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 张小辉,张志军,程荣新

1  概述
我国很多火力热电厂中的制粉系统采用中储式制粉系统，此系统按送粉方式分为热风送粉和乏气送粉两类。
中储式制粉系统包括：给煤机、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器、排粉机、磨煤机入口热风门、磨煤机入口冷风门、排粉机入口风门等设备。
给煤机把经过预处理煤从煤仓中给到磨煤机中；磨煤机一般采用钢球磨煤机，钢球磨煤机靠磨煤机内的钢球与煤的撞击、挤压、研磨将煤块磨成煤粉；粗粉分离器把不符合粒度要求的颗粒再返回到磨煤机内再处理；细分离器是把煤粉与气体分开，输出合格煤粉；合格煤粉进入粉仓以备后用。整个过程一般采用排粉机作为动力源，磨煤机为主要控制调节对象，所以中储式制粉系统一般采用负压运行方式，对磨煤机进行控制调节。制粉工艺图（如图1）所示。
2  工艺要求及特点
(1)  工艺要求
?  燃烧提供合格的燃料（细度、温度、水份）；
?  磨制合格的煤粉，适应锅炉负荷变化的要求，维持粉仓内粉位在一定范围内；
?  保证制粉系统相关设备安全、经济正常运行。
(2)  工艺特点
?  多因素影响的强耦合的多输入多输出调节系统；
?  波动大的大容量、大滞后的响应特性；
?  是相对独立的多控制对象的控制系统。
3  控制调节要求及分析
中储式制粉系统的调节要求就是要满足系统的工艺要求。
(1)  中储式制粉系统的调节回路的主要目的是为燃烧提供合格的燃料。
在一般情况下，通风量的大小影响风携带粉量和磨煤机的出力。通风量太小，携带出的粉量很小，磨煤机出力小；通风量太大，粗粉分离器的回粉量增大，造成系统内循环量大，增大磨损，加大电耗。
 

图1  中储式制粉系统工艺图

由经验公式可以得到气体流速与煤粉细度的对应公式(1)。
               

    （1）

     其中R90为煤粉颗粒通过90mm筛孔的百分含量；Kd为系数；Wa为磨煤机出口气体流量；Fd为磨筒通流面积；rm为磨煤机出口气体密度。由此可以通过控制磨煤机出口风量来控制磨煤机出口煤粉颗粒粒度。
而由伯努利方程可以推导出式(2)：   

   (2)

       其中△P为磨煤机出入口压差；K1、K2为空气、磨煤机存煤的阻力系数；Mm为磨煤机存煤量。从此公式可以得到磨煤机出入口压差与磨煤机出口气体流量的对应关系。
煤粉的水份与煤粉的温度有关，而煤粉的温度可以从能量守恒方程推导、简化为式(3)：
     (3)

      其中Wf、Wg、Cg为磨煤机出口煤量、入口煤量、煤比热；Wlk、Wrk、Ck为进入磨煤机的冷风量、热风量、空气比热；t1、tlk、trk、tg为磨煤机出口温度、磨煤机进口冷风温度、磨煤机进口热风温度、磨煤机入口煤的温度。
由此可知，通过冷、热风的配比调节能完成磨煤机出口温度的调节。
(2)  磨煤机控制的要求
?  确保磨煤机安全、经济正常运行；
?  确保制粉系统辅机的安全运行；
? 保护设备、减轻操作工的劳动强度；
要满足中储式制粉系统的控制要求，可分下面功能组来完成：
A  磨煤机的启动子功能组
建立磨煤机的润滑油系统的磨煤机需要的正常油压、油温，备用油泵投入联锁；投入制粉系统联锁，开磨煤机入口冷风门；排粉机启动正常运行后，开磨煤机入口热风门，关磨煤机入口冷风门，保持磨煤机入口一定负压，进行暖磨；调节磨煤机入口热风门，当磨煤机出口温度达到一定值时，启动磨煤机。
B  磨煤机的停止子功能组
停止给煤机；切除制粉系统联锁；停磨煤机；先关热风门，再关冷风门。
C  磨煤机跳闸保护
磨煤机跳闸保护的条件：磨煤机本身保护动作（油温、油压），制粉系统跳闸，MFT动作；磨煤机跳闸保护的动作：停磨煤机，关热风门，开冷风门。
(3)  为了实现磨煤机的上述控制调节功能需监视测点及相关设备
?  磨煤机润滑油子系统：两台润滑油泵、油温、油压、磨煤机轴瓦回油温度；
?  磨煤机相关风门：总风门、冷风门、热风门、再循环风门；
?  磨煤机本体测点：磨煤机开关状态、磨煤机电机断线、磨煤机电机保护、磨煤机前后瓦温、磨煤机前后轴温、磨煤机电机轴温、磨煤机电流；
?  磨煤机工艺参数：磨煤机入口负压、磨煤机压差、磨煤机出口温度、磨机入口温度。
?  负压系统：乏气管负压、粗分出口压力、排粉机入口风压、粗分出口温度、细分入口温度、排粉机入口温度、再循环乏气温度、排粉机入口温度、排粉机电流。
4  磨煤机具体调节回路实现
(1)  磨煤机负荷调节
因为目前给煤量、制粉量在电厂很难测量，并且影响磨煤机负荷的因素较多，这些给磨煤机负荷调节带来困难。

图2  磨煤机负荷调节系统

在磨煤机负荷调节中给煤量采用（磨煤机入口负压-磨煤机出口负压）/（磨煤机出口负压-排粉机入口负压）的综合信号作为被调量，PI控制器输出控制给煤量（给煤机转速），保证磨煤机在变负荷的工况下正常运行，控制方案如图2所示。但从节能角度考虑，磨煤机最好在额定工况下（设计工况）工作，即中储式制粉系统中的磨煤机采用定负荷工作方式。
(2)  磨煤机入口负压调节
煤粉的细度是制粉系统的一个重要指标，磨煤机的风量（风速）是维持煤粉细度的重要参数，而影响磨煤机通风量的因素有排粉机出力、给煤量等因素。在正常条件下，采用磨煤机入口负压能大体反映制粉系统的风量。磨煤机入口负压调节采用PI-模糊控制模块组成的控制器的方法来完成调节控制。考虑到排粉机、给煤机运行情况的影响，加入补偿修正函数，这样加快了调节系统对过程的调节速度控制方案如图3所示。
 

图3  磨煤机入口负压调节系统

(3)  磨煤机出口温度调节
煤粉的干湿程度是煤粉安全输送、储藏的重要指标之一。煤粉的干湿程度可以用磨煤机出口温度来衡量。因为磨煤机出口温度反映滞后大、与磨煤机入口负压相耦合，这些给自动调节带来了困难，所以测量温度信号采用超前处理，控制器采用PI-模糊控制模块组成的控制器，考虑到给煤机运行情况的影响，加入补偿修正函数，这样加快了调节系统对过程的调节速度，控制方案如图4所示。
5  磨煤机具体控制回路实现
(1)  磨煤机启停
磨煤机的启动条件是润滑油温度正常；润滑油压力不低；排粉机运行；磨煤机润滑油泵联锁投入；制粉系统联锁投入。
(2)  磨煤机设备保护（如图5所示）
 

图4  磨煤机出口温度调节系统

图5  磨煤机设备保护联锁图

磨煤机设备保护的条件是润滑油压力低；磨煤机轴温高；排粉机跳闸；MFT动作。
(3)  辅助设备（冷风门、热风门）（如图6所示）
磨煤机跳闸开冷风门、关热风门。
 

图6  冷风门，热风门联锁图