双进双出钢球磨直吹式制粉系统中粉管煤粉流量获取方法与流程

本发明属于锅炉
技术领域：
，具体涉及一种双进双出钢球磨直吹式制粉系统中粉管煤粉流量获取方法。
背景技术：
：直吹式制粉系统进入炉膛的实时燃料量在稳态时是可计算的，但是在启停制粉系统期间，一次风粉管中的煤粉浓度在不断变化，即进入炉膛的燃料量也随之改变，而入炉燃料量的准确度直接影响到燃料控制指令，不准确的燃料反馈可能导致燃料指令的反向调节，从而造成锅炉主汽温度和压力的失控，影响机组安全和经济性。因此，准确得到一次风粉管中煤粉浓度/流量是至关重要的，然而目前测量煤粉浓度有微波法、光电检测法、激光法、静电法等，但都不够成熟，在电力生产中应用不多，且效果均不理想，各个电厂一般是采用一个固定的值(0.6～0.85)作为一次风粉管中的煤粉浓度，对于双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统，在给煤机启停特别是磨煤机启停中，煤粉浓度的变化是很复杂的，即使采用渐变浓度也不能很好的贴合实际变化曲线，因此制粉系统启停造成的燃料扰动一直以来都没有很好的方法予以消除或最大限度的减弱，经常出现燃料反馈失真，磨煤机容量风门反向调节，主汽压力/温度大幅偏离设定值，影响机组安全和经济性。技术实现要素：本发明的目的是提供一种双进双出钢球磨直吹式制粉系统中粉管煤粉流量获取方法，其可以实现实时检测一次风分管中煤粉流量，其通过实时变化的工况计算出对应工况时刻的煤粉暴露在一次风下的表面积，进而通过理论计算得到更加准确的煤粉流量值，解决现有煤粉流量值为依据经验得到的估计值所带来的问题，本发明为燃料控制指令提供准确的参数依据，进一步保证机组的安全性和经济性。本发明提供的一种双进双出钢球磨直吹式制粉系统中粉管煤粉流量获取方法，包括如下步骤：s1：分别获取煤粉淹没钢球工况以及煤粉被钢球压住工况下磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式或关系曲线，以及获取待测时刻磨煤机大罐内煤粉量；s2：利用所述关系式或关系曲线以及待测时刻磨煤机大罐内煤粉量得到待测时刻煤粉暴露在一次风下的表面积；s3：基于待测时刻煤粉暴露在一次风下的表面积以及风量计算出一次风粉管中煤粉流量；f(s,af)＝ksaafb式中，f(s,af)表示待测时刻一次风粉管中煤粉流量，s表示待测时刻煤粉暴露在一次风下的表面积，af表示风量，a、b为指数，k为比例系数。本发明通过获取煤粉淹没钢球工况以及煤粉被钢球压住工况下磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式或关系曲线得到磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系，进而获取到磨煤机大罐内煤粉量后可以实时计算出对应时刻煤粉暴露在一次风下的表面积，进而实时计算出一次风粉管中煤粉流量。其中，通过理论推导其关系式可以提高获取的煤粉暴露在一次风下的表面积的可靠性，进而提高最终计算结果的准确度。优选地，煤粉淹没钢球工况下磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式为：式中，m表示磨煤机大罐内煤粉量，b为磨煤机大罐长度，r为磨煤机大罐半径，ρc为煤粉堆密度，vb为钢球体积。优选地，煤粉被钢球压住工况下磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式为：式中，m表示磨煤机大罐内煤粉量，b为磨煤机大罐长度，r为磨煤机大罐半径，ρc为煤粉堆密度。优选地，所述待测时刻磨煤机大罐内煤粉量等于从磨煤机启动时刻至待测时刻的时段内磨煤机大罐内制粉速度p(t)与入炉燃料流量f(t)之差的累积；所述制粉速度p(t)表示单位时间内磨煤机大罐中磨成的煤粉量，所述入炉燃料流量f(t)表示单位时间内从所述磨煤机大罐吹入炉膛的煤粉量，待测时刻一次风粉管中煤粉流量为从所述磨煤机大罐进入炉膛的燃料流量f(t)。优选地，利用磨煤机大罐内煤粉量m(t)、制粉速度p(t)、入炉燃料流量f(t)构建闭环计算回路，所述闭环计算回路的方程组如下：f(t)＝f(s,af)式中，m(t表示磨煤机大罐内的粉量m，c(t)为给煤流量，p(t)为制粉速度，r(t为煤/粉比，y(r)为煤/粉比对应的制粉效率折线函数，f(t)为入炉燃料流量。优选地，比例系数k的取值范围为：[0.04,0.045]。优选地，指数a、b的取值均为1。