稀土电机变速调节实时控制中速磨煤机煤粉浓度的方法

技术领域

本发明属于磨煤机控制领域，尤其涉及一种稀土电机变速调节实时控制中速磨煤机煤粉浓度的方法。

背景技术

近年来，国内电厂开始大量燃用低热值、高灰分煤种，燃用上述煤种势必会造成煤粉燃烧稳定性、燃尽性能变差，进而导致锅炉燃烧效率变差，低负荷工况下，煤粉燃烧不稳定还会影响到机组的安全稳定运行。

提高锅炉燃烧稳定性的其中一个手段是提高煤粉细度和一次风粉浓度的方法，针对上述问题，电站锅炉技术人员已经做了大量的努力和工作，如通过调整磨煤机出口分离器提高煤粉细度，但煤粉细度的提高会造成磨煤机出力降低，电耗增加等问题；通过降低磨煤机入口一次风风量提高煤粉燃尽率，但磨煤机入口一次风风量的降低会造成石子煤排放量增加，煤粉管积粉等问题。

以上技术措施均不能从根本上解决燃用低热值、高灰分煤种时煤粉燃烧稳定性、燃尽性能变差的问题，因此，亟需一种新的中速磨煤机煤粉浓度实时控制方法。

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实时控制中速磨煤机煤粉浓度的方法。

这种稀土电机变速调节实时控制中速磨煤机煤粉浓度的方法，包括以下步骤：

步骤一、在同一煤种、相同给煤量的情况下对磨煤机进行不同转速、不同磨煤机入口一次风量的运行测试，制粉系统稳定运行一定时段t

步骤二、结合步骤一中得到的煤粉浓度、煤粉细度试验结果，对制粉系统的原有风煤比曲线进行优化；得到不同转速下磨煤机的风煤比曲线。

作为优选，步骤一中：通过冷一次风调整门和热一次风调整门控制磨煤机入口一次风风量和出口温度；磨煤机入口一次风风量的基准值根据给煤量和原有风煤比曲线确定；

原有风煤比曲线具体为，当给煤量在[0，a)t/h时，磨煤机入口一次风风量为qt/h；当给煤量在[a，b]t/h时，磨煤机入口一次风风量为，

Q＝q+K×(m-a)

其中，Q为磨煤机入口一次风风量，单位为t/h；q为磨煤机设计最低通风量，单位t/h；m表示给煤量，单位t/h；a为磨煤机最低给煤量，单位t/h；b为磨煤机设计最大出力，单位t/h；K为常数，由磨煤机厂家提供。

作为优选，步骤一中：通过静态分离器的挡板开度控制煤粉细度标准为R90；磨煤机加载力由磨煤机原有加载曲线确定。

作为优选，步骤一中：一次风风速和煤粉细度均通过数根磨煤机出口粉管上煤粉取样孔11的测量结果加权平均计算得到。

作为优选，步骤一中，分别进行五个工况的测试，五个工况中转速和磨煤机入口一次风风量的设置分别为：

磨煤机转速为0.75n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为+5t/h；

转速为0.9n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为+2t/h；

转速为n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为0t/h；

转速为1.1n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为-2t/h；

转速为1.25n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为-5t/h。

作为优选，步骤一中：t

作为优选，煤粉浓度c的计算公式为：

其中，c为煤粉浓度，kg/kg；M为给煤量的时均值，t/h；m为石子煤排放量的时均值，kg/h；q为磨煤机入口一次风风量的时均值，t/h。

作为优选，步骤二中：随着转速提升，逐渐降低磨煤机的风煤比曲线的系数K，得到不同转速下磨煤机的风煤比曲线。

本发明的有益效果是：

1)本发明提出了一种基于稀土电机变速调节提高磨煤机出口粉管煤粉浓度的方法，针对变速调节磨煤机的不同转速状态，提出各个转速下磨煤机对应的最佳风煤比曲线，实现了中速磨煤机煤粉浓度的实时控制，提升了各个转速下煤粉着火燃烧的稳定性。

2)本发明不仅能有效解决燃用低热值、高灰分煤种时煤粉燃烧稳定性、燃尽性能差的问题，对于燃用常规煤种，也可以提高煤粉燃烧稳定性和燃尽性，进一步提高机组运行安全稳定性和经济性。

