遙測料位測量系統在雙進雙出磨煤機上的應用

國家能源蓬萊發電有限公司 程孝峰 徐西俊 孫亞偉

國電蓬萊發電有限公司2臺330MW鍋爐的制粉系統采用雙進雙出鋼球磨煤機正壓直吹系統，每臺爐配3套雙進雙出鋼球磨煤機，采用沈陽重型機械有限責任公司生產的BBD4060B雙進雙出磨煤機，磨煤機料位采用傳統的壓差料位與電耳料位系統。

1 磨煤機料位現在存在的問題

1.1 差壓法測量料位的問題

差壓料位主要測量的是漂浮煤粉的高度和濃度、而不是測量影響研磨效果的磨煤機內原煤和鋼球的比例，所以差壓料位無法表征磨煤機內部原煤的存量。以差壓作為給煤機自動控制的主信號，當鍋爐負荷變化頻繁時往往出現磨煤機出力跟不上鍋爐負荷調整的現象；磨煤機內物料分布不均勻，磨煤機內原煤從與鋼球混合的大塊物料到懸浮空中的粉狀煤粉呈不均勻分布的動態流動過程，而磨煤機內煤粉分布對通風阻力影響大，導致差壓料位測量線性較差，測量的精確性降低。

在啟磨建立料位初期和停磨抽空時，差壓料位測量存在死區，無法正確反映料位波動情況；差壓料位系統日常維護困難且維護量大、維護費用高，時常發生取樣管路磨損、堵塞及差壓料位探頭保護套脫落、變形現象，造成磨煤機差壓料位測量不準確取樣。當管路磨損嚴重時必須等到機組大小修停機才能恢復，一旦差壓料位存在異常，運行人員只能根據磨煤機電流、分離器出口溫度等參數的變化，通過經驗來判斷磨煤機的料位，極容易造成磨煤機滿磨或空磨運行，嚴重影響機組安全穩定生產。

1.2 電耳測量料位的問題：

電耳測量磨煤機料位是通過在磨煤機筒體附近的地面上安裝音頻采集裝置，通過分析磨煤機噪音的大小來判斷磨煤機料位的多少，但由于受環境噪音干擾，信號源衰減大，料位信號測量不準確、線性差、反應慢等原因，在機組投產后電耳料位不再作為運行人員的參考料位，已停止使用。

2 遙測料位測量系統的原理和特點

遙測料位測量是把傳感器直接安裝在磨煤機筒體上，在筒體旋轉過程中，實時檢測磨煤機運行過程中的振動信號與磨內的料位、填充率、鋼球和襯板狀況。當磨內料位低、存料量少時，鋼球之間以及鋼球與襯板間因緩沖物減少而振動加劇，傳導至磨筒體表面的振動增大；當磨內料位上升、存料量增加時緩沖物增多，磨內及傳導至筒體表面的振動減小。磨內鋼球面以上的煤層厚度以及鋼球之間的原煤厚度直接影響原煤的破碎和研磨效果，其厚度變化會導致磨內振動波形、頻率等特征的變化，通過分析磨內的振動信號可精確可靠地分析磨內物料流動等狀態；經過遙測料位檢測裝置的智能分析和數據融合，輸出兩個4～20mA標準料位信號值用于顯示料位和自動控制給煤機，其測量和控制范圍涵蓋了從完全空磨到超高料位全過程。

遙測料位測量系統增加了基于振動分析的原煤料位測量裝置，實現了磨內原煤料位和煤粉料位的同步測量。以原煤料位和料位測量信號為基礎，通過融合分析，綜合分析出磨內料位狀態，得出綜合料位融合信號，并綜合料位設定值、給煤量反饋、風量信號、出口溫度、負荷信號等參數，經過綜合分析實現給煤自動控制。基于該料位融合信號的給煤自動控制系統，能在確保煤粉存量的情況下實現包括球煤比例和煤粉高度在內的磨內狀態精確控制，并自動平衡磨煤機兩側分離器出口溫度。相較于單純的差壓給煤自動系統，應用遙測料位控制可使制粉系統更加平穩，煤粉細度和風煤比更加穩定，有效地降低制粉單耗和鋼耗，穩定鍋爐機組參數，提高鍋爐機組的經濟效益。

遙測料位測量裝置傳感器直接安裝在旋轉的筒體上以檢測磨內振動等狀態信號，徹底解決了傳統方法無法直接測量磨內信息及強干擾導致的精度低、可靠性差的難題。從根本上避免了差壓法測量料位反應滯后，低料位測量不準，取樣管路容易磨損、堵塞且維護困難等缺點；也避免了傳統電耳法測量的料位信號衰減嚴重、受外界噪音干擾嚴重，導致料位測量不準的缺點，實現了對磨內料位等狀態參數直接、精確的測量。同時，在差壓系統出現故障、無法投入自動控制時，單獨用原煤料位信號結合智能前饋控制技術實現給煤機投自動，確保控制效果優于原有差壓料位給煤自動控制特性。徹底解決差壓料位故障時給煤機無法投自動而影響燃燒系統穩定性和經濟性的問題。