有益效果本发明提供的一种双进双出钢球磨直吹式制粉系统中粉管煤粉流量获取方法，其可以在负荷快速变动或制粉系统启停期间，特别是磨煤机料位尚未建立的几十分钟内都能较现有技术更准确计算出一次风粉管中煤粉流量。其通过煤粉淹没钢球工况以及煤粉被钢球压住工况下磨煤机大罐内煤粉量m与煤粉暴露在一次风下的表面积s的关系式或关系曲线s(m)、从现场测量到的给煤流量c(t)更新煤粉比，最终更新制粉速度，而制粉速度与入炉燃料量f(t)之差的累积得到的磨煤机大罐内煤粉量m、从现场测量到的单台磨煤机容量风流量af(t)，依照关系式f(t)＝0.04s(m)af(t)实时计算出欲求的入炉燃料量f(t)，依次形成的一个闭环计算回路为燃料控制调节指令的准确执行提供基础。附图说明图1是本发明的提供的煤粉入炉的结构示意图；图2是本发明提供的磨煤机示意图，其中(a)图为磨煤机大罐轴向视图，(b)图为磨煤机大罐空间视图；图3是本发明提供的所述方法的磨煤机大罐内煤量与暴露在一次风下面积的对应曲线；图4是本发明提供的dcs逻辑控制图；图5是本发明提供的一台磨煤机实际料位与本发明计算出的磨煤机大罐内煤粉量对应曲线；图6是本发明提供的煤粉比-制粉效率函数的曲线示意图。具体实施方式下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。首先，结合图1说明煤粉入炉的过程如下：给煤机将原煤下入磨煤机的大罐，流量为c(t)(单位时间内送入磨煤机大罐的原煤量)，经过一段时间后被磨成煤粉，随着大罐内煤量的增加，制粉速度p(t)(单位时间内被磨成煤粉量)也在增加，当给煤流量与转变为煤粉的速度达到平衡时，即c(t)＝p(t)时，大罐内的煤量不再增加，同时随着制粉速度p(t)的增加，大罐内煤粉量增加，煤粉浓度增加，粉管内煤粉浓度也在增加，吹走的煤粉流量f(t)增加(大罐中的煤粉进入分离器后，粗粉被返回大罐，细粉被一次风带入炉膛，带入炉膛的量为吹走的煤粉流量f(t))，当f(t)＝p(t)＝c(t)时，达到动态平衡，磨煤机料位稳定。其中，通过长时间的研究和查阅资料，发现扬尘量与煤粉表面积、风量、含水量、堆密度诸多因素有关，磨煤机大罐中，煤粉含水量可以忽略不计，煤粉堆密度可以按照新制煤粉密度0.5计，设煤粉暴露在一次风下的表面积为s，风量信号为af，磨煤机大罐中单位时间内的扬尘量f1(s,af)可以表示为f1(s,af)＝k1saafb，k1为比例系数，然而基于上述煤粉入炉过程可知，磨煤机大罐中的煤粉进入分离器后，粗粉被返回大罐，细粉被一次风带入炉膛，因此粉管中煤粉的浓度小于大罐中的煤粉浓度，需要再乘上一个系数k2，一次风粉管中煤粉流量可以表示为f(s,af)＝k1k2saafb＝ksaafb，通过研究发现，k的取值范围为：[0.04,0.045]，指数a、b的取值均为1。从上述可知，若要得到实时的一次风粉管中煤粉流量，则需要获知煤粉暴露在一次风下的表面积为s以及风量af，其中，风量af为现场测量得到，煤粉暴露在一次风下的表面积为s是实时变化的，通过研究发现其与磨煤机大罐中煤粉的质量m有关，本发明根据煤粉淹没钢球工况以及煤粉被钢球压住工况分析磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系，如下：a：首先考虑煤粉淹没钢球的情况，煤粉暴露在一次风下的表面积为s，存在：s＝l×b，煤粉的质量m，存在：m＝(s0×b-vb)×ρc；其中，如图2中的(a)、(b)图所示，l为磨煤机大罐内煤粉横截面弦长，b为磨煤机大罐长度，r为磨煤机大罐半径，s0为磨煤机大罐内煤粉横截面积；进而推导出煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式为：譬如，针对bbd4060磨煤机，其中，参数b＝6，r＝2，煤粉堆密度ρc＝0.5，vb＝3.7带入得到，煤粉淹没钢球工况下磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式为：b：其次考虑煤粉被钢球压住工况下，磨煤机转动时，落地钢球可粗略视为等径最密堆积，不论是六方最密堆积还是立方最密堆积的空间占有率都为74.05％，考虑到有煤粉在间隙内，落地钢球的空间占有率略低，按照70％估算，煤粉的质量m，存在：m＝s0×b×30％×ρc，煤粉暴露在一次风下的表面积为s，近似存在：s＝0.32/3×l×b；进而推导出煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式为：譬如，针对bbd4060磨煤机，其中，参数b＝6，r＝2，煤粉堆密度ρc＝0.5，vb＝3.7带入得到，煤粉淹没钢球工况下磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式为：根据上述两个工况下磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式得到如图3所示的煤粉量与暴露表面积的关系曲线，从曲线可知，当获知大罐内煤粉量，则可以计算出暴露表面积。