一种稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗的节能控制方法

技术领域

本发明属于火电机组节能控制领域，尤其涉及一种稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗的节能控制方法。

背景技术

火电厂的节能降耗对于低碳发展的社会意义重大，对提升企业的市场竞争力也有重要意义。磨煤机是电站锅炉重要辅助设备，同时也是重要的耗电设备。

针对电厂中速磨煤机制粉单耗高的问题，电站锅炉技术人员已经做了大量的努力和工作，如灵活调整磨煤机加载力、适当降低磨煤机一次风风压和风量、尽量提高磨煤机出口温度等。

而目前国内外已有通过对磨煤机开关加装变频器改造来改变磨煤机启动出力和最大出力的研究，但未见有稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗方面的相关研究。因此，提出一种稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗的节能控制方法，就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗的节能控制方法。

这种稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗的节能控制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过给煤机的运行参数来获取给煤机煤量；

步骤2、进行磨煤单耗测试和分析，得出稀土电机变速调节磨煤机运行的最佳方式；

步骤3、根据给煤量所在区间和变频控制单元的频率，通过给煤量调节变频控制单元的频率；制粉系统在运行参数一致的情况下，并且在煤粉细度最小时，以步骤2计算所得最低的磨煤单耗运行，进一步提高机组运行经济性和灵活性；并给煤量变化加一阶惯性；

步骤4、在步骤3的基础上，通过变频控制单元来控制磨煤机对应的稀土电机的转速，带动磨煤机在不同转速下运行。

作为优选，步骤2具体包括如下步骤：

步骤2.1、对于设计转速为n、设计煤量为Q、加载方式为液压加载、煤粉细度由静态分离器挡板调节的磨煤机，由磨煤机入口冷风调整门控制磨煤机出口温度，并设定在75℃；由磨煤机入口热风调整门控制磨煤机入口一次风风量；根据磨煤机液压加载力和磨煤机出口静态分离器挡板控制磨煤机煤粉细度，磨煤机液压加载力参考该磨液压加载曲线，将磨煤机出口静态分离器挡板置于固定开度；

步骤2.2、经过步骤2.1的调整后，针对同一煤种，测出煤粉细度并进行计算分析；

步骤2.2.1、各工况下，若制粉系统的运行参数处于正常范围内超过30min以上，则在稳定运行试验时间内通过DCS系统和PI系统记录试验期间制粉系统的相关运行参数；

步骤2.2.2、在不同工况下，相同煤量时制粉系统的运行参数稳定后，分别在0.75n、0.9n、1.0n、1.1n和1.25n五档转速下进行不少于2h的测试试验，其中n为设计转速；依次在磨煤机出口粉管煤粉取样孔对煤粉取样后进行煤粉细度测试，并记录该段时间内制粉系统的运行参数，加权计算得到该工况下的煤粉细度(R90)；

步骤2.2.3、制粉系统运行稳定后，从PI系统记录磨煤机电耗q

步骤2.3、针对同一煤种，改变给煤机煤量，制粉系统的运行参数稳定后，分别进行0.75n、0.9n、1.0n、1.1n、1.25n五档转速下各参数稳定后不少于2h的测试试验，其中n为设计转速；依次在磨煤机出口粉管煤粉取样孔对煤粉取样后进行煤粉细度测试，并记录该段时间内制粉系统的运行参数，加权计算得到该工况下的煤粉细度(R90)。

作为优选，步骤1中给煤机的运行参数包括电流和给煤量，其中给煤量是经过定期标定的。

作为优选，步骤3中为给煤量变化加一阶惯性的实现方式为：对给煤量的变化加脉冲，防止在临界煤量时，稀土电机频率来回波动。

作为优选，步骤2.1中控制磨煤机入口一次风风量时参考该磨煤机的风煤比曲线，并且磨煤机入口一次风风量不设置偏置。

作为优选，制粉系统的运行参数包括给煤量、磨煤机电流、变频器电流、一次风风量和磨煤机出口温度时均值；其中稳定运行试验时间不低于2h。

作为优选，制粉系统配有变频器，变频器上设有远方控制信号接口；变频控制单元控制变频器，由变频器驱动稀土电机，稀土电机带动磨煤机转动，制粉系统通过稀土电机变频控制单元来根据给煤量改变磨煤机转速。

