一种超临界机组风扇磨控制系统及方法与流程

本发明属于火电厂自动控制技术领域，涉及一种超临界机组风扇磨控制系统及方法。

背景技术：

风扇磨煤机又名风扇式破碎机，是目火力发电厂应用较为广泛的一种磨煤机，其结构简单、制造方便，占地面积及金属耗量均较少，因而初投资低。风扇磨还具有制粉系统简单，出粉速度快等优点。此外，风扇磨集干燥、破碎、输送三种功能于一身，相对于钢球磨及中速磨等其他直吹式制粉系统，可以减少一次风机的布置，风烟系统布局简单。现有的风扇磨煤机主要用于磨制水分较高(mar＞30％)、灰分较低(aar＜15％)的褐煤及软质烟煤。

风扇磨制粉系统包含风扇磨煤机、给煤机、冷烟风机、干燥剂及相关附属设备，其干燥剂可采用热空气单介质、高温烟气、热空气二介质混合或高温烟气热空气及冷烟气三介质混合。当前，燃用褐煤的大型超(超)临界机组火力发电厂，多采用高温炉烟、热空气及低温炉烟三介质组成干燥剂的风扇磨直吹式制粉系统。

炉膛出口高温烟气(约1000℃)与空气预热器出口热二次风(约340℃)及冷烟气(约120℃)混合后，作为干燥剂携带给煤机来煤进入风扇磨，在风扇磨中经过干燥、击碎及风压提升等过程，通过风扇磨出口煤粉分离器进入粉管，从而进入炉膛燃烧。

高温烟气在锅炉炉膛上部抽取，烟温低于1000℃。低温烟气抽自电气除尘器后，约130℃。采用高低温烟气和热风三种介质作为干燥剂时，一般可保持热风量不变，通过调节冷热烟气量以适应磨煤机不同工况时干燥的需求。掺合冷烟气可保证制粉系统干燥剂内co2含量大于4％，免除制粉系统发生爆炸的危险。尤其是在停磨煤机时，向磨煤机通入130℃的冷烟气，热磨煤机惰走，既可吹出余粉，又可冷却风扇磨煤机。

由于增加了冷烟气，需要增加冷烟风机和相当长的冷烟气管道，因而初建投资和运行维护费用都要有所增大。同时；也将给制粉系统的布置带来一定的困难。而且为使抽取的冷烟气中含有较低的水蒸气和较少的含尘量；以免影响燃烧过程和减轻冷烟风机的磨损，要求采用电气除尘器。另外，冷烟气进入炉膛会使炉内温度水平降低，燃烧过程减缓，有可能导致灰渣可燃物含量增大，锅炉不完全燃烧热损失增加。

采用风扇磨制粉系统，系统无需布置一次风机，锅炉高温烟气、热二次风及冷烟风共同组成干燥风，在磨内与原煤混合加热。同时风扇磨运行，在粉碎原煤的同时，对干燥风进行升压，从而提升了风粉混合物的速度，保证其入炉刚度，加快了煤粉燃烧的速度，减小了锅炉的惯性。但同时入口干燥剂混合相对复杂，热风与冷烟气，入口温度与出口温度之间均存在耦合关系，调节易相互干扰。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种超临界机组风扇磨控制系统及方法，保证风扇磨入口温度不超温，出口温度正常且磨煤机入口氧量不超标，同时及时有效将入磨煤粉粉碎干燥，并输送至炉膛内燃烧，提高锅炉响应速度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种超临界机组风扇磨控制系统，包括：

给煤机，所述给煤机出口的来煤与炉膛出口高温烟气混合后输送至风扇磨；

风扇磨，所述风扇磨出口连接入若干出口粉管；来煤经过干燥、击碎及风压提升后，通过风扇磨出口煤粉分离器进入粉管，由粉管进入炉膛燃烧。

本发明进一步的改进在于：

所述给煤机出口来煤还与热二次风混合后进入风扇磨。

所述热二次风通过热二次风调节阀进入风扇磨。

所述给煤机出口来煤还与冷烟风混合后进入风扇磨。

所述冷烟风通过冷烟风调节阀进入风扇磨。

所述冷烟气由空气预热器出口烟气经冷烟风机升压后得到。

所述风扇磨的出口再循环门通过再循环阀将煤粉输送回风扇磨。

一种超临界机组风扇磨控制方法，包括以下步骤：

维持风扇磨出口温度稳定，从而使煤粉进入炉膛能够及时燃烧；

当机组负荷增加时，将低温度的冷烟气并入干燥剂中，从而控制出口温度，并防止磨入口氧量超标；

热二次风调节挡板与冷烟气调节挡板采用同一pid调节器；根据二者分配函数的不同，二者同时对出口温度进行控制；当入口氧量达到报警限值时，闭锁热二次风调节挡板开，此时若风扇磨出口温度高，由冷烟风调节挡板单独控制温度；当磨入口温度达到报警限值时，闭锁pid调节器关；将给煤机指令与煤量反馈取大后作为温度控制的前馈；

