球磨机制粉系统的控制要求

导读:理论分析和实践经验表明，当制粉出力最大时，制粉的单位电耗也较小，因此保证球磨机内的存煤量尽可能接近最佳存煤量，是提高制粉系统经济性的关键，球磨机的存煤量一般主要通过调节给煤量来控制；2）为了提高球磨机的干燥能力，应该尽量提高干燥剂的温度，但是为了防止球磨机的煤粉爆燃，又应该保证球磨机出口温度不超过规定值，因此，要对球磨机的出口温度进行控制，一般主要通过调整热风门及冷风门的开度来控制；3）为了保证球磨机的最佳通风量，使得磨制好的煤粉随通风输送到煤粉仓，并防止煤粉泄漏，需要控制球磨机的入口负压，通常由再循环风门的开度来控制。

球磨机制粉系统的控制要求 1、球磨机制粉系统的控制要求 通过上面对球磨机制粉系统的分析，从经济性、安全性的角度出发，要求球磨机自动控制系统在安全运行的情况下，使磨出力达到最大，处于最佳经济运行工况，并避免在制粉过程中的满煤和跑粉等问题，对中储式球磨机制粉系统的控制要求是： 1）保证球磨机内的存煤量接近最佳存煤量。

理论分析和实践经验表明，当制粉出力最大时，制粉的单位电耗也较小，因此保证球磨机内的存煤量尽可能接近最佳存煤量，是提高制粉系统经济性的关键，球磨机的存煤量一般主要通过调节给煤量来控制； 2）为了提高球磨机的干燥能力，应该尽量提高干燥剂的温度，但是为了防止球磨机的煤粉爆燃，又应该保证球磨机出口温度不超过规定值，因此，要对球磨机的出口温度进行控制，一般主要通过调整热风门及冷风门的开度来控制； 3）为了保证球磨机的最佳通风量，使得磨制好的煤粉随通风输送到煤粉仓，并防止煤粉泄漏，需要控制球磨机的入口负压，通常由再循环风门的开度来控制。

此外，制粉控制系统还应当在球磨机运行工况变化时，具有较好的解耦能力，同时具有较强的鲁棒性，能适应多种工况运行，还要拥有可靠的安全保护和监控功能。

2、球磨机制粉系统的控制难点 通过对球磨机制粉系统的特性分析，可以得知制粉系统的回路之间是相互耦合的，相互影响的，再加上其大迟延、大惯性特性，还有各种干扰因素的影响，使得要实现制粉系统的自动控制是很困难的。

根据以往的设计实践表明，球磨机制粉系统的控制难点主要在于： 1）三个被控参数之间相互耦合严重：球磨机入口负压、出口温度和磨负荷三个被控参数反映的是球磨机筒体内工作状态的信息，但是由于筒体内存在的是气固两相流，并且由于测量手段的限制，以上三个被控参数之间存在着严重的耦合现象。

球磨机入口负压的变化将影响到热风量的变化，这会造成球磨机出口温度的变化，同时也会影响到球磨机的压差。

球磨机内原煤量的变化造成压差的变化，影响到入口负压的变化，同时由于需要干燥的原煤量的变化而影响筒体内吸热量的变化，这会使球磨机出口温度发生变化，如此复杂的相互耦合关系，使得球磨机常规的各自独立的三个控制回路在调节过程中相互影响，相互关联，产生共振，从而导致这三个控制回路难以找到稳定的工作点； 2）干扰因素多：球磨机入口负压、出口温度和磨负荷三个被控参数受到的干扰因素较多，在实际运行过程中不可能得到理论上的单输入输出的阶跃响应曲线。

干扰量主要有钢球载煤量、煤含水量、煤含灰量、冷/热风温度等，由于原煤水分、煤质（挥发分、灰分、可磨性等）的变化，以及钢球、衬板磨损等原因，不仅特性复杂，而且缓慢时变，使磨煤、干燥、输出力难以相互匹配。

在稳定工况下，当给煤量的输入是阶跃扰动时，压差的阶跃响应特性表现为无自平衡能力的对象特性，而在入口热风门开度，冷风门开度和再循环风门开度处给定阶跃扰动输入时，球磨机压差的响应表现为有自平衡能力的对象特性； 3）球磨机压差信号迟延大，曲线陡：球磨机中的原煤保有量是用压差信号测量的。

