华能伊敏#4 机组#3 磨煤机控制设计11 引 言磨煤机是火力发电站煤粉制备系统的主体设备， 其安全、经济运行与整 个电厂的安全、经济运行有着紧密的联系磨煤机的作用是将一定尺寸的煤块 磨制到规定的细度煤粉以供给锅炉燃烧，并在磨制过程中将煤干燥到规定的 水平，使煤能够在锅炉中充分燃烧磨煤机的形式主要有三大类：低速磨煤 机（钢球磨煤机），中速磨煤机（ E 型磨煤机、碗式磨煤机、平盘磨煤机及 MPS 磨煤机等）及高速磨煤机（风扇磨煤机、锤击式磨煤机等） 其中， 钢球磨煤机被我国大多数火电厂采用，据资料统计，在国内发电厂中钢球磨 煤机占各类磨煤机总量的 60%以上 然而钢球磨煤机的缺点也是显而易见的，如运行复杂、电耗高、噪音大、 耗钢多、磨损多等，特别是自动控制难以实现这个问题至今仍未得到有效地 解决，绝大多数电厂现在仍以手动为主 不仅容易造成球磨机满煤、断煤、 跑粉、超温事件的发生，系统也不能长期保持在最佳工况下运行寻找到最优 控制方案、选择合适的磨煤机、找出磨煤机自动投入率低的根本原因，势在 必行 本次课设以华能伊敏电厂的磨煤机控制为蓝本，采用高速磨风扇煤机具 有结构简单、制造方便，占地面积及金属耗量均较少的优点，因而初期投资低。
此外还具有制粉系统简单，设备上得快等优点除此之外，它还集干燥、破碎、 输送三种功能于一身，控制方便灵活沈阳工程学院课程设计(论文)22 锅炉燃烧系统及其设备2.1 制粉系统介绍制粉系统是指将原煤破碎、干燥成为具有移动细度和水分的煤粉，并且根 据锅炉的运行情况对制粉出力和煤粉细度进行合理的调整，然后送入锅炉炉膛 进行悬浮燃烧所需设备和相关连接管道的组合可以分为直吹式和仓储式（及 中间仓储式）两大类中间仓储式制粉系统将磨好的煤粉先储存在煤粉仓中， 然后再根据锅炉运行负荷的需要，从煤粉仓经给粉机送入炉膛燃烧；而直吹式 制粉系统将原煤经磨煤机制成煤粉后直接吹入炉膛进行燃烧本次课程设计中 用到的是直吹式的制粉系统，其优点：设备简单，投资少，系统的爆炸危险性 小，将煤粉送往喷燃器所消耗的电能少其缺点：制粉系统出故障时，锅炉必 须降低负荷甚至停炉，可靠性差，每台锅炉需配置多台磨煤机因此本次设计 了 8 台磨煤机，6 台正常运行，剩下的 2 台备用图 2.1 直吹式制粉系统 （1—原煤斗 2—给煤机 3—磨煤机 4—粗粉分离器 5—煤粉分配器 6—一次风管 7—燃烧 器 8—锅炉 9—送风机 10—一次风机 11—空气预热 12—热风管道 13—冷风管道 15—二 次风箱 16—密封风机 17—混合风门 18—热风门 19—冷风门 20—二次风门 21—密封风 门 22—隔绝门） 2.1.1 磨煤机磨煤机是制粉系统的主要设备，它的作用是将具有一定尺寸的煤块进行干 燥、破碎并磨制成煤粉。
磨煤机通常是按照转速分为三类：低速球磨机、中速华能伊敏#4 机组#3 磨煤机控制设计3磨煤机和高速磨煤机本次设计采用高速磨煤机 目前国内常用的高速磨煤机是风扇式磨煤机（简称风扇磨） ，其工作转速为 500~1500r/min风扇磨的优点是结构简单，制造方便，尺寸小，占地少，初投 资低，磨煤机均匀地送入磨煤机，适应负荷变化快；缺点是磨损严重，不宜磨 硬煤和水分大的煤，煤粉均匀性差等2.1.2 给煤机给煤机的作用是根据磨煤机或锅炉负荷的需要调节给煤量，并把原煤斗中 原煤均匀地送入磨煤机给煤机的型式很多，国内应用较多的给煤机有圆盘式 给煤机、电磁振动式给煤机、刮板式给煤机和电动式皮带给煤机2.2 燃烧系统简介燃烧过程的实质是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形式转换过程燃 烧过程控制的根本任务是及时响应主控系统的输出指令，使燃料所提供的热量 适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉燃烧的安全性和经济性燃烧的 经济性主要是保证有合适的风/煤比，而安全性是保证锅炉处于过氧燃烧的状况 及维持炉膛负压力为设定值由于炉内煤的燃烧是否良好，对发电成本影响很 大，因此，要求锅炉运行人员合理组织煤的燃烧过程，保证良好的燃烧条件， 使煤粉迅速而完全地燃烧。
