自适应控制系统在直吹式制粉系统的应用 丘翊仙

自适应控制系统在直吹式制粉系统的应用丘翊仙
摘要：为了提高锅炉运行经济性，对磨煤机的入口一次风道流场优化改造，采
用自适应控制系统提高磨煤机出口温度，并采用一次风母管压力设定值的自适应
控制方法和逻辑设计，满足一次风机节能及提高一次风系统的自动调节品质，降
低空预器漏风率，同时适应多煤种的变化需要，保证制粉系统正常、安全、经济
运行，节能效果显著。

关键词：一次风道流场优化；自适应控制系统；优化制粉系统；节能
0.引言
1）广东红海湾发电有限公司3、4号锅炉型号为DG2060/26.15-Ⅱ2，型式为
∏型布置、单炉膛、一次中间再热、尾部双烟道结构、前后墙对冲燃烧方式、旋
流燃烧器、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构露天布置、采用内置式
启动分离系统、三分仓回转式空气预热器、采用正压冷一次风机直吹式制粉系统、超超临界参数变压直流本生型锅炉。

2）锅炉采用中速磨煤机正压冷一次风机直吹式制粉系统。

每台锅炉设6台中速磨煤机，6台电子称重皮带式给煤机，相应设置6个原煤仓，满负荷其中5套
制粉系统运行，1套备用。

磨煤机的密封风从一次风机出口来，采用母管制，设
2台离心式密封风机，1台运行，1台备用。

3）锅炉热一次风和冷一次风均为先以母管形式送达磨煤机入口附近区域，再分别引出支管并进行混合后进入磨煤机入口。

从母管到磨煤机入口的管道距离不
足10米，其间还要布置冷风门、热风门、混合风门、冷风混入点并要经过变截面、转向等复杂的几何结构，从流体动力学原理知道，在这样的复杂几何结构内，流体的运动将会处于一种非常紊乱的状态，难以实现温度均匀的效果，一次风测
量的动态响应特性不良，并且进入到磨煤机的一次风流场也是非常混乱，测量的
不准确导致冷、热风调门的自动调节品质较差。

4）目前3、4号炉热一次风母管压力设定值函数在DCS中是固定不变的，在
一定的磨煤机出力和风量下，易磨的煤种由于磨煤机阻力小，需要关小磨煤机冷
热风门来满足热一次风母管压力和磨煤机风量，而风门关小造成不必要的节流损失，引起一次风机电耗的浪费；而难磨的煤种则可能磨煤机热风门全开还达不到
磨煤机风量设定值，不仅影响制粉系统正常运行，有时还不得不降低磨煤机出力，从而影响机组带负荷;
5)磨煤机出口温度是一个固定值，煤种发生变化时，无法根据煤种挥发份
Vad进行出口温度调整，影响锅炉运行经济性。

1.一次风道流场优化改造
针对磨煤机入口一次风流场存在的问题，对冷、热一次风系统进行CFD数值
模拟，模拟计算冷、热一次风的流动和混合情况，以测量截面处的速度以及磨煤
机入口截面气流速度和温度分布为评价指标，提出气流均布器+均流板的均流改
造方案，实现现有测量截面处速度和温度分布的均匀和稳定，使磨煤机入口的气
流混合更加充分和均匀，实现热态下一次风量的精确测量与控制，同时改善进入
到磨煤机的一次风流场条件，提高磨煤机的安全经济性。

SP：设定值；PV：过程值。

上图中DCS控制修改设定值（偏置）回路。

DCS侧与一次风
自适应系统（IEC）侧互为跟踪，保证无扰切换实现。

主要工作步骤如下：
DCS系统逻辑中增加一次风动态自寻优控制系统偏置控制程序，将一次风动态自寻优偏
置指令与原DCS一次风压进行求和，最后作为一次风机动叶的设定（加法模块中增加一次风
压低限值，暂定6KPa）保障机组安全。

另外DCS中增加速率限制功能（在退出一次风动态自寻优控制系统时， IEC指令值逐渐下降至0，下降速率暂定为0.015 Kpa/S），保证一次风压
设定值不会对一次风机调节造成较大的扰动。

图5 投入前、后各负荷下电流最低值趋势曲线对比（时间200h）
系统投运调试后发现，一次风自适应控制系统退出时各磨煤机热风门开度较小，冷风门
开度较大，一次风系统存在较大的阻力损失，造成一次风机不必要的功率损耗。

