钢球磨煤机料位的控制方法与流程

本发明涉及控制钢球磨煤机料位的技术领域。

背景技术：

钢球磨煤机(以下简称磨煤机)是中储粉仓式煤粉锅炉的重要辅助设备，用来将原煤研磨成一定细度的煤粉，储存在煤粉仓中。磨煤机运行时，磨筒转动，磨筒内的钢球被内壁带到一定高度后自由坠落，撞击桶内存煤，存煤被击碎并碾研成煤粉。煤粉由制粉系统的高速通风从磨煤机中分离出来，并经过粗粉分离器、细粉分离器和旋风分离器分离后，落入煤粉仓中储存。钢球撞击或碾研原煤制成煤粉的过程称为磨煤机的研磨出力，它是磨煤机制粉出力的关键，其影响因素是钢球质量和磨煤机内的存煤料位(以下简称料位)。钢球质量可按照设计规范制造和添加，但料位则与运行调节有关。若料位较高，则钢球落下的距离短，撞击原煤的动能小，破碎的效率低。若料位较低，则部分钢球砸不到煤上，而是砸到筒壁上。因此，料位过高或过低，研磨出力都不高；只有料位适当时，研磨出力才最大。研磨出力与料位的关系如图1所示。

图1，磨煤机内的料位为h，磨煤机的研磨出力为η。当磨煤机由空磨开始运行后，给煤机加煤，料位h开始上升，随着料位h的增加，研磨出力η也逐渐增加，当料位到达o点后，研磨出力η达到最大值η_max。而后，若再继续加大给煤量，则料位h继续上升，但研磨出力η开始下降，而且下降的速度加快。

以o点为界，磨煤机的运行分为收敛区(o点左侧，即a区)和发散区(o点右侧，即c区)，对应的磨煤机运行状态分别称为稳定状态和不稳定状态。在o点左侧，料位h和研磨出力η同向变化，当煤质或煤量发生较小的扰动时，引起料位的微观变化，磨煤机靠自身的运行特性可消除这种扰动，自行恢复到稳定状态，维持料位稳定。因此，在收敛区，不会出现满磨跑粉事故。在o点右侧，料位h和研磨出力η反向变化，处于发散区，并且随着料位的增加发散性也增强，微小的煤质变化(变坏)或煤量扰动(增加)，可使料位迅速变化(升高)，并形成恶性循环，极易发生满磨跑粉事故。

综上所述，磨煤机料位在o点时，研磨出力达到最大值，但也最危险，微小的扰动就会进入发散区，极易造成满磨跑粉事故。因此，司炉手动控制磨煤机运行时，通常将磨煤机运行在收敛区内，如图1的手动运行区b区，并使工作点与临界点(o点)之间留有较大距离，安全裕度大，但研磨出力小(比o点低20～30％)，制粉电耗高。

若能使磨煤机的料位长期稳定地在o点运行，并确保在偏离o点时能够迅速可靠地拉回到o点，则可从根本上解决磨煤机运行时效率与安全的矛盾，可极大地提高磨煤机的运行效率，降低制粉电耗。但是，磨煤机的料位无法直接测量，只能通过间接办法测量，然后再通过对间接变量的控制达到控制料位的目的。目前中储粉仓式钢球磨煤机料位控制方法如下：

1、音频法

该方法的基本思想是利用音频传感器测量磨煤机运行时的噪声，再对噪声进行滤波及频谱计算，获得磨煤机内的料位。运行时，司炉根据经验设定料位的“给定值”，控制程序调节给煤机转速(或给煤量)，使测得的“料位”跟踪该“给定值”，实现对磨煤机内料位的控制。“音频法”在理论上是可行的，但实际上却不可用，原因如下：

①音频法不能准确反映磨煤机的料位。

磨煤机运行时，存在着钢球磨损、煤质变化、邻磨启停等干扰，都会造成音频信号测量误差，而且该测量误差占比很大，是随机的，无法补偿。

②音频传感器的标定工作复杂、危险，现场维护困难。

由于煤质的变化和钢球的磨损，音频传感器的零点和满度必须经常标定。当进行满度标定时，首先要使磨煤机运行并维持在满磨状态(是否满磨靠人工现场观察)，然后仪表人员调节测量增益，使音频传感器的输出信号达到100％，期间还要屏蔽各种外界声音干扰。维持磨煤机在满磨状态下运行非常危险，极易发生跑粉事故，司炉反感强烈。因此，音频传感器实际应用后，基本不再标定，测量的料位也就不准确。