作为优选，制粉系统包括：煤仓、给煤机、磨煤机、稀土电机、变频控制单元、静态分离器、冷一次风调整门、热一次风调整门、磨煤机出口粉管和锅炉；磨煤机出口粉管上设有磨煤机出口粉管煤粉取样孔；变频控制单元与稀土电机电连接，稀土电机电连接磨煤机；煤仓连接给煤机，给煤机连接磨煤机；磨煤机出口设有静态分离器，静态分离器连接磨煤机出口粉管，磨煤机出口粉管接入锅炉；磨煤机上还设有冷一次风调整门和热一次风调整门。

作为优选，步骤3中给煤量变化加一阶惯性具体为：

当给煤量在[0，20)t/h，变频控制单元的频率为860Hz时，为给煤量变化加一阶惯性；

当给煤量在[20，35)t/h，变频控制单元的频率为985Hz时，为给煤量变化加一阶惯性；

当给煤量在[35，50)t/h，变频控制单元的频率为1107Hz时，为给煤量变化加一阶惯性；

当给煤量在[50，70)t/h，变频控制单元的频率为1230Hz时，为给煤量变化加一阶惯性。

本发明的有益效果是：本发明提出的稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗的节能控制方法，可实现磨煤机在运行工况下通过稀土电机变速调节磨煤机转速，使磨煤机在全出力范围内同等参数下磨煤单耗最小。

附图说明

图1为制粉系统运行示意图；

图2为磨煤机出口粉管取样示意图；

图3为磨煤机风煤比曲线图；

图4为稀土电机变速调节使磨煤机在全出力范围内磨煤单耗最低的运行策略示意图；

图5为不同工况下的磨煤机磨煤单耗折线图。

附图标记说明：煤仓1、给煤机2、磨煤机3、稀土电机4、变频控制单元5、静态分离器6、冷一次风调整门7、热一次风调整门8、磨煤机出口粉管9、锅炉10、磨煤机出口粉管煤粉取样孔11。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本发明在现有技术的基础上，提出一种稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗的节能控制方法，并在实际运行中进行验证。但由于试验周期较长，不能完全保证机组负荷一致，因此本发明进一步提出在磨煤机入口一次风风量、风压、出口风温、煤粉细度等一致的边界条件下，比较磨煤单耗。并通过试验研究得出给煤量、稀土电机转速、磨煤单耗三者之间的变化关系。

实施例1：

如图4所示，一种稀土电机变速调节降低中速磨煤机磨煤单耗的节能控制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过给煤机的运行参数来获取给煤机煤量；给煤机的运行参数包括电流和给煤量，其中给煤量是经过定期标定的；

步骤2、进行磨煤单耗测试和分析，得出稀土电机变速调节磨煤机运行的最佳方式；

步骤2.1、对于设计转速为n、设计煤量为Q、加载方式为液压加载、煤粉细度由静态分离器挡板调节的磨煤机，由磨煤机入口冷风调整门控制磨煤机出口温度，并设定在75℃；由磨煤机入口热风调整门控制磨煤机入口一次风风量；根据磨煤机液压加载力和磨煤机出口静态分离器挡板控制磨煤机煤粉细度，磨煤机液压加载力参考该磨液压加载曲线，将磨煤机出口静态分离器挡板置于固定开度；控制磨煤机入口一次风风量时参考该磨煤机的风煤比曲线，并且磨煤机入口一次风风量不设置偏置

步骤2.2、经过步骤2.1的调整后，针对同一煤种，测出煤粉细度并进行计算分析；

步骤2.2.1、各工况下，若制粉系统的运行参数处于正常范围内超过30min以上，则在稳定运行试验时间内通过DCS系统和PI系统记录试验期间制粉系统的相关运行参数；制粉系统的运行参数包括给煤量、磨煤机电流、变频器电流、一次风风量和磨煤机出口温度时均值；其中稳定运行试验时间不低于2h；

步骤2.2.2、在不同工况下，相同煤量时制粉系统的运行参数稳定后，分别在0.75n、0.9n、1.0n、1.1n和1.25n五档转速下进行不少于2h的测试试验，其中n为设计转速；依次在磨煤机出口粉管煤粉取样孔11对煤粉取样后进行煤粉细度测试，并记录该段时间内制粉系统的运行参数，加权计算得到该工况下的煤粉细度(R90)；