由于球磨机中钢球装载量大，在正常原煤保有量附近变化时，压差信号反应不大，特别是在小径网球量较大的情况下尤其如此，但是当原煤原有量大时，由于球磨机的流通载面减小，压差信号会急剧地变大，这在给煤量阶跃扰动时的压差曲线上反应得很明显。

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球磨机控制系统的总结与展望

球磨机控制系统的总结与展望 钢球球磨机作为主要的制粉设备之一，具有可磨煤种多、可靠性高、使用时间长、维护量小等优点，已广泛应用于国内外的火力发电厂中。

但是球磨机制粉系统是一个典型的多变量非线性时变系统，各控制量和被控量之间存在着相当严重的耦合，这些因素使得基于经典PID方法设计的控制方案多年来几乎没有一套能正常投入运行。

即使投入部分自动，也难以保证磨煤机处在最佳工况，即难以同时保证球磨机的出力大且制粉电耗低的要求。

所以长期以来，球磨机制粉系统一直采用人工手动控制。

因此如何有效地实现这一设备的自动控制和优化运行具有重要的理论意义和现实意义。

本文重点研究了以下几个球磨机方面的问题： 1、本文介绍了模糊控制的理论基础、模糊控制器的结构和原理及模糊控制器的设计过程。

简要介绍了球磨机制粉系统的工作原理，介绍了国内目前制粉系统控制的现状，简要介绍了模糊控制的历史和现状，以及模糊控制在电厂热工生产过程控制中的应用。

2、本文研究了球磨机制粉系统的对象特性及相关的动态数学模型。

研究了制粉系统由磨煤机热风门、冷风门、给煤量对磨煤机入品负压、出口温度和磨煤机负荷的阶跃响应特性，对制粉系统的多变量、强耦合的特性作了详细的分析。

3、根据制粉系统的具体特点，本文将它划分为几个相对独立的子系统。

由于热风量和冷风量对球磨机的入品负压和出口温度有显著的影响，因此，可以把这一过程视为一个2*2的多变量对象，二个输入量分别为热风调门开度和冷风调门开度，二个输出变量分别为磨煤机入口负压、出口温度。

针对这一多变量对象，设计了一个多变量模糊控制系统。

整个模糊控制系统分为二级，第一级是由两个模糊控制器组成，第二级则为模糊解耦算法，解除了多变量对象之间的耦合作用，得到最终的热风门、冷风门的开度指令。

用同样的方法还解决了排粉机入口负压和入口温度的控制问题。

4、由于球磨机的负荷是一个相对独立的系统，而该系统的最大问题是被调量无法精确测量，闭环控制系统无法正常工作。

针对这一特点，本章提出了一个基于制粉系统电耗最小的优化开环控制方法，从而不仅避开了对球磨机负荷的测量，从而确保了制粉系统工作在一个较节能的状态。

5、对于排粉机出口压力（锅炉一次风压力）的控制，应该说它是一个典型的单回路控制系统，但由于排粉机出口手动门的开关及倒风过程对排粉机出口压力的影响很大，而实际运行又要求排粉机出口压力要平稳，以避免锅炉燃烧不稳。

常规的PID控制系统难于满足实际的控制要求，据此，本文提出了模糊-PID复合型控制系统，有效地提高了控制系统的抗干扰能力，可确保排粉机出口压力在规定的范围内。

6、本文以山西热电厂#5机组制粉系统为例讨论了制粉系统的全程控启停的设计，山西热电厂球磨机制粉系统自程控启停功能投入以来，运行5个班组全部采用程控启停功能来启动或停止制粉系统的运行。

大大减少了运行人员的劳动强度，提高了制粉系统运行的安全性和可靠性。

本文对球磨机制粉系统的特性进行了详细的分析，对球磨机制粉系统的控制和优化运行提出了一些新颖的思路和方法。

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球磨机系统控制的复杂性和目标

球磨机系统控制的复杂性和目标 一、球磨机系统控制问题的复杂性 1、系统有多个控制量和被控量 从自动控制的角度分析，一般认为球磨机系统是一个三输入、三输出的多变量系统。

其输入变量为给煤量、热风量和冷风量。

被控变量为球磨机料位(负荷)、出口温度和入口负压。

由于料位难以直接测量，通常用进出口压差来表征和控制。

2、对象的强耦合性 筒内料位、入口负压和出口温度三个被控参数是反映球磨机筒体内工作状态的信息，但是由于筒体内存在的是气固两相流，并且由于受测量手段的限制，以上三个被控参数之间存在严重的耦合现象。

