磨煤機(jī)最佳正、反作用加載油壓運(yùn)行的優(yōu)化研究

李振林，葛志鵬，周嘉煒，郭占寶，趙文松，劉劍橋，黃 博

（河北涿州京源熱電有限責(zé)任公司，河北 涿州 072700）

0 引言

傳統(tǒng)的固定式磨輥加載系統(tǒng)由于磨輥加載力不能隨磨煤機(jī)工況變化而進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致磨煤機(jī)出力降低，制粉單位電耗增大，研磨件金屬磨損大及磨煤機(jī)振動(dòng)大等問題，正反作用力及加載油壓的合理控制可以避免上述問題。程鴻、朱堯通過對(duì)磨煤機(jī)加載系統(tǒng)改造，提高了加載力的出力，從而提高了磨煤機(jī)的最大出力，并且有效降低同等煤量下的磨煤機(jī)電流[1]。茍琮琦、陳平、張宏宇對(duì)磨煤機(jī)加載系統(tǒng)進(jìn)行了完整嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募虞d力試驗(yàn)，得到了不同加載力下煤粉細(xì)度與磨出入口差壓對(duì)應(yīng)的變化關(guān)系[2]。王培毅等通過進(jìn)行磨煤機(jī)工況試驗(yàn)，驗(yàn)證了提高磨煤機(jī)加載力可以使煤粉細(xì)度更細(xì)，而且加載力降低會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)碾磨出力下降，石子煤量增加，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致堵磨[3]。員盼鋒、時(shí)勇強(qiáng)針對(duì)正常煤種、劣質(zhì)煤種在不同加載力下的磨煤單耗、煤粉細(xì)度、石子煤排放量、底座振動(dòng)等指標(biāo)，給出了最佳加載力曲線[4]。王晉一等通過對(duì)液壓加載力及其性能曲線的優(yōu)化，降低了磨煤機(jī)的單耗，提高了制粉系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[5]。王新立詳細(xì)介紹了磨輥加載力隨給煤量變化而變化的磨輥?zhàn)詣?dòng)加載系統(tǒng)的構(gòu)成及原理并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析，為國內(nèi)MPS 磨煤機(jī)制造廠家設(shè)計(jì)和電廠改造加載系統(tǒng)提供參考[6]。

上述研究均取得了一定的成果，對(duì)磨煤機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行起到了一定的積極作用，但是上述分析和研究沒有考慮煤質(zhì)變化、煤泥摻燒、蓬煤等工況，而上述工況在目前燃煤供應(yīng)緊張、價(jià)格高企的背景下較為常見，對(duì)于這些工況的專項(xiàng)研究和優(yōu)化就顯得十分重要。本文在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)上述問題，結(jié)合工程實(shí)際，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)和測試，并根據(jù)試驗(yàn)和測試結(jié)果提出了優(yōu)化方案，在機(jī)組檢修期間進(jìn)行了實(shí)施和調(diào)試，節(jié)能降耗效果顯著。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

本廠采用MPS180HP-II 型中速磨煤機(jī)，該系列磨煤機(jī)具有高效、節(jié)能、低耗的特點(diǎn)，并且適應(yīng)煤種的能力較強(qiáng)。目前，該型磨煤機(jī)在國內(nèi)外市場上得到了廣泛的應(yīng)用。磨煤機(jī)液壓變加載系統(tǒng)是磨煤機(jī)的重要組成部分，由高壓油泵站、油管路、加載油缸、蓄能器等部件組成。其功能如下：液壓系統(tǒng)為磨輥提供隨負(fù)荷而變化的碾磨壓力，從而控制煤粉研磨細(xì)度，其大小由比例溢流閥根據(jù)負(fù)荷變化的指令信號(hào)來控制液壓系統(tǒng)的壓力來實(shí)現(xiàn)。此控制系統(tǒng)有兩個(gè)比例溢流閥，通過調(diào)整比例閥開度分別控制作用力和反作用力的數(shù)值。

如圖1所示：該控制策略采用單回路PID 控制方式。設(shè)定值由給煤機(jī)煤量折算函數(shù)和運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)置偏置形成，通過PID 計(jì)算出閥位動(dòng)作值。