附图说明

图1为制粉系统结构示意图；

图2为磨煤机出口粉管取样和磨煤机底部石子煤取样示意图；

图3为制粉系统的原有风煤比曲线；

图4为不同工况下煤粉浓度、石子煤排放量变化折线图；

图5为优化后的变速磨煤机制粉系统风煤比曲线。

附图标记说明：煤仓1、给煤机2、磨煤机3、变速电机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、石子煤排放口12。

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。

实施例一

作为一种实施例，如图1所示，制粉系统包括：煤仓1、给煤机2、磨煤机3、变速磨煤机电机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与变速磨煤机电机4电连接，变速磨煤机电机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底部设有石子煤排放口；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。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，由变频器驱动变速磨煤机电机4，变速磨煤机电机4带动磨煤机3转动。

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通过变速磨煤机电机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。

这种制粉系统，其稀土电机变速调节实时控制中速磨煤机煤粉浓度的方法包括以下步骤：

步骤一、在同一煤种、相同给煤量的情况下对磨煤机3进行不同转速、不同磨煤机入口一次风量的五次运行测试，通过静态分离器6的挡板开度控制煤粉细度标准为R90；磨煤机3加载力由磨煤机3原有加载曲线确定。通过冷一次风调整门7和热一次风调整门8控制磨煤机入口一次风风量和出口温度；磨煤机入口一次风风量的基准值根据给煤量和原有风煤比曲线确定；

原有风煤比曲线具体为，当给煤量在[0，a)t/h时，磨煤机入口一次风风量为qt/h；当给煤量在[a，b]t/h时，磨煤机入口一次风风量的基准值为

Q＝q+K×(m-a)

其中，Q为磨煤机入口一次风风量，单位为t/h；q为磨煤机设计最低通风量，单位t/h；m表示给煤量，单位t/h；a为磨煤机最低给煤量，单位t/h；b为磨煤机设计最大出力，单位t/h；K为常数，由磨煤机厂家提供。

五个工况中转速和磨煤机入口一次风风量的设置分别为

磨煤机转速为0.75n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为+5t/h；

转速为0.9n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为+2t/h；

转速为n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为0t/h；

转速为1.1n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为-2t/h；

转速为1.25n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为-5t/h。

制粉系统稳定运行一定时段30分钟后，通过煤粉取样孔11测量一定时段至少两个小时内一次风风速和煤粉细度的时均值，通过石子煤排放口12测量一定时段t内石子煤排放量的时均值，通过DCS或PI系统记录该段时间内制粉系统的运行参数，并计算煤粉浓度；磨煤机3的设计转速为n，设计最大出力给煤量为Q

一次风风速和煤粉细度均通过数根磨煤机出口粉管9上煤粉取样孔11的测量结果加权平均计算得到。

煤粉浓度c的计算公式为

其中，c为煤粉浓度，kg/kg；M为给煤量的时均值，t/h；m为石子煤排放量的时均值，kg/h；q为磨煤机入口一次风风量的时均值，t/h。

步骤二、结合步骤一中得到的煤粉浓度、煤粉细度试验结果，对制粉系统的原有风煤比曲线进行优化，具体为，随着转速提升，逐渐降低磨煤机3的风煤比曲线的系数K，得到不同转速下磨煤机3的风煤比曲线。

实施例二

在实施例一的基础上，本申请实施例二提供了实施例一中基于变速磨煤机提高磨煤机出口粉管煤粉浓度的方法在某电厂某台磨煤机上的应用：

该磨煤机设计转速24r/min，设计最小出力煤量15.18t/h；具体磨煤机参数见下表：

配用的变速磨煤机电机参数见下表：

为获得变速磨煤机提高磨煤机出口粉管煤粉浓度的方法。对于设计转速为n、设计出力煤量为Q的磨煤机，在同一煤种时，相同煤量下，进行了不同转速下的煤粉浓度和煤粉细度测试试验，共4个测试工况。

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在45t/h。

通过磨煤机进口冷一次风调整门7和热一次风调整门8控制磨煤机出口温度和入口一次风风量大小，其中冷一次风调整门7通过开度大小控制磨煤机出口温度，冷一次风调整门7开大，温度降低；热一次风调整门8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在风煤比控制逻辑基础上通过磨煤机进口热风调整门控制面板设置偏置改变风门挡板开度调节磨煤机入口一次风风量，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。

