遙測料位測量系統(tǒng)在雙進雙出磨煤機上的應用

國家能源蓬萊發(fā)電有限公司 程孝峰 徐西俊 孫亞偉

國電蓬萊發(fā)電有限公司2臺330MW鍋爐的制粉系統(tǒng)采用雙進雙出鋼球磨煤機正壓直吹系統(tǒng)，每臺爐配3套雙進雙出鋼球磨煤機，采用沈陽重型機械有限責任公司生產(chǎn)的BBD4060B雙進雙出磨煤機，磨煤機料位采用傳統(tǒng)的壓差料位與電耳料位系統(tǒng)。

1 磨煤機料位現(xiàn)在存在的問題

1.1 差壓法測量料位的問題

差壓料位主要測量的是漂浮煤粉的高度和濃度、而不是測量影響研磨效果的磨煤機內(nèi)原煤和鋼球的比例，所以差壓料位無法表征磨煤機內(nèi)部原煤的存量。以差壓作為給煤機自動控制的主信號，當鍋爐負荷變化頻繁時往往出現(xiàn)磨煤機出力跟不上鍋爐負荷調(diào)整的現(xiàn)象；磨煤機內(nèi)物料分布不均勻，磨煤機內(nèi)原煤從與鋼球混合的大塊物料到懸浮空中的粉狀煤粉呈不均勻分布的動態(tài)流動過程，而磨煤機內(nèi)煤粉分布對通風阻力影響大，導致差壓料位測量線性較差，測量的精確性降低。

在啟磨建立料位初期和停磨抽空時，差壓料位測量存在死區(qū)，無法正確反映料位波動情況；差壓料位系統(tǒng)日常維護困難且維護量大、維護費用高，時常發(fā)生取樣管路磨損、堵塞及差壓料位探頭保護套脫落、變形現(xiàn)象，造成磨煤機差壓料位測量不準確取樣。當管路磨損嚴重時必須等到機組大小修停機才能恢復，一旦差壓料位存在異常，運行人員只能根據(jù)磨煤機電流、分離器出口溫度等參數(shù)的變化，通過經(jīng)驗來判斷磨煤機的料位，極容易造成磨煤機滿磨或空磨運行，嚴重影響機組安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.2 電耳測量料位的問題：

電耳測量磨煤機料位是通過在磨煤機筒體附近的地面上安裝音頻采集裝置，通過分析磨煤機噪音的大小來判斷磨煤機料位的多少，但由于受環(huán)境噪音干擾，信號源衰減大，料位信號測量不準確、線性差、反應慢等原因，在機組投產(chǎn)后電耳料位不再作為運行人員的參考料位，已停止使用。

2 遙測料位測量系統(tǒng)的原理和特點

遙測料位測量是把傳感器直接安裝在磨煤機筒體上，在筒體旋轉(zhuǎn)過程中，實時檢測磨煤機運行過程中的振動信號與磨內(nèi)的料位、填充率、鋼球和襯板狀況。當磨內(nèi)料位低、存料量少時，鋼球之間以及鋼球與襯板間因緩沖物減少而振動加劇，傳導至磨筒體表面的振動增大；當磨內(nèi)料位上升、存料量增加時緩沖物增多，磨內(nèi)及傳導至筒體表面的振動減小。磨內(nèi)鋼球面以上的煤層厚度以及鋼球之間的原煤厚度直接影響原煤的破碎和研磨效果，其厚度變化會導致磨內(nèi)振動波形、頻率等特征的變化，通過分析磨內(nèi)的振動信號可精確可靠地分析磨內(nèi)物料流動等狀態(tài)；經(jīng)過遙測料位檢測裝置的智能分析和數(shù)據(jù)融合，輸出兩個4～20mA標準料位信號值用于顯示料位和自動控制給煤機，其測量和控制范圍涵蓋了從完全空磨到超高料位全過程。