由于上述的原因，音频法控制磨煤机料位目前不能实现长期稳定的运行。

2、振频法

该方法是在磨煤机主轴上安装震动传感器，当磨煤机运行时，钢球与钢球之间、钢球与磨煤机内壁之间以及钢球与存煤之间相互撞击，产生震动信号，震动信号传到磨煤机的主轴上，检测该震动信号，经频谱分析计算，可得到磨煤机的料位。由于钢球的大小和煤质等都在变化，靠钢球撞击产生的震动信号必然是时变的非线性信号，这种信号又需要专门的频谱分析技术和特殊的装备，对于制粉系统这种粗糙的运行设备不适用。该方法未发现应用实例。

3、差压法

所谓差压是磨煤机的入口风压减去出口风压的值，可用它间接代表磨煤机的料位。当料位升高时，差压增大；当料位降低时，差压减小。用差压作为被控量，通过调节给煤机转速，使测得的差压跟踪“给定值”，实现对磨煤机料位的间接控制。但差压法有如下问题：

①调节磨煤机入口热风门、温风门、冷风门和再循环风门时对差压影响较大。

②清理木壳分离器时对差压影响较大。

所以，“差压法”控制磨煤机料位的方法在实际运行时不能长期稳定工作。

综上所述，我国目前所有钢球磨煤机制粉系统的运行还基本靠人工手动调节，研磨出力低，制粉电耗高，安全经济性差。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有钢球磨煤机制粉系统的料位不能保持在最大研磨出力点，研磨出力低，制粉电耗高的问题，从而提供钢球磨煤机料位的控制方法。

本发明所述的钢球磨煤机料位的控制方法，该方法为搜索到研磨出力最大时的磨煤机电流值，并以该电流值作为磨煤机电流给定值，通过调节磨煤机转速或给煤量使磨煤机电流值跟踪磨煤机电流给定值，实现对钢球磨煤机料位的控制。

优选的是，搜索研磨出力最大时的磨煤机电流值的过程具体为：

磨煤机电流值达到最大值后，继续加煤，使磨煤机电流下降，当磨煤机电流下降设定值δ时，此时的磨煤机电流值对应的研磨出力最大。设定值δ的取值范围为0.5～1.0a。

优选的是，采用手动方式搜索磨煤机电流给定值：

司炉手动调节磨煤机制粉系统，找到并越过磨煤机电流最大值，待磨煤机电流下降δ，此时的磨煤机电流值为磨煤机电流给定值，手动设置磨煤机电流给定值。

优选的是，采用自动方式搜索磨煤机电流给定值，具体为：

步骤一、设定给煤机转速或给煤量的上限值，使给煤机转速或给煤量以设定的上限值输出；

步骤二、对磨煤机电流值进行采样，并计算本次和上次采样周期内磨煤机电流值的变化值△i和△i_1；

△i＝i-i_1；△i_1＝i_1-i_2；

其中，i、i_1、i_2分别为本次、上次、上上次采样周期的磨煤机电流采样值；

步骤三、判断△i是否大于0，如果判断结果为是，则在原给煤机转速或给煤量的上限值的基础上增加一个步长量并返回步骤一，否则执行步骤四；

步骤四、判断△i_1是否大于0，如果判断结果为是，则执行步骤五，否则执行步骤六；

步骤五、计算并存储i_max，i_max＝(i+i_1)/2；

步骤六、计算△i，△i＝i_max–i；

步骤七、判断△i是否大于δ，如果判断结果为是，则计算磨煤机电流给定值i_sp，i_sp＝i_max-δ，否则在原给煤机转速或给煤量的上限值的基础上增加一个步长量并返回步骤一。

本发明通过控制磨煤机电流间接实现控制磨煤机料位，从根本上解决了磨煤机料位不能有效测量的难题，磨煤机电流给定值对应的研磨出力最大，控制磨煤机电流跟踪磨煤机电流给定值，从而保证研磨出力最大，降低制粉电耗。

附图说明

图1是背景技术的料位与研磨出力的关系曲线图；

图2是具体实施方式一中的料位与研磨出力、磨电流的关系曲线图；

图3是具体实施方式二中的采用自动方式搜索磨煤机电流给定值的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的钢球磨煤机料位的控制方法，该方法为以磨煤机电流(简称磨电流)为被控量，对其在线搜索，搜索到研磨出力最大时的磨煤机电流值，并以该电流值作为磨煤机电流给定值，通过调节磨煤机转速或给煤量使磨煤机电流值跟踪磨煤机电流给定值，实现对钢球磨煤机料位的控制。