步骤2.2.3、制粉系统运行稳定后，从PI系统记录磨煤机电耗q

步骤2.3、针对同一煤种，改变给煤机煤量，制粉系统的运行参数稳定后，分别进行0.75n、0.9n、1.0n、1.1n、1.25n五档转速下各参数稳定后不少于2h的测试试验，其中n为设计转速；依次在磨煤机出口粉管煤粉取样孔11对煤粉取样后进行煤粉细度测试，并记录该段时间内制粉系统的运行参数，加权计算得到该工况下的煤粉细度(R90)；

步骤3、根据给煤量所在区间和变频控制单元5的频率，通过给煤量调节变频控制单元5的频率；制粉系统在运行参数一致的情况下，并且在煤粉细度最小时，以步骤3.2.3计算所得最低的磨煤单耗运行，进一步提高机组运行经济性和灵活性；并为给煤量变化加一阶惯性；为给煤量变化加一阶惯性的实现方式为：对给煤量的变化加脉冲，防止在临界煤量时，稀土电机频率来回波动；得出稀土电机变速调节使磨煤机在全出力范围内磨煤单耗最小的运行策略，根据如下进行调节：

步骤3.1、当给煤量在[0，20)t/h，变频控制单元5的频率为860Hz时，为给煤量变化加一阶惯性；

步骤3.2、当给煤量在[20，35)t/h，变频控制单元5的频率为985Hz时，为给煤量变化加一阶惯性；

步骤3.3、当给煤量在[35，50)t/h，变频控制单元5的频率为1107Hz时，为给煤量变化加一阶惯性；

步骤3.4、当给煤量在[50，70)t/h，变频控制单元5的频率为1230Hz时，为给煤量变化加一阶惯性；

步骤4、在步骤3的基础上，通过变频控制单元5来控制磨煤机3对应的稀土电机4的转速，带动磨煤机在不同转速下运行。

制粉系统配有变频器，变频器上设有远方控制信号接口；变频控制单元5控制变频器，由变频器驱动稀土电机4，稀土电机4带动磨煤机3转动，制粉系统通过稀土电机变频控制单元5来根据给煤量改变磨煤机转速。

制粉系统包括：煤仓1、给煤机2、磨煤机3、稀土电机4、变频控制单元5、静态分离器6、冷一次风调整门7、热一次风调整门8、磨煤机出口粉管9和锅炉10；磨煤机出口粉管9上设有磨煤机出口粉管煤粉取样孔11；变频控制单元5与稀土电机4电连接，稀土电机4电连接磨煤机3；煤仓1连接给煤机2，给煤机2连接磨煤机3；磨煤机3出口设有静态分离器6，静态分离器6连接磨煤机出口粉管9，磨煤机出口粉管9接入锅炉10；磨煤机3上还设有冷一次风调整门7和热一次风调整门8。

实施例2：

以某电厂某台磨煤机为例，该磨煤机设计转速24r/min，设计煤量50t/h；具体磨煤机参数见下表1：

表1磨煤机参数表

配用的稀土永磁电机参数见下表2：

表2稀土永磁电机参数表

为获得稀土电机变速调节使磨煤机在全出力范围内磨煤单耗最佳的运行方式。对于设计转速为n、设计煤量为Q的磨煤机，在同一煤种下，进行了不同煤量、不同转速下的测试，共20个测试工况。

如图1所示，制粉系统运行时，原料煤从煤仓1进入给煤机2，由给煤机下降管进入磨煤机3，磨煤机3通过稀土电机4和变频控制单元5带动磨煤机3转动，将原煤颗粒磨制成煤粉后，经过静态分离器6的折向挡板分离，细度适合的煤粉进入锅炉10，细度稍粗的煤粉重新进入磨煤机3进行研磨，煤粉进入锅炉10的动力主要来源于磨煤机入口一次风，一次风除了使煤粉进入锅炉10，还起到加热煤粉作用，有助于煤粉进入锅炉10后的着火和燃烧。

步骤101、通过给煤机的运行参数获取给煤量的参数。给煤机可以通过皮带转速控制给煤量大小，给煤量是经过定期标定的；若要得到较大的给煤量,则需要较快的皮带转速。本实施例中给煤量选取不同转速下制粉系统最小出力、30t/h、45t/h、制粉系统最大出力下进行试验。