冷烟风机系统从空气预热器出口抽出低温烟气，经过两台离心式并联冷烟风机加压后，送至各台磨煤机入口落煤管，与热二次风混合后，作为干燥剂的冷工质进入磨煤机；正常情况下，一台冷烟风机运行，其入口调节门控制冷烟风机出口母管风压，保证各个负荷、不同工况下冷烟气流量满足磨煤机冷却要求；另一台冷烟风机备用，其入口调节阀跟踪运行风机入口调节阀指令，保证风机连锁启动时，能够快速增加出力，保证系统运行平稳。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对风扇磨模拟量控制系统及方法，从变负荷前馈(提高快速响应能力)、入口风温控制、出口风温控制及入口氧量控制等方面考虑，保证风扇磨入口温度不超温，出口温度正常且磨煤机入口氧量不超标，同时及时有效将入磨煤粉粉碎干燥，并输送至炉膛内燃烧，提高锅炉响应速度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1风扇磨系统图；

图2风扇磨再循环调节阀逻图；

图3锅炉变负荷前馈逻辑图；

图4锅炉变负荷前馈仿真曲线；

图5风扇磨温度及氧量控制逻辑图；

图6冷烟风机控制逻辑图。

其中：1-风扇磨，2-再循环阀，3-冷烟风调节阀，4-热二次风调节阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明实施例公开了一种超临界机组风扇磨控制系统，包括给煤机、风扇磨1、高温烟气、热二次风调节阀、冷烟风调节阀、风扇磨出口再循环门。炉膛出口高温烟气(约1000℃)与空气预热器出口热二次风(约340℃)及冷烟气(约120℃)混合后，作为干燥剂携带给煤机来煤进入风扇磨，在风扇磨中经过干燥、击碎及风压提升等过程，通过风扇磨出口煤粉分离器进入粉管，从而进入炉膛燃烧。其中冷烟气由空气预热器出口烟气经冷烟风机升压后得出。

风扇磨运行类似于风机，随着入磨煤量的增加，磨内煤粉的破碎，风粉混合物的压头提高，其出粉速度也随之增加，因此变负荷前馈直接作用至燃料主控设定中，直接控制给煤机转速。

由于风扇磨内存在煤粉干燥、打击破碎的过程，其从给煤增加到煤粉输出存在一定的时间惯性，为进一步提高锅炉响应能力，可将变负荷前馈添加至磨煤机出口再循环阀控制回路：稳定负期间，再循环阀根据给煤机出力线性控制，保证合适的煤粉细度；负荷增加(减少)时，减小(加大)再循环阀开度，使出口煤粉由再循环管路回至磨煤机，从而瞬间改变入炉粉量，提高锅炉响应能力。

由于变负荷过程中入炉粉量及煤粉细度发生了暂态变化，实际水煤比会产生变化，同时引起锅炉出口氧量及主汽再热器温度发生变化，因此需将此变负荷前馈作用至给水、风量及减温水调节回路。

风扇磨出口温度控制的目的是保证煤粉干燥程度，在保证磨煤机安全的情况下，维持风扇磨出口温度稳定(130-180℃)，从而保证煤粉进入炉膛能够及时燃烧，因此其控制目标要求出口温度尽量稳定。磨煤机入口温度控制目的是保证入口温度不超温(≤520℃)，保证制粉系统安全，因此其控制回路为超温限制功能，确保系统安全。同时由于磨煤机入口干燥剂包含送风，若送风含量过大，会造成磨煤机内部氧量过高，与干燥煤粉混合，容易引起爆炸；因此入口氧量控制的目的是保证入口氧量不超限(≤12％)，保证系统安全。

风扇磨干燥剂由高温烟气、热二次风及冷烟气三者混合而成。高温烟气由炉膛出口而来，提供加热源。机组带较低负荷阶段，热二次风作为主要冷源，与高温烟气混合，保证磨煤机入口温度不超温，并控制出口温度正常，保证干燥出力。当机组负荷增加时，热二次风温度随之增加，为保证冷却效果，需要将较低温度的冷烟气并入干燥剂中，从而有效控制出口温度，并防止磨入口氧量超标。

为避免相互扰动，热二次风调节挡板与冷烟气调节挡板采用同一pid调节器，正常情况下，根据二者分配函数的不同，二者同时对出口温度进行控制。当入口氧量达到报警限值时，闭锁热二次风调节挡板开，此时若风扇磨出口温度高，由冷烟风调节挡板单独控制温度。当磨入口温度达到报警限值时，闭锁pid调节器关，从而避免磨煤机入口温度进一步升高造成跳磨。同时为保证煤量变化时出口温度的稳定，将给煤机指令与煤量反馈取大后作为温度控制的前馈，确保动态下温度变化正常。

冷烟风机系统从空气预热器出口抽出低温烟气，经过两台离心式并联冷烟风机加压后，送至各台磨煤机入口落煤管，与热二次风混合后，作为干燥剂的冷工质进入磨煤机。正常情况下，一台冷烟风机运行，其入口调节门控制冷烟风机出口母管风压，保证各个负荷、不同工况下冷烟气流量满足磨煤机冷却要求。另一台冷烟风机备用，其入口调节阀跟踪运行风机入口调节阀指令，保证风机连锁启动时，能够快速增加出力，保证系统运行平稳。