选择磨电流作为被控量的优点是：磨电流只与磨煤机的料位、钢球质量和煤质有关，不受磨煤机以外的因素干扰，信号稳定，简单可靠。

本实施方式中，钢球磨煤机的型号为js或jsq系列。钢球磨煤机适用于研磨煤、石灰石等物料。磨电流与料位的关系曲线是下凹的，磨电流最大值(i_max)出现在研磨出力最大值(η_max)左侧，对应的电流变化(下降)为δ＝0.5～1.0a。因此，需要先让磨煤机电流越过最大值i_p，继续加煤，使磨电流开始下降，当磨电流下降了δ后，对应的磨煤机料位到达o点，研磨出力达到最大值，以此时的磨电流i_o作为磨电流的给定值，即i_sp＝i_o＝i_max-δ，调节给煤量使磨电流跟踪i_sp，则可实现对磨煤机料位的自动控制，进而实现磨煤机出力的最大化。

磨电流最大值与磨电流最佳值之间的差值δ被称为优化因子，其数值直接影响料位是否运行在o点。长期的现场试验观察发现，δ可调整范围很小(0.1～0.2a)，只与钢球磨煤机的型号有关，与钢球质量、煤质关联很小。δ经现场实验确定后，可长期使用，不必经常修改。

具体实施方式二：结合图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的钢球磨煤机料位的控制方法作进一步说明，本实施方式中，磨煤机电流最大值受钢球质量和煤质影响，需经常搜索，从而得到磨煤机电流给定值，该搜索过程亦称为磨电流寻优过程。磨电流给定值的寻优过程可分为手动寻优和自动寻优。手动寻优是司炉手动调节制粉系统的运行，找到并越过磨电流最大值，待下降δ值后，再手动设置磨电流给定值，投入给煤自动。而自动寻优则是将人工对磨电流的寻优过程由计算机完成，整个过程无需人工干预，控制软件自动搜索磨电流最大值i_p并引导磨煤机越过之，到达i_o，自动加载i_sp＝i_o，在料位o点进入闭环控制，调节给煤量控制磨电流跟踪i_o寻优周期到或磨煤机启动时开始自动寻优。

自动寻优即采用自动方式搜索磨煤机电流给定值，具体为：

步骤一、设定给煤机转速或给煤量的上限值n_run_h，使给煤机转速或给煤量ao_n以设定的上限值输出；

步骤二、对磨煤机电流值进行采样，并计算本次和上次采样周期内磨煤机电流值的变化值△i和△i_1；

△i＝i-i_1；△i_1＝i_1-i_2；

其中，i、i_1、i_2分别为本次、上次、上上次采样周期的磨煤机电流采样值；

步骤三、判断△i是否大于0，如果判断结果为是，则在原给煤机转速或给煤量的上限值的基础上增加一个步长量并返回步骤一，否则执行步骤四；

步骤四、判断△i_1是否大于0，如果判断结果为是，则执行步骤五，否则执行步骤六；

步骤五、计算并存储i_max，i_max＝(i+i_1)/2；

步骤六、计算△i，△i＝i_max–i；

步骤七、判断△i是否大于δ，如果判断结果为是，则计算磨煤机电流给定值i_sp，i_sp＝i_max-δ，否则在原给煤机转速或给煤量的上限值的基础上增加一个步长量并返回步骤一。

i_max为磨电流的最大值；i_sp为磨电流的给定值。磨电流给定值寻优搜索结束后，控制系统自动进入磨给煤自动控制回路。该回路为单闭环回路，被控量为磨煤机电流，调节量为给煤机转速或给煤量，采用典型的pid控制器。

目前磨煤机的运行控制还普遍停留在人工手动操控阶段，制粉系统出力低，电耗高。本发明提出的用控制磨电流间接实现控制磨煤机料位的方法，从根本上解决了磨煤机料位不能有效测量的难题，再配之以自寻优控制方法，彻底解决了钢球磨运行中安全与经济的矛盾，实现了既安全又高效运行模式，把运行人员从繁重的监盘操作中解脱出来，为进一步减员增效，提高企业活力打下良好基础。上述优点在本技术实际应用后均得到验证。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。