3 改造方案

3.1 硬件改動

筒體料位測量裝置：磨煤機筒體上的傳感器測量方法新穎獨特，將傳感器直接安裝在距離磨煤機筒體端部1/3處的位置隨磨煤機筒體一同旋轉，在旋轉過程中測量磨煤機筒體內料位分布，實現最直接的測量。信號穩定可靠是控制磨煤機料位的核心技術，它采用重力自發電技術供電和無線傳輸技術，使傳感器常年不間斷地測量旋轉設備狀態參數，并通過無線發射將筒體振動信號傳送至就地料位采集箱。新型重力自發電技術結合無線傳輸技術，使得從旋轉部件到地面之間不需要任何連接導線。

軸瓦料位測量裝置：磨煤機軸瓦上的傳感器在磨煤機旋轉向下方向的出料端軸瓦上選定安裝位置并加裝防碰撞外殼，將軸瓦振動信號通過有線通訊的方式將信號傳輸到就地料位采集箱。

就地料位采集箱：就地料位采集箱在磨煤機周圍就近選擇合適的位置通過膨脹螺絲進行固定，負責與安裝在筒體設備上的數據采集部分進行無線數據通訊，與軸瓦設備上的數據采集部分進行有線數據通訊；接受采集到的數據，并且上傳數據采集部分的參數。就地料位采集箱提供兩種接口：RS485通訊方式和4～20mA電流輸出，將收集到的振動信號分別傳輸至料位自動控制柜和DCS控制柜。

電子間增加一套料位自動控制柜：在控制柜內安裝工業控制計算機、顯示器及運行優化控制程序。工控機與DCS控制柜之間采用RS485串口的modbus通訊方式與硬接線方式綜合實現。系統采用先進的測量和數據處理方法及多數據融合技術，將來自多傳感器或多源的信息和數據模仿專家的綜合信息處理能力進行智能化處理，從而得出更為準確可信的結論。

3.2 軟件改動

DCS側模擬量及數字量輸出信號的傳輸。給煤機轉速反饋、容量風風量、給煤量、分離器出口溫度、磨內原煤料位、分離器出口壓力、磨出入口差壓等模擬量通過Modbus通信傳輸至料位自動控制系統。給煤機手/自動切換數字量信號通過Modbus通信的通訊方式，由DCS直接傳輸至料位自動控制系統。

DCS側模擬量及數字量輸入信號的傳輸。料位自動控制系統輸出至DCS系統的模擬量信號主要有給煤機轉速指令模擬量信號，料位自動控制系統輸出至DCS系統的數字量信號主要有系統通訊正常的開關量信號。系統通訊正常主要是判斷工控機軟件工作是否工作正常，如果發生系統與DCS系統modbus通訊中斷、系統工控機斷電、死機等故障，此時DCS側自動解除遙測料位自動控制系統自動跳到手動狀態，并在光字牌上報警提示。

在主畫面上添加遙測料位顯示并在主畫面上添加遙測料位手/自動切換“按鈕”。在給煤機控制中增加選擇模塊，當遙測料位投自動時，給煤機指令跟蹤料位自動控制系統優化后的指令；當料位自動控制系統通訊中斷，遙測料位切手動時，給煤機指令跟蹤原差壓料位計算出的指令。

4 改造效果

4.1 節電降耗、提高經濟效益，保證鍋爐機組運行可靠

通過穩定磨內存煤量，降低鋼球和波浪瓦磨損；通過自動控制實現穩定磨內料位和存煤量，穩定煤粉細度，磨煤機料位自動跟蹤負荷指令變化穩定鍋爐燃燒，自動控制實現投入率99%以上；降低對差壓的依賴，減少維護成本。

保證磨煤機磨內存煤量和料位在一定的范圍，避免滿磨或空磨等工況；避免系統運行在不安全區域。為了提高磨煤機出力需要增加給煤量，磨內存煤量增加時出力也變大，但當磨內存煤量超過最大出力點后出力將快速下降，這將導致磨內波動較大，且進入存煤量高而出力低的區域后恢復速度較慢。通過對存煤量進行控制以及控制區域自動調節功能，可避免將磨煤機控制在不安全區域。

4.2 磨煤機處于相對最佳工況運行，降低運行強度，實現系統數字化

保證系統最佳通風量、最大出力。制粉系統長期穩定運行于自動狀態，降低運行人員和檢修人員勞動強度；實現系統數字化、信息化管理。人工設置設定值與自動推薦相結合，系統在人工設定的范圍內通過對歷史工況和當前趨勢的分析，經過自動尋優后二次修正設定值以滿足工況的變化；控制參數自整定。控制效果評估程序實時評估控制效果，如控制效果偏離預期狀態則通過預設的策略修正控制參數，相當于一個24小時值班的“熱工工程師”時刻維護控制系統。

大偏差快速穩定。當磨內料位和存煤量偏差較大，如空磨或接近滿磨狀態時，系統能夠進行大偏差快速控制將系統“拉回”到正常范圍；多參數綜合判斷。控制系統不依賴于單一信號進行控制而是模仿運行人員的綜合判斷能力，同時參考差壓料位、存煤量、出口溫度、磨煤機電流、其他壓力和流量信號進行綜合分析后進行決策。

5 結語

遙測料位測量系統在BBD4060B雙進雙出磨煤機上的實踐應用，說明遙測料位測量系統在運行中測量準確，信號反饋速度快，能適應各種擾動工況下的變化，而且易于維護。