋爐年耗原煤21.66萬t計算，改造后年節(jié)約廠用電（33.53-23.21）×21.66×104÷1 000=2235.3（MW·h），廠用電價以 0.45元／（kW·h）計算，改造后年節(jié)約費用2 235.3×1 000×0.45÷10000=100.59（萬元）。該自動控制系統(tǒng)總投資100萬元，而僅制粉單耗一項，一年即可減少100多萬元的廠用電費用，僅1年即可全部收回成本，再考慮制粉系統(tǒng)鋼耗的減少以及對鍋爐燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的貢獻，該自動控制系統(tǒng)具有較大的推廣價值。

5 取得的效果

MCS遙測與自動控制系統(tǒng)投運后，自動調(diào)節(jié)穩(wěn)定，機組始終在最佳工況下運行，極大地降低了運行人員的勞動強度，改變了機組長期以來持續(xù)低料位運行的現(xiàn)象，提高了制粉系統(tǒng)的出力，降低了制粉單耗，減小了鋼球和襯板的磨損，降低了鋼球磨煤機系統(tǒng)鋼耗，穩(wěn)定的磨煤機料位提高了煤粉細(xì)度合格率，改善鍋爐燃燒工況。

MCS遙測與自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對磨煤機內(nèi)料位的精確檢測和人性化多參數(shù)顯示，方便運行人員快速、直接了解磨內(nèi)運行狀態(tài)；高精度的磨煤機內(nèi)狀態(tài)顯示與報警功能可以避免發(fā)生磨煤機堵塞、斷煤等危害制粉系統(tǒng)運行安全的現(xiàn)象，提高中儲式磨煤機制粉系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和安全性；更加細(xì)化的自動化控制系統(tǒng)大大提高了料位控制水平和中儲式磨煤機制粉系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性，并提高了燃燒系統(tǒng)和整個鍋爐機組運行的穩(wěn)定性。