2.2.1 炉跟机控制方式如图 2.2 所示，炉跟机控制方式的特点是：汽轮机调负荷，锅炉调汽压 调节过程中，锅炉跟随汽轮机而动作，其控制优点是充分利用了锅炉的蓄热来 迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有利；缺点是主汽压力变化较大，甚至 超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利图 2.2 炉跟机控制方式示意图沈阳工程学院课程设计(论文)42.2.2 机跟炉控制方式如图 2.3 所示，机跟炉控制方式特点是：锅炉调负荷，汽轮机调汽压调 节过程中汽轮机跟随锅炉而动作，其控制优点是运行中主蒸汽压力相当稳定， 有利于机组的安全经济运行；缺点是不能有效利于锅炉蓄热，适应负荷变化能 力较差，不利于机组带变动负荷和参加电网调频图 2.3 机跟炉控制方式示意图2.3 风机为了使燃料在炉内的燃烧正常运行，必须不断地向炉膛内送入燃料燃烧所 需要的空气，并随时排出燃烧后所生成的烟气火电厂所使用的风机有：送风 机，其作用是提供燃料在锅炉炉膛内燃烧时所需要的空气；引风机，其作用是 及时排出燃料在锅炉炉膛内燃烧时所生成的烟气；一次风机，其作用是将磨制好的煤粉排送至炉膛；二次风机，其作用是为锅炉内煤粉的燃烧提供氧气；密 封风机，其作用是防止磨煤机正压运行时的煤粉外漏。
华能伊敏#4 机组#3 磨煤机控制设计53 600MW 单元机组燃烧控制系统实例3.1 单元机组简介该 600MW 单元机组采用 6 台给煤机、6 台磨煤机，形成 6 个同样地制粉系 统单元6 台给煤机中只要有 5 台正常运行，就能保证机组满负荷运行，1 台作 为备用此汽包炉机组采用的是直吹式制粉系统，燃烧控制系统主要包括 6 个 子控制系统，即燃料控制系统、磨煤机一次风量、磨煤机出口温度、一次风压 力、二次风量、炉膛压力控制系统3.2 控制过程分析3.2.1 燃烧控制系统图 3.1 燃烧控制系统沈阳工程学院课程设计(论文)6燃料控制系统如图 3.1 所示，接受的是锅炉指令，反馈信号是热量信号，控 制的是给煤机转速，以给煤机转速代表煤量信号通过小值选择器作为燃料量 指令的定值信号的作用是为了保证锅炉在燃料过程中，风量始终大于燃煤量， 保证燃煤在炉膛中能完全燃烧，提高燃烧的经济性；大值选择器的作用是使每 台给煤机的最小给煤量为 25%，大值选择器的输出除了去改变给煤量外，还送 至 BCSST 为给煤机 A 转速信号，它也送至 BCS当给煤机 A 转速信号大于 50%时，将发出信号给 BCS。
当某台给煤机的输出（给煤机 A）与平均值不等，则通过减法器（2） 、转 换器 T20、加法器（2） 、转换器 T1、T2 去修正给煤机 A 的给煤量这样设计 的目的是使每台给煤机的负荷能接近平均负荷；转换器 T19 是用来实现燃料控 制器 PI1 的手动/自动转换；转换器 T1 的作用是实现给煤机的手动/自动转换3.2.2 磨煤机一次风量控制系统煤粉管道中的煤粉和空气混合物的速度应保持在一定范围内（约在 20~30m/s 左右） ，流速太低会使煤粉沉积在管道内，也会造成磨煤机内煤的溢 出另外，流速过低还会使着火点移近燃烧炉膛的煤粉颗粒度将过粗，使着火 减慢，煤粉和空气在炉膛的混合度差，使不完全燃烧增加，同时可能造成结渣 因此，磨煤机的一次风量必须保持在给定值3.2.3 磨煤机出口温度控制系统磨煤机出口温度控制的任务是保持出口温度在一定的范围内变化因为如 果温度太低，煤和煤粉将得不到足够的干燥，造成制粉困难，甚至会造成堵塞， 影响煤粉的输送；如果温度太高，可能会引起制粉某些地方着火，发生事故 因此输送煤粉的一次风必须满足一定的温度如图 3.2 可知，改变冷、热风挡 板的开度能够改变一次风的温度，从而使磨煤机出口温度保持在给定值。