遙測料位測量系統(tǒng)增加了基于振動分析的原煤料位測量裝置，實現(xiàn)了磨內(nèi)原煤料位和煤粉料位的同步測量。以原煤料位和料位測量信號為基礎，通過融合分析，綜合分析出磨內(nèi)料位狀態(tài)，得出綜合料位融合信號，并綜合料位設定值、給煤量反饋、風量信號、出口溫度、負荷信號等參數(shù)，經(jīng)過綜合分析實現(xiàn)給煤自動控制?；谠摿衔蝗诤闲盘柕慕o煤自動控制系統(tǒng)，能在確保煤粉存量的情況下實現(xiàn)包括球煤比例和煤粉高度在內(nèi)的磨內(nèi)狀態(tài)精確控制，并自動平衡磨煤機兩側(cè)分離器出口溫度。相較于單純的差壓給煤自動系統(tǒng)，應用遙測料位控制可使制粉系統(tǒng)更加平穩(wěn)，煤粉細度和風煤比更加穩(wěn)定，有效地降低制粉單耗和鋼耗，穩(wěn)定鍋爐機組參數(shù)，提高鍋爐機組的經(jīng)濟效益。

遙測料位測量裝置傳感器直接安裝在旋轉(zhuǎn)的筒體上以檢測磨內(nèi)振動等狀態(tài)信號，徹底解決了傳統(tǒng)方法無法直接測量磨內(nèi)信息及強干擾導致的精度低、可靠性差的難題。從根本上避免了差壓法測量料位反應滯后，低料位測量不準，取樣管路容易磨損、堵塞且維護困難等缺點；也避免了傳統(tǒng)電耳法測量的料位信號衰減嚴重、受外界噪音干擾嚴重，導致料位測量不準的缺點，實現(xiàn)了對磨內(nèi)料位等狀態(tài)參數(shù)直接、精確的測量。同時，在差壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障、無法投入自動控制時，單獨用原煤料位信號結(jié)合智能前饋控制技術實現(xiàn)給煤機投自動，確?？刂菩Ч麅?yōu)于原有差壓料位給煤自動控制特性。徹底解決差壓料位故障時給煤機無法投自動而影響燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的問題。

3 改造方案

3.1 硬件改動

筒體料位測量裝置：磨煤機筒體上的傳感器測量方法新穎獨特，將傳感器直接安裝在距離磨煤機筒體端部1/3處的位置隨磨煤機筒體一同旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中測量磨煤機筒體內(nèi)料位分布，實現(xiàn)最直接的測量。信號穩(wěn)定可靠是控制磨煤機料位的核心技術，它采用重力自發(fā)電技術供電和無線傳輸技術，使傳感器常年不間斷地測量旋轉(zhuǎn)設備狀態(tài)參數(shù)，并通過無線發(fā)射將筒體振動信號傳送至就地料位采集箱。新型重力自發(fā)電技術結(jié)合無線傳輸技術，使得從旋轉(zhuǎn)部件到地面之間不需要任何連接導線。

軸瓦料位測量裝置：磨煤機軸瓦上的傳感器在磨煤機旋轉(zhuǎn)向下方向的出料端軸瓦上選定安裝位置并加裝防碰撞外殼，將軸瓦振動信號通過有線通訊的方式將信號傳輸?shù)骄偷亓衔徊杉洹?/p>

就地料位采集箱：就地料位采集箱在磨煤機周圍就近選擇合適的位置通過膨脹螺絲進行固定，負責與安裝在筒體設備上的數(shù)據(jù)采集部分進行無線數(shù)據(jù)通訊，與軸瓦設備上的數(shù)據(jù)采集部分進行有線數(shù)據(jù)通訊；接受采集到的數(shù)據(jù)，并且上傳數(shù)據(jù)采集部分的參數(shù)。就地料位采集箱提供兩種接口：RS485通訊方式和4～20mA電流輸出，將收集到的振動信號分別傳輸至料位自動控制柜和DCS控制柜。

電子間增加一套料位自動控制柜：在控制柜內(nèi)安裝工業(yè)控制計算機、顯示器及運行優(yōu)化控制程序。工控機與DCS控制柜之間采用RS485串口的modbus通訊方式與硬接線方式綜合實現(xiàn)。系統(tǒng)采用先進的測量和數(shù)據(jù)處理方法及多數(shù)據(jù)融合技術，將來自多傳感器或多源的信息和數(shù)據(jù)模仿專家的綜合信息處理能力進行智能化處理，從而得出更為準確可信的結(jié)論。