圖1 原控制策略SAMA圖Fig.1 SAMA Diagram of the original control strategy

查看歷史趨勢發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行人員在調(diào)控制粉系統(tǒng)過程中，習(xí)慣性地將作用力的設(shè)定值增加正偏置，目的是加大磨輥與磨盤的壓力，從而使煤粉磨得更細(xì)。根據(jù)廠家提供的說明書所述內(nèi)容，過大的作用力對(duì)于煤粉細(xì)度的改善效果有限，反而容易造成磨輥磨損程度加大，運(yùn)行時(shí)長縮短。

除此之外，由于煤泥摻燒，入爐煤的黏性加大，2020年冬季1、2 號(hào)機(jī)組頻繁出現(xiàn)原煤斗蓬煤。由于正反作用力根據(jù)給煤量測量值進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)發(fā)生蓬煤時(shí)給煤量測量值無法反映磨煤機(jī)中煤量的實(shí)際變化情況，導(dǎo)致磨輥的動(dòng)作失去參考，進(jìn)一步加大設(shè)備損耗。

根據(jù)目前系統(tǒng)的運(yùn)行和控制情況，計(jì)劃通過研究磨煤機(jī)出入口差壓的變化情況，設(shè)計(jì)加載力折算函數(shù)對(duì)原有PID 的設(shè)定值進(jìn)行修正，減少運(yùn)行人員的頻繁干預(yù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低磨煤機(jī)耗電量。通過研究給煤機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況，設(shè)計(jì)超馳動(dòng)作回路，當(dāng)發(fā)生蓬煤工況時(shí)，迅速改變比例閥的輸出，使磨輥盡快抬起，減少磨輥和磨盤的磨損。

2 加載力手動(dòng)偏置試驗(yàn)

為了搞清楚磨煤機(jī)出入口差壓與加載力之間的關(guān)系，進(jìn)行了加載力手動(dòng)偏置調(diào)整試驗(yàn)。在保證煤質(zhì)相同、單臺(tái)給煤機(jī)煤量、風(fēng)量相同的情況下，人為地調(diào)整加載力偏置，查看磨出入口差壓與電流的變化情況。

試驗(yàn)?zāi)ソM：1 號(hào)機(jī)組5 號(hào)磨，2 號(hào)機(jī)組3 號(hào)磨。試驗(yàn)過程中采用同一種煤進(jìn)行試驗(yàn)，確保煤質(zhì)不發(fā)生變化。

試驗(yàn)前工況：保證煤質(zhì)不產(chǎn)生變化的同時(shí)，控制給煤機(jī)煤量、風(fēng)量穩(wěn)定，保持反作用力不變，將正作用力偏置按照表1設(shè)置工況進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 手動(dòng)偏置試驗(yàn)設(shè)定參數(shù)Table 1 Manual bias test setting parameters

通過對(duì)正、反作用力偏置的控制進(jìn)行試驗(yàn)，參數(shù)設(shè)定后持續(xù)運(yùn)行60min。試驗(yàn)過程中查看磨煤機(jī)電流、磨出入口差壓、磨風(fēng)量、給煤量的變化情況。試驗(yàn)后記錄相關(guān)參數(shù)，并統(tǒng)計(jì)60 min 的平均數(shù)見表2。

表2 手動(dòng)偏置試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Manual bias test data

根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在保持磨煤機(jī)風(fēng)量、給煤量不變的情況下，正加載力變化對(duì)磨煤機(jī)電流、磨出入口差壓有較大影響。當(dāng)正加載力設(shè)置正偏置時(shí)，磨煤機(jī)電流增大，出入口差壓降低；當(dāng)正加載力設(shè)置負(fù)偏置時(shí)，磨煤機(jī)電流減小，出入口差壓增大。在試驗(yàn)工況下，正加載力與磨煤機(jī)電流和磨出入口差壓呈現(xiàn)線性關(guān)系，其中磨出入口差壓的變化較為明顯。可根據(jù)上述數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)磨出入口差壓-正加載力的對(duì)應(yīng)函數(shù)，作為正加載力的設(shè)定值修正。

保持正加載力不變，反加載力的調(diào)整對(duì)磨煤機(jī)差壓及電流影響不明顯，但從保護(hù)磨輥的角度該項(xiàng)目具有一定實(shí)際意義。

