火电厂球磨机寻优节能控制系统的研究与开发

　　钢球磨磨机(球磨机)是火电厂制粉系统的主要设备，其工作情况直接影响到火电厂制粉系统的安全经济运行。目前我国火电厂球磨机大部分还处于人工手动操作方式，不能完全满足安全稳定的运行要求;此外，制粉系统是火电厂的耗电大户，手动操作状况下耗电量大，经济性差。为此研究开发了球磨机自动控制系统。在充分研究了控制对象特性并对现场进行实际调研后，采用了自寻优—模糊PI的两层控制方案，并选用PLC和工业控制计算机作为控制系统的硬件设备。该系统已经成功应用于陕西秦岭发电厂5号机组甲侧制粉系统改造项目。

　　一、球磨机的工作原理与动态特性

　　制粉系统是一个具有大惯性、纯滞后和时变性的调节对象，动态特性非常复杂，其主要特点是:

　　(1)系统为多输入多输出的系统，主要的变量有:入口温度、出口温度、入口负压、球磨机负荷、出入口压差、排粉机电流和球磨机电流等。

　　(2)系统具有强耦合性。球磨机的最佳出力需要干燥出力、磨煤出力和通风出力均达到最佳，这3个出力分别对应着3个控制回路即:1)出口温度调节回路，其调节量为给煤量;2)球磨机负荷调节回路，其调节量为给煤量;3)出入口压差调节回路，其调节量为再循环风量。调节这3个回路中的任意一个回路都会影响其它两个回路，另外两个回路又会影响该调节回路，从而引起系统不稳定。

　　(3)纯滞后主要表现在球磨机负荷对给煤变化的响应时间长，热风门开度扰动下球磨机出口温度的响应时间长，入口负压对再循环风门调节的响应时间长。

　　(4)系统的时变特性。煤质和潮湿度、钢球数量和磨损护甲等外在因素变化其运行特性都会改变，因此固定不变的控制算法无法适应球磨机系统的时变特性。

　　球磨机的工作特性如图1所示。曲线1是功率特性，曲线2是出力特性，曲线3是音频特性，曲线4是处理后的音频特性。从图1可见，球磨机功率起初随着存煤量增大而增大，当达到个最大值后，随着存煤量增大反而减小;球磨机的最大出力点并不是随着存煤量的增大而增大，也出现一个最大值，然后减小;球磨机负荷音频曲线随着存煤量的增大逐渐减小，为了使用方便，将该曲线作求反处理得出曲线4。在Ⅰ区中，球磨机的功率达到最大，但出力却没有达到最大，所以该区不是系统运行的最优区域。在Ⅲ区，存煤量很大，容易出现满磨，因此Ⅲ区也不是最佳运行区域。在Ⅱ区，制粉出力接近最大出力点，该区应当是系统运行的最佳区域。

　　二、控制策略