3.2 軟件改動

DCS側(cè)模擬量及數(shù)字量輸出信號的傳輸。給煤機轉(zhuǎn)速反饋、容量風風量、給煤量、分離器出口溫度、磨內(nèi)原煤料位、分離器出口壓力、磨出入口差壓等模擬量通過Modbus通信傳輸至料位自動控制系統(tǒng)。給煤機手/自動切換數(shù)字量信號通過Modbus通信的通訊方式，由DCS直接傳輸至料位自動控制系統(tǒng)。

DCS側(cè)模擬量及數(shù)字量輸入信號的傳輸。料位自動控制系統(tǒng)輸出至DCS系統(tǒng)的模擬量信號主要有給煤機轉(zhuǎn)速指令模擬量信號，料位自動控制系統(tǒng)輸出至DCS系統(tǒng)的數(shù)字量信號主要有系統(tǒng)通訊正常的開關量信號。系統(tǒng)通訊正常主要是判斷工控機軟件工作是否工作正常，如果發(fā)生系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)modbus通訊中斷、系統(tǒng)工控機斷電、死機等故障，此時DCS側(cè)自動解除遙測料位自動控制系統(tǒng)自動跳到手動狀態(tài)，并在光字牌上報警提示。

在主畫面上添加遙測料位顯示并在主畫面上添加遙測料位手/自動切換“按鈕”。在給煤機控制中增加選擇模塊，當遙測料位投自動時，給煤機指令跟蹤料位自動控制系統(tǒng)優(yōu)化后的指令；當料位自動控制系統(tǒng)通訊中斷，遙測料位切手動時，給煤機指令跟蹤原差壓料位計算出的指令。

4 改造效果

4.1 節(jié)電降耗、提高經(jīng)濟效益，保證鍋爐機組運行可靠

通過穩(wěn)定磨內(nèi)存煤量，降低鋼球和波浪瓦磨損；通過自動控制實現(xiàn)穩(wěn)定磨內(nèi)料位和存煤量，穩(wěn)定煤粉細度，磨煤機料位自動跟蹤負荷指令變化穩(wěn)定鍋爐燃燒，自動控制實現(xiàn)投入率99%以上；降低對差壓的依賴，減少維護成本。

保證磨煤機磨內(nèi)存煤量和料位在一定的范圍，避免滿磨或空磨等工況；避免系統(tǒng)運行在不安全區(qū)域。為了提高磨煤機出力需要增加給煤量，磨內(nèi)存煤量增加時出力也變大，但當磨內(nèi)存煤量超過最大出力點后出力將快速下降，這將導致磨內(nèi)波動較大，且進入存煤量高而出力低的區(qū)域后恢復速度較慢。通過對存煤量進行控制以及控制區(qū)域自動調(diào)節(jié)功能，可避免將磨煤機控制在不安全區(qū)域。

4.2 磨煤機處于相對最佳工況運行，降低運行強度，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字化

保證系統(tǒng)最佳通風量、最大出力。制粉系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行于自動狀態(tài)，降低運行人員和檢修人員勞動強度；實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字化、信息化管理。人工設置設定值與自動推薦相結(jié)合，系統(tǒng)在人工設定的范圍內(nèi)通過對歷史工況和當前趨勢的分析，經(jīng)過自動尋優(yōu)后二次修正設定值以滿足工況的變化；控制參數(shù)自整定?？刂菩Чu估程序?qū)崟r評估控制效果，如控制效果偏離預期狀態(tài)則通過預設的策略修正控制參數(shù)，相當于一個24小時值班的“熱工工程師”時刻維護控制系統(tǒng)。

大偏差快速穩(wěn)定。當磨內(nèi)料位和存煤量偏差較大，如空磨或接近滿磨狀態(tài)時，系統(tǒng)能夠進行大偏差快速控制將系統(tǒng)“拉回”到正常范圍；多參數(shù)綜合判斷?？刂葡到y(tǒng)不依賴于單一信號進行控制而是模仿運行人員的綜合判斷能力，同時參考差壓料位、存煤量、出口溫度、磨煤機電流、其他壓力和流量信號進行綜合分析后進行決策。

5 結(jié)語

遙測料位測量系統(tǒng)在BBD4060B雙進雙出磨煤機上的實踐應用，說明遙測料位測量系統(tǒng)在運行中測量準確，信號反饋速度快，能適應各種擾動工況下的變化，而且易于維護。