步骤102、通过磨煤机进口冷热风门控制磨煤机出口温度和入口一次风风量大小，其中冷风调整门通过开度大小控制磨煤机出口温度，冷风调整门开大，温度降低；热风调整门通过风门挡板开度大小控制磨煤机入口一次风风量；磨煤机进口冷风调整门调整温度，热风门调整一次风风量。本实施例中磨煤机入口一次风风量根据风煤比控制逻辑不设置偏置，通过磨煤机进口冷热风门挡板开度自动调整磨煤机出口温度维持在75℃不变；其中风煤比控制逻辑是按照风煤比曲线做到自动控制逻辑中的。

步骤103、通过磨煤机出口静态分离器挡板开度大小调整煤粉细度。其中，所述静态分离器挡板开度调整范围为0～80°，静态分离器挡板开度越大，煤粉细度越大，静态分离器挡板开度越小，煤粉细度越小。其中细度大，是指煤粉颗粒粒径大，细度小，是指煤粉颗粒粒径小。本实施例中磨煤机出口静态分离器开度维持在55°不变。

步骤104、磨煤机磨辊液压加载力，当给煤量在[0，20]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为4MPa；当给煤量在(20，60]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为y＝0.3x-2(MPa)；当给煤量在(60，70]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为16MPa。

步骤105、通过转速/频率调节单元控制磨煤机稀土电机转速，进而带动磨煤机磨辊在不同转速下运行。本实施例中分别进行0.75n、0.9n、1.0n、1.1n、1.25n五档转速下试验。

步骤106、制粉系统最大出力为制粉系统未发生堵煤时的最大给煤机煤量，在步骤102、103、104边界条件下，磨煤机未发生堵煤的判断条件为监视制粉系统相关运行参数，如一次风风量未缓慢降低或缓慢降低不超过5t/h、冷风热门调整门开度不足80％，磨煤机出口温度未缓慢降低或十分钟内缓慢降低不超过5℃，磨煤机磨碗差压未缓慢升高超出报警值等。制粉系统最小出力为制粉系统运行正常，磨煤机处未发生异常振动同时参考改造前磨煤机最小煤量。

步骤107、各工况下，运行参数稳定30min以上后，通过DCS及PI系统记录试验期间相关运行参数，包括给煤量、磨煤机电流、变频器电流、一次风风量、磨煤机出口温度的时均值，其中稳定运行试验时间不低于2h。

如图2所示为本实施例中磨煤机出口粉管取样示意图，在不同工况下，依次在磨煤机出口6根粉管进行煤粉细度测试，并加权平均得到该工况下煤粉细度R90。

下表3为本实施例根据步骤107所记录结果，计算不同工况下，磨煤机出口煤粉细度在要求范围内且变化不大的情况下磨煤机磨煤单耗，得到如图5所示不同工况下的磨煤机磨煤单耗折线图。

磨煤单耗的计算方法为：稳定运行后，从PI系统记录磨煤机电耗q

表3煤粉细度测试试验期间相关运行参数表

本实施例的结果表明：在磨煤机出口温度、磨煤机一次风风量等边界条件一致的情况下，最小煤量试验时，稀土电机转速在21r/min时，磨煤单耗最小；30t/h煤量试验时，稀土电机转速在24r/min时，磨煤单耗最小；45t/h煤量试验时，稀土电机转速在21r/min时，磨煤单耗最小；最大煤量试验时，稀土电机转速在30r/min时，磨煤单耗最小。

如图3为根据本实施例测试所得磨煤机风煤比结果，制定的稀土电机变速调节使磨煤机在全出力范围内磨煤单耗最佳的运行策略，根据如下进行调节：

当给煤量在[0，20)t/h时，所述稀土电机变频控制单元频率为860Hz，其中给煤量变化加一阶惯性；

当给煤量在[20，35)t/h时，所述稀土电机变频控制单元频率为985Hz，其中给煤量变化加一阶惯性；

当给煤量在[35，50)t/h时，所述稀土电机变频控制单元频率为1107Hz，其中给煤量变化加一阶惯性；

当给煤量在[50，70)t/h时，所述稀土电机变频控制单元频率为1230Hz，其中给煤量变化加一阶惯性。