系统投入后，热一次风压控制在6.3KPa-8.3kPa范围内，自适应系统控制值范围在+0.01kPa~-2.0kPa，足够
满足磨煤机系统运行的安全可靠性，并且能根据各台磨风量及温度的需求自动调整风压偏置
设定值，有效提高磨热风门的开度，减少节流损失，同时又保证各台磨风、煤比的需求，保
证机组安全、稳定经济运行。

3、磨煤机出口温度自适应控制的应用
针对磨煤机出口温度是一个固定值，影响锅炉运行经济型，采用磨煤机出口温度自适应
控制系统，充分应用原配煤掺烧系统中的煤仓动态管理系统的数据、信息，归纳整理了当前
机组运行所燃煤的所有媒质数据，作为自适应控制算法的依据，然后对磨煤机当前煤种挥发
份Vad和掺烧系统状态进行质量判断，分析进行函数运算，得出最优的出口温度设定值，从
而避免不同运行人员根据各自的经验对磨出口温度的差别控制，有助于提高机组运行的经济型，同时重点考虑到媒质的着火特性和爆炸特性，当磨煤机出口温度在1分钟内升高5℃，
判断为可能着火，控制系统发报警信号，自动降低出口温度设定值，兼顾了经济型和安全可
靠性。

磨煤机出口温度自适应控制主要方法如图6所示，具体逻辑说明如下：
1）对磨煤机当前煤种挥发份Vad和掺烧系统状态进行质量判断，掺烧系统状态正常且Vad大于10%小于50%表明Vad正常，掺烧系统状态异常或Vad小于10%或大于50%表明
Vad异常；
2）掺烧系统异常或Vad异常时，温度自适应控制系统向DCS发送掺烧系统异常或Vad
异常信号；同时掺烧系统异常或Vad异常信号进一步形成MPC总投入许可信号（MPC总异
常信号状态：0为正常，1为异常），DCS系统收到1信号时，MPC磨煤机出口温度自适应
控制强制退出。

3）Vad正常时，根据当前煤种修正挥发份确定磨煤机出口温度设定值S2；温度自适应控制系统向DCS发送当前煤种煤质数据（Vad、Mt）。

4）根据当前煤种水分和计算水分的差值，判断当前煤种挥发份是否正确，差值过大，表明煤种可能已更换，需要对当前煤种挥发分进行修正，得到修正系数K1;
5）当修正挥发分大于35%时，对磨煤机入口风温进行限制，得到磨煤机出口温度限值
S3；当修正挥发分小于35%时，对磨煤机入口风温不做限制，S3取95；
6）根据冷风门开度得到磨煤机出口温度限值S4；
7）取S2，S3，S4中的最小值；
8）判断磨出力变化率，输出修正量S5，加出力时适当提高出口温度设定，减出力时适
当降低出口温度设定，以稳定实际出口温度；
9）判断实际出口温度变化率，输出修正量S6，用于判断是否着火，S6>0，外挂控制系
统向DCS发送磨煤机着火信号；
10）磨出口温度自适应控制投入条件：
A) 磨煤机运行；
B) 冷风门自动投入；
C) S6=0;
D）控制系统自检正常。

11）磨出口温度自适应控制
下图6 磨煤机出口温度控制策略
磨煤机出口温度提高后，锅炉排烟温度降低约3.0℃，对应锅炉效率提高0.15%，降低煤
耗约0.5g/kWh。

4、总结
改造后，经系统调试试验，磨煤机入口一次风量测量系数偏差<3%，入口截面气流速度相对标准偏差在15%以内，温度场相对标准偏差在5%以内，高温区与低温区温差在60℃以内，冷热风自动调节能力有所提升，应用一次风自适应控制系统，一次风机节电率可达到8%~18%，应用温度自适应控制系统后，非印尼煤的磨出口温度控制在90℃，印尼煤的磨出口温度控制在70℃左右，排烟温度降低约3.0℃，对应锅炉效率提高0.15%，降低煤耗约0.5g/kWh，节能效果显著，降低了空预器漏风率，能适应多煤种的变化需要同时制粉系统的设备运行稳定安全，在积累经验后技能效果仍有进一步提升的空间。