3.2.4 二次风（送风）控制系统600MW 机组风量控制系统有一次风和二次风两个相互独立的系统，一次风 主要用于将煤粉从磨煤机输送到燃烧器，二次风主要用来帮助燃料在炉膛中完 全燃烧.其中二次风管道有左右两侧，故二次风测量分左右两侧，每侧的二次风 量经各自的二次风温进行补偿，两侧补偿后的二次风相加称为补偿后总二次风 量补偿后总一次风和补偿后总二次风量相加，便得到补偿后总风量测量值 如图 3.3 所示华能伊敏#4 机组#3 磨煤机控制设计7图 3.2 磨煤机出口温度控制系统图 3.3 中，二次风量采用双变送器测量，一个为主变送器，一个为副变送器，两个变送器之间有偏差比较器当两个变送器间的偏差超过规定值时，表示两个变送器之一或者两个变送器同时发生了故障，这时将发生报警信号，并通过逻辑控制电路的作用，使磨煤机一次风量控制由自动地切换到手动方式，以免发生误调再经过温度补偿修正后得到补偿后的二次风量将两台送风机A、B 补偿后的二次风量相加便得到总二次风量补偿后总一次风加补偿后总沈阳工程学院课程设计(论文)8二次风，便得到补偿后总风量测量值补偿后总风量再经过氧量校正便得到校正后的总风量图 3.3 二次风量控制系统华能伊敏#4 机组#3 磨煤机控制设计94 华能伊敏电厂二期#3 磨煤机控制系统4.1 单元机组简介华能伊敏电厂二期是由 8 台磨煤机形成的 600MW 单元机组，8 台磨煤机中 只要有 6 台正常运行，就能保证机组满负荷运行，2 台作为备用，确保了机组 安全稳定的运行。
该机组采用的是直吹式制粉系统，这比采用中间仓储式制粉 系统在基建投资和运行费用上的耗费少了许多，且在燃烧设备与制粉系统之间 就有明显可分得界限4.2 二次风干燥风控制过程分析该控制系统采用的是单回路控制系统，单回路控制系统是由测量变送器、 调节器、执行器及控制对象组成的单闭环负反馈控制系统其控制原理方框图 如图 4.1 所示图中 WT（s）为调节器的传递函数，Wz（s）为执行器的传递 喊出，Wm（s）为测量变送器的传递函数，Wo（s）为控制对象的传递函数 在此系统中调节器的给定值为磨煤机温度，测量值是各点磨煤机出口温度图 4.1 单回路控制系统原理方框图沈阳工程学院课程设计(论文)104.2.1 测量参数整定 图 4.2 测量参数整定图（一）主要功能码介绍： 1.功能码 156--新型 PID 控制器： S1 — 过程变量的块地址本输入标识 PID 算法所控制的过程变量 S2 — 设定值的块地址 S3 — 跟踪参比信号的块地址当在跟踪方式 时本规格确定 PID 的输出 S4 一 跟踪开关信号的块地址本规格控制跟 踪或释放方式： 0 = 跟踪方式 1 = 释放方式 图 4.3 新型 PID 功能块 在跟踪方式时，输出强制等于跟踪参比信号。
在释放方式时，输出是 据过程变量和设定值计算的函数 S6 — 前馈信号的块地址当在释放方式时，根据 PID 算法计算的输出加 上这个前馈输入后作为整个功能块的输出 2.功能码 15—2 输入加法器： 输出 = （×S3）＋（×S4） （二）控制逻辑分析： 1. 磨煤机出口温度整定 将磨煤机出口温度测量值与磨煤机出口温度设定值经输入加法器进行偏差 计算，然后将其值输入到函数发生器中计算出磨煤机出口温度特性曲线，并将华能伊敏#4 机组#3 磨煤机控制设计11其作为 PID 整定的过程变量输入值进行参数整定 2. 给煤机煤量整定 将给煤机给定值与给煤机煤量的测量值进行大值选择，输出两者中最大值， 再经函数发生器输入到 PID 的中作为系统的前馈信号，以便快速消除内扰， 以便保证机组稳定运行 3. PID 运算 当系统处于自动状态并且二次风挡板位置在除中间位置、全开位置及全关 位置之外的任意位置时，PID=1 属于释放方式，因此其输出等于 PID 的设 定值与过程变量值的运算结果； 当系。