球磨机入口负压的变化将影响到热风量的变化，会造成球磨机出口温度的变化；同时干燥的原煤的变化而影响筒体内吸热量的变化，会使得球磨机出口温度发生变化。

如此复杂的相互耦合关系，使得球磨机系统的被控参数之间相互影响。

3、对象的大惯性和时滞 对象的大惯性、大滞后主要表现在：风门开度的变化到出口温度的变化，具有很大的惯性；给煤量指令的变化到球磨机出力的变化需要经过给煤机皮带、下降干燥管、筒体等多个环节，其中原煤的传输、煤粉的磨制过程都具有较大的惯性和延时。

4、对象的时变性和不确定性 机组负荷的变化、煤种及煤质的变化、筒体内钢球装载童的变化、钢球和护甲的磨损以及筒体连接处的漏风都会使得系统呈现慢时变性；给煤机、球磨机随着使用时间的增加、效率的下降，会造成给煤机转速与进入炉内的煤粉量之间存在不确定的对应关系，造成了对象的不确定性。

此外，球磨机系统的各被控量之间动态特性差异较大，这也是不利于控制的特性。

二、球磨机系统的优化控制目标 1、保证球磨机系统的安全稳定运行 球磨机系统首要的控制要求是保证系统的安全稳定运行，即将料位、出口温度和入口负压都控制在规定的范围之内。

控制球磨机入口负压的意义，在于使整个球磨机和制粉系统处于负压状态，防止煤粉外喷和球磨机的过大漏风。

前者要求球磨机负压不能太小，后者要求球磨机负压不可过大。

此外，球磨机将要出现堵煤时,入口负压会减小或变正，因此监督负压还可以防止球磨机堵煤。

一般球磨机负压控制在lOOPa～400Pa。

负压下限规定得较高，其目的是防止工况变化时，球磨机轴颈处向外喷粉而损坏轴瓦。

球磨机出口温度是指磨出口风粉混合物的温度。

它是一个反映磨煤机干燥出力、防止煤粉爆燃或爆炸的重要参数。

球磨机出口温度过高，易使煤粉燃烧爆炸，损坏设备；温度过低则干燥不充分，煤粉容易在粉仓中压实、结饼，失去流动性，而且影响煤粉在炉膛内的燃烧。

锅炉运行中都规定了出口温度的髙、低限值。

在球磨机运行过程中，一个非常重要的运行参数和控制变量是筒内料位(负荷)。

料位是指球磨机内煤的体积与减去钢球所占容积后筒体体积的百分比，它表征了筒体内参与磨制的原煤数量的多少，是标志球磨机负荷水平的指标，也是影响球磨机工作安全、经济的重要参数。

在球磨机运行中，切实可靠地监测料位并将其控制在最佳状态，对于提高制粉出力、降低制粉单耗起着十分重要的作用，是实现球磨机优化控制的关键。

需要指出的是，存煤量、料位和负荷这几个概念都可以用来描述筒体内煤量的多少。

通常，负荷是反映在实际运行过程中，球磨机筒内剩余空间和存煤能力；存煤量指煤在球磨机中的充填状态，即煤在筒体内的分布情况，包括周向、轴向上煤与筒体的接触情况及煤层厚度，用球磨机在工作过程中筒内存有煤量的绝对质量表示。

负荷、料位和存煤量可以认为是同一个概念从不同侧面进行表述。

相对于存煤量，料位更能综合反映筒体内钢球装载量与存煤量的相对关系。

2、保证球磨机系统的优化节能运行 球磨机系统的主要优化的目标是制粉出力和制粉单耗。

制粉出力主要包括研磨出力，通风出力和干燥出力三部分，最终出力取决于三者中的最小者。

球磨机出力是反映系统磨煤能力和工作能力的指标。

制粉单耗是指生产单位合格煤粉所消耗的电能，主要包括磨煤单耗和通风单耗两部分，是球磨机制粉系统主要的经济性能指标。

球磨机系统优化运行的目标是在安全稳定运行的基础上、在满足锅炉燃烧煤粉细度的前提下，使得球磨机系统运行在高出力的工况下，降低制粉单耗。

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