基于上述原理性说明，本发明提供的一种双进双出钢球磨直吹式制粉系统中粉管煤粉流量获取方法，包括如下步骤：s1：分别获取煤粉淹没钢球工况以及煤粉被钢球压住工况下磨煤机大罐内煤粉量与煤粉暴露在一次风下的表面积的关系式或关系曲线，以及获取待测时刻磨煤机大罐内煤粉量；s2：利用所述关系式或关系曲线以及待测时刻磨煤机大罐内煤粉量得到待测时刻煤粉暴露在一次风下的表面积；s3：基于待测时刻煤粉暴露在一次风下的表面积以及风量计算出一次风粉管中煤粉流量。为了说明本发明的实现过程，本发明涉及了dcs逻辑，构成了一个闭环计算回路。如图4所示，根据逻辑图以及上述流程，本发明对其实现过程进行简单说明，如下：闭环计算回路中涉及如下方程组：f(t)＝0.04s(m)af(t)(6)式中，m(t)表示磨煤机大罐内的粉量m，c(t)为给煤流量，由现场测得，p(t)为制粉速度，r(t)为煤/粉比，y(r)为煤/粉比对应的制粉效率折线函数(通过经验摸索出煤粉比与制粉效率的关系曲线)，f(t)为入炉燃料流量，等于一次风粉管中煤粉流量f(s,af)，s(m)为煤机大罐内煤粉量-表面积的关系式，af(t)为单台磨容量风流量，由现场测得。其中，本发明实施例中煤/粉比对应的制粉效率折线函数y(r)如图6所示，横坐标为煤粉比，纵坐标为制粉效率，通过经验得到如下表1：表1煤粉比制粉效率0.236142104810048因此，根据上述方程组以及图4所示的dcs逻辑图，构成的闭环计算回路为：基于磨煤机大罐内的粉量m(t利用公式(3)可以更新t时刻煤/粉比以及利用公式(1)、(2)表面积s(m)，进而根据表面积s(m)利用公式(6)可以计算出t时刻入炉燃料流量f(t)，以及根据t时刻的煤/粉比利用公式(4)计算出制粉速度p(t)，再基于入炉燃料流量f(t)、制粉速度p(t)并根据公式(5)可以实现磨煤机大罐内的粉量m的更新，从而实现了一个闭环计算回路。其中，理论上磨煤机启动时，即进入罐内的煤被磨成粉，其与残留煤粉其可以用一个较短时间的纯滞后环节替代，实现闭环计算回路的起始循环计算，譬如，根据经验拉空的磨煤机启动时，煤/粉比大，制粉效率高，但是煤量少，制粉速度低，随着煤量的增多，制粉速度增加，煤/粉比降低，制粉效率降低，给煤流量单位如为t/h，经长时间摸索，制粉效率约在30-50之间，即进入罐内的煤1分钟后大约有50％-80％被磨成粉，这个环节也可用一个纯滞后环节粗略替代，时间常数为90秒左右。为了初步验证该方法的正确性，本发明将计算出的罐内粉量与料位数据导出，三次启停磨的对应曲线如图5所示，纵轴表示料位，横轴表示粉量，图5中的三条曲线表示根据本发明计算的三次启停过程中罐内粉量与位料数据的曲线图，罐内粉量与位料数据的变化曲线中拐点是有效值校验点，从图中可以看出，三条曲线均是在5-6吨粉量处出现拐点(100左右的料位)，由此证明本发明提供的罐内粉量的计算公式的可靠性，进而佐证本发明构建的闭环计算回路的可靠性。因为采用了本发明的串级自平衡算法，大唐湘潭发电有限责任公司4号机组燃料主控得到了较为准确的入炉燃料量，协调控制品质有了很大提升，其中，2018年2月(仅采用时间渐变浓度)与2018年9月(采用串级自平衡算法)主汽温度、压力的控制结果为：2月份低负荷时主汽温度波动±9℃，压力波动±0.5mpa，大负荷变化时(无磨启停)，主汽温度波动-28℃，负荷小幅度波动时，主汽温度波动±10℃，压力波动±0.8mpa；磨煤机启停时，主汽温度波动±10℃；大幅减负荷同时停c磨，汽温波动-37℃；9月份较低负荷稳态时，主蒸汽温度波动±1℃，三角形负荷变化时，主蒸汽温度波动±4.5℃，压力波动±0.7mpa，小幅负荷变动同时启d磨，主汽温度波动-5℃，小幅度负荷变动同时停c磨，主汽温度波动-5℃，大幅减负荷同时停c磨，主汽温度波动±5℃。本发明成果应用前后平均主汽温度相差6.5℃，降低煤耗0.68g/kw主汽，年均可节约发电成本130万元。需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。当前第1页12