磨煤機料位檢測改進和控制優化

林 濤 ，件華南 ，張 巖

（1.華能嘉祥發電有限公司，山東 濟寧 272400；2.山東電力研究院，山東 濟南 250002；3.山東中實易通集團有限公司，山東 濟南 250002）

0 引言

在燃煤發電機組中，對磨煤制粉、高速旋轉的雙進雙出磨煤機內部料位的檢測和控制非常重要，料位的檢測及控制直接關系到磨煤機出力率狀態，機組的運行安全和效率、效益的提高，及節能減排等電廠經營目標的實現[1-2]。鑒于運行中的磨煤機內部的鋼球、原煤、煤粉等實體和非實體物資都是旋轉的工作特性，對雙進雙出磨煤機的料位測量，通常采用以“旋轉容器里氣體壓力隨實體物質增減而變化”為檢測原理的微差壓檢測裝置[3-5]。隨著智能電網的建設發展，及對機組AGC控制指標逐步提高，部分機組存在雙進雙出磨煤機的料位控制不能滿足或制約機組AGC控制要求的現象，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的工作特性；燃料的煤質變化較大且現有控制方案不具相應魯棒性。

1 存在問題

嘉祥電廠2號機組采用亞臨界壓力、一次中間再熱、汽包型SG1036/17.50-M882燃煤鍋爐，制粉系統型式為冷一次風正壓直吹式、雙進雙出鋼球磨煤機，兩臺磨煤機同時投運滿足鍋爐BMCR工況設計煤種耗煤量110%的要求。

在煤質較好、煤種變化不大工況下，該機組磨煤機料位檢測和控制的整體效果，基本滿足生產運行的需要。但隨著電網對該機組AGC投用率的增加，該磨煤機的料位控制暴露出諸多問題或缺陷。

磨煤機料位測量缺陷：①料位裝置控制柜內管路為卡套式連接方式造成漏點多，且在線較難檢修。②測壓管探針保護套易受鋼球損壞（砸掉、砸彎），嚴重影響測量精度。③密封風箱外側兩根輸入檢測管路設計缺陷（缺少閥門），造成清掃氣流削弱，影響工作效果。④調節閥的閥芯已磨損嚴重，影響單回路調節儀的壓力控制效果。

DCS系統料位控制缺陷：①料位測量失準影響DCS料位控制及負荷控制的能力和效果。②煤質變化較大時，DCS控制負荷精度及響應等指標不可控或失準。

以上缺陷在AGC投入時問題得到放大，嚴重影響AGC調節速率、調節精度、響應時間的指標，阻礙了機組AGC投入。

2 改進優化

經過對2號機組磨煤機料位控制缺陷的長期考察和研究，及結合磨煤機特點，對2號機組磨煤機差壓料位進行改造優化：將料位測量裝置更換為適合磨煤機工作特性的YCCH微差壓檢測裝置；對DCS磨煤機料位控制邏輯方案進行相應更改優化。

2.1 料位檢測裝置改進

2.1.1 YCCH裝置工作特點

通過對2號機組原料位裝置存在缺陷分析，從經濟性和實用性出發，有針對性的將原料位測量裝置改進優化為YCCH微差壓檢測裝置。

功能結構。YCCH測量裝置為微差壓檢測裝置（圖1），按功能結構劃分為四個子系統：①PID壓力控制子系統，由調節閥、調節儀、壓差變送器、孔板1、儲氣緩沖罐組成。②檢測氣流產生和輸出子系統，由孔板1、孔板2、輸送管路、上探針 P1、下探針P2組成。③磨煤機筒體內壓力監測前饋子系統，由輸送管路、上探針P1、孔板1、壓差變送器、調節儀組成。④檢測示值子系統，由壓差變送器（圖中用壓差高度示管表示）、管路組成。