本发明的原理及工作过程：

风扇磨制粉系统不配置一次风机，其干燥剂由高温烟气、热二次风及冷烟气混合组成，煤粉输送力由风扇磨旋转升压提供，因此其变负荷前馈响应环节与其他直吹式制粉系统有所不同。

风扇磨运行类似于风机，随着入磨煤量的增加，磨内煤粉的破碎，风粉混合物的压头提高，其出粉速度也随之增加，因此变负荷前馈直接作用至燃料主控设定中，直接控制给煤机转速。

由于风扇磨内存在煤粉干燥、打击破碎的过程，其从给煤增加到煤粉输出存在一定的时间惯性，为进一步提高锅炉响应能力，可将变负荷前馈添加至磨煤机出口再循环阀控制回路。其控制逻辑如图2所示，稳定负荷期间，再循环阀根据给煤机出力线性控制，保证合适的煤粉细度。负荷增加(减少)时，减小(加大)再循环阀开度，使出口煤粉由再循环管路回至磨煤机，从而瞬间改变入炉粉量，提高锅炉响应能力。

由于变负荷过程中入炉粉量及煤粉细度发生了暂态变化，实际水煤比会产生变化，同时引起锅炉出口氧量及主汽再热器温度发生变化，因此需将此变负荷前馈作用至给水、风量及减温水调节回路。

锅炉变负荷前馈逻辑图如图3所示，负荷指令通过微分回路得出实际负荷变化率，负荷变化跨度与设定负荷变化率计算得出变负荷结束系数用于进行变负荷结束时的提前刹车功能，以上两者相乘得出基本的锅炉变负荷前馈值bir(boilerinputratio)。该bir值经过升降负荷函数修正，分别作用至给煤、给水、送风、减温水及磨煤机再循环调节阀等回路，保证动态过程锅炉的快速性响应及汽温汽压氧量的重要参数的稳定。

其过程仿真曲线如图4所示，t0时刻，机组负荷指令增加，变负荷前馈值根据实际负荷变化速率输出。t1时刻，刹车回路动作，变负荷前馈提前减小，防止变负荷结束后系统超压。t2时刻，机组负荷指令达到目标值，变负荷前馈按照实际变化速率减至0。其中刹车点t1，根据变负荷跨度与变负荷速率得出，以满足不同工况下变负荷结束时压力调节的需求。

风扇磨出口温度控制的目的是保证煤粉干燥程度，在保证磨煤机安全的情况下，维持风扇磨出口温度稳定(130-180℃)，从而保证煤粉进入炉膛能够及时燃烧，因此其控制目标要求出口温度尽量稳定。磨煤机入口温度控制目的是保证入口温度不超温(≤520℃)，保证制粉系统安全，因此其控制回路为超温限制功能，确保系统安全。同时由于磨煤机入口干燥剂包含送风，若送风含量过大，会造成磨煤机内部氧量过高，与干燥煤粉混合，容易引起爆炸；因此入口氧量控制的目的是保证入口氧量不超限(≤12％)，保证系统安全。

风扇磨干燥剂由高温烟气、热二次风及冷烟气三者混合而成。高温烟气由炉膛出口而来，提供加热源。机组带较低负荷阶段，热二次风作为主要冷源，与高温烟气混合，保证磨煤机入口温度不超温，并控制出口温度正常，保证干燥出力。当机组负荷增加时，热二次风温度随之增加，为保证冷却效果，需要将较低温度的冷烟气并入干燥剂中，从而有效控制出口温度，并防止磨入口氧量超标。

风扇磨温度及氧量控制逻辑如图5所示，为避免相互扰动，热二次风调节挡板与冷烟气调节挡板采用同一pid调节器。正常情况下，根据二者分配函数的不同，二者同时对出口温度进行控制。当入口氧量达到报警限值时，闭锁热二次风调节挡板开，此时若风扇磨出口温度高，由冷烟风调节挡板单独控制温度。当磨入口温度达到报警限值时，闭锁pid调节器关，从而避免磨煤机入口温度进一步升高造成跳磨。同时为保证煤量变化时出口温度的稳定，将给煤机指令与煤量反馈取大后作为温度控制的前馈，确保动态下温度变化正常。

冷烟风机系统从空气预热器出口抽出低温烟气，经过两台离心式并联冷烟风机加压后，送至各台磨煤机入口落煤管，与热二次风混合后，作为干燥剂的冷工质进入磨煤机。冷烟风机控制逻辑如图6所示，正常情况下，一台冷烟风机运行，其入口调节门控制冷烟风机出口母管风压，保证各个负荷、不同工况下冷烟气流量满足磨煤机冷却要求。另一台冷烟风机备用，其入口调节阀跟踪运行风机入口调节阀指令，保证风机连锁启动时，能够快速增加出力，保证系统运行平稳。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。