3 加載力控制優(yōu)化策略

3.1 磨出入口差壓函數(shù)優(yōu)化

通過對(duì)磨煤機(jī)出入口差壓與加載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和觀察，設(shè)計(jì)出入口差壓和加載力之間的對(duì)應(yīng)函數(shù)。在原有控制回路基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)定值形成回路進(jìn)行優(yōu)化，增加磨煤機(jī)出入口差壓折算函數(shù)，對(duì)加載力設(shè)定值進(jìn)行修正。控制框圖如圖2。

圖2 新控制策略SAMA圖Fig.2 SAMA Diagram of the new control strategy

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定磨出入口差壓-正加載力的函數(shù)關(guān)系F1(X)見表3。

表3 磨煤機(jī)出入口差壓-正加載力函數(shù)關(guān)系Table 3 The relationship between the differential pressure at the inlet and outlet of the coal pulverizer and the positive loading force

3.2 超馳控制回路優(yōu)化

針對(duì)蓬煤工況，通過對(duì)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化速率的判斷，對(duì)正、反加載油壓控制回路增加超馳功能。當(dāng)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速反饋大于1000rpm，并且10s 內(nèi)轉(zhuǎn)速變化率大于300rpm 時(shí)，判定為磨組出現(xiàn)蓬煤工況，正反作用力超馳動(dòng)作信號(hào)發(fā)出，直接控制正作用比例溢流閥關(guān)閉，反作用比例溢流閥打開，從而實(shí)現(xiàn)磨輥快速升起，減少磨輥與磨盤的磨損。控制框圖如圖3。

圖3 超馳功能邏輯圖Fig.3 Override function logic diagram

4 回路投運(yùn)及效果分析

2021年12月2日，5 號(hào)磨煤機(jī)加載油壓控制系統(tǒng)將新增的出入口差壓修正回路投入，并與運(yùn)行人員交底。新增回路已具備隨磨煤機(jī)出入口差壓調(diào)節(jié)加載力的能力，不需要人為頻繁調(diào)整偏置。

調(diào)取5 號(hào)磨煤機(jī)優(yōu)化前后數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（煤質(zhì)基本相同的時(shí)段），對(duì)比性能指標(biāo)包括：2h 電量差、磨煤機(jī)出入口差壓、磨煤機(jī)電流、正加載力壓力，見表4。

表4 5號(hào)磨煤機(jī)優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比Table 4 Comparison of parameters before and after optimization of No.5 coal mill

2021年12月14日，3 號(hào)磨煤機(jī)加載油壓控制系統(tǒng)將新增的出入口差壓修正回路投入，并與運(yùn)行人員交底，新增回路已具備隨磨煤機(jī)出入口差壓調(diào)節(jié)加載力的能力，不需要人為頻繁調(diào)整偏置。

調(diào)取3 號(hào)磨煤機(jī)優(yōu)化前后數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（煤質(zhì)基本相同的時(shí)段），見表5。

表5 3號(hào)磨煤機(jī)優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比Table 5 Comparison of parameters before and after optimization of No.3 coal mill

5 總結(jié)

2 號(hào)爐3 號(hào)磨煤機(jī)及5 號(hào)磨煤機(jī)投入新調(diào)節(jié)方式穩(wěn)定運(yùn)行3 個(gè)多月，經(jīng)歷了機(jī)組的供熱工況，能夠適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化、煤質(zhì)變化蓬煤等工況，優(yōu)化后磨煤機(jī)電量消耗有所降低，磨煤機(jī)出入口差壓、磨煤機(jī)電流、正加載力等參數(shù)都表明調(diào)節(jié)過程中調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性增強(qiáng)，運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)減少。

通過本次對(duì)于磨煤機(jī)加載力的研究，發(fā)現(xiàn)了正加載力對(duì)于磨煤機(jī)差壓與電流的變化關(guān)系，并對(duì)原加載力控制回路增加了磨出入口差壓-正加載力的設(shè)定值修正回路，通過測試和調(diào)整，磨煤機(jī)加載力的控制性能得到了一定的提升。同時(shí)，對(duì)蓬煤工況下磨組運(yùn)行狀況的分析，確定了采用磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速變化速率作為蓬煤判斷條件的超馳控制回路，使磨煤機(jī)在發(fā)生蓬煤工況時(shí)減少不必要的磨損。