圖1 YCCH差壓料位功能結構

測量機理。通過磨煤機內部料位兩側上下設置的四個探頭采集即時的空氣壓力差值 （P1-P2），由壓差數據△P模擬量化出磨煤機制粉厚度。

壓力控制。微差壓料位裝置檢測壓力控制（PLC程控）是決定料位測量準確的關鍵所在；YCCH測量裝置具有應對煤質變化壓力控制系統的特點：①壓力設定值可調整性，為應對檢測壓力與煤質變化不匹配常見問題，YCCH裝置設有用戶自修改的壓力定值（1.0～2.0 kPa）功能權限，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”現象。②壓力設定值靜態穩定性，YCCH裝置上下探針在同一壓強下，達到孔板兩端壓差值的偏移量小于設定值的高穩定性標準（±0.5%）。③壓力設定值靜態響應同步性，YCCH裝置具有較高靜態響應速度指標 （孔板兩端壓差值達到標準值，振蕩次數≤6；時間≤40 s）。

2.1.2 YCCH裝置安裝調試

根據2號機組磨煤機工作特點，按震動小、粉塵少、水平基座、防潮的裝置安裝要求，對YCCH裝置進行管路和裝置布置設計。

按“裝置外形及外接管路連接”的設計，用經檢查確定無探傷、無堵塞、無漏點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；并進行管路焊接嚴密性、打壓測試、清理雜質異物、無空氣泄露實驗（用肥皂水）等重點工作。

配置電源線和數據線，連接柜體中電控箱的端子至DCS系統接口信號。

對YCCH檢測裝置的內部參數進行設定和核查。

對YCCH裝置與DCS系統進行聯合功能調試，并對吹掃工作、吹掃風欠壓、料位等信號進行重點核查和試驗。

2.2 DCS料位控制方案優化

對磨煤機料位YCCH裝置的安裝調試完成后，依照前期分析和經驗積累，針對煤質變化造成負荷控制響應慢、控制精度差的問題，對DCS料位控制方案進行優化。

具體方案：用機組負荷指令作為料位調節器的前饋指令，超前調節給煤機的轉速來快速地響應機組負荷變化的需要。

由DCS磨煤機A1料位控制優化組態 （圖2）可見，DCS采集到YCCH裝置檢測的料位信號，經邏輯濾波等處理，與料位設定值的差值經PID控制器運算后，疊加機組負荷指令f（x）函數值，得出A1給煤機指令。此優化方案設計用機組負荷函數運算作為料位控制的前饋，確保了給煤機指令對負荷需求的快速響應。

圖2 DCS磨煤機A1料位控制優化組態

3 實施效果

3.1 YCCH裝置應用效果

2號機組雙進雙出磨煤機的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，料位測量數值的準確度得到提高，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密封風箱內與中空管之間測量管的金屬軟管（原為橡膠管）連接，杜絕了滲漏發生。③壓力設定值可修正功能和高性能調節儀設計，通過適時跟蹤磨煤機壓力變化方式有效的保證料位測量的準確性。④YCCH裝置自適應間歇清掃設計，極好適應2號機組燃料工況并保證了料位差壓信號的連續性。⑤YCCH裝置的管路設計符合2號機組磨煤機的結構特點，并減少了管路檢修工作強度。

3.2 料位與負荷控制效果

在機組運行期間，進行負荷料位控制優化效果的試驗（圖3），從負荷擺動結果看，負荷函數前饋對料位控制作用顯著，給煤機接受負荷前饋響應能及時控制出力，按負荷升降趨勢超前調節磨煤機料位；AGC工況下，料位控制未出現影響負荷控制現象，且AGC控制下的各項指標皆達到優秀水平。

圖3 優化后負荷與料位歷史趨勢圖

4 結束語

通過對磨煤機差壓料位檢測裝置的改進，磨煤機料位測量故障率和精度有了明顯改善。機組負荷響應能力得到顯著提高，在AGC投用工況下，調節性能指標（AGC調節速率、調節精度、響應時間等）都較好的滿足電網要求。試驗和運行考核表明，此次磨煤機差壓料位的優化改進能夠很好保證機組的安全、穩定、經濟運行，并達到了預期效果。