通过磨煤机出口静态分离器6的挡板开度大小调整煤粉细度标准。其中，所述静态分离器6挡板开度调整范围为10°～80°，静态分离器6挡板开度越大，煤粉细度标准越大，静态分离器6挡板开度越小，煤粉细度标准越小。其中细度标准大，是指煤粉颗粒粒径大，细度标准小，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。

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。

通过变频控制单元5控制磨煤机变速磨煤机电机转速，进而带动磨煤机磨辊在不同转速下运行。磨煤机入口一次风风量的基准值根据给煤量和原有风煤比曲线确定；本实施例中给煤量选择在45t/h进行，由于转速为0.75n时，磨煤机最大出力达不到45t/h，因此，仅进行了转速为0.9n、磨煤机入口一次风量偏置为+2t/h；转速为n、磨煤机入口一次风量偏置为0t/h；转速为1.1n、磨煤机入口一次风量偏置为-2t/h；转速为1.25n、磨煤机入口一次风量偏置为-5t/h四个工况下试验。

制粉系统在步骤102、103、104边界条件下，运行参数稳定30min后，进行一次风风速、煤粉细度和石子煤排放量测试试验，同时通过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、一次风风量、磨煤机出口温度的时均值，其中稳定后试验时间不低于2h。

如图2所示为本实施例中磨煤机出口粉管取样和磨煤机底部石子煤取样示意图，在不同工况下，依次在磨煤机出口6根粉管进行一次风风速、煤粉细度测试，并加权平均得到该工况下煤粉细度R90，在磨煤机底部石子煤排放口进行石子煤取样，并计算得到时均值。

煤粉浓度计算过程如下：

式中：c为煤粉浓度，kg/kg；

M为给煤量时均值,t/h；

m为石子煤排放量时均值,kg/h；

q为磨煤机入口一次风风量时均值,t/h。

下表为本实施例根据步骤106所测得不同工况下变速磨煤机出口粉管一次风风速标定结果：

下表为不同转速下，磨煤机出口煤粉浓度和煤粉细度等参数结果，得到如图4所示不同工况下煤粉浓度、石子煤排放量变化折线图。

从以上表格中得到：稀土电机变速磨煤机给煤量在45t/h工况下，随着转速提高，适当降低磨煤机入口一次风量，即适当降低风煤比，磨煤机出口各粉管风速变化不大，且均大于18m/s；磨煤机出口煤粉细度R90变化不大且在设计范围内；磨煤机石子煤排放量变化不明显，而磨煤机出口煤粉浓度上升。

因此得到，随着转速提高，适当降低磨煤机入口一次风量，具有提升磨煤机出口煤粉浓度的效果。根据这一结论，对变速磨煤机风煤比曲线进行优化，主要在于，当变速磨煤机转速提高，适当降低磨煤机入口一次风随给煤量变化的系数，即降低风煤比。

得到如图5所示的优化后的风煤比曲线示意图，具体为：

磨煤机转速为18r/min，当给煤量在[0，15.18)t/h时，磨煤机入口一次风风量为72.16t/h；当给煤量在[15.18，61.5]t/h时，磨煤机入口一次风风量为q＝72.16+0.847*(m-15.18)。

磨煤机转速为21r/min，当给煤量在[0，15.18)t/h时，磨煤机入口一次风风量为72.16t/h；当给煤量在[15.18，61.5]t/h时，磨煤机入口一次风风量为q＝72.16+0.782*(m-15.18)。

磨煤机转速为24r/min，风煤比曲线与原设计风煤比曲线一致，即当给煤量在[0，15.18)t/h时，磨煤机入口一次风风量为72.16t/h；当给煤量在[15.18，61.5]t/h时，磨煤机入口一次风风量为q＝72.16+0.739*(m-15.18)。

磨煤机转速为27r/min，当给煤量在[0，15.18)t/h时，磨煤机入口一次风风量为72.16t/h；当给煤量在[15.18，61.5]t/h时，磨煤机入口一次风风量为q＝72.16+0.696*(m-15.18)。

磨煤机转速为30r/min，当给煤量在[0，15.18)t/h时，磨煤机入口一次风风量为72.16t/h；当给煤量在[15.18，61.5]t/h时，磨煤机入口一次风风量为q＝72.16+0.631*(m-15.18)。

其中q表示磨煤机入口一次风风量，单位为t/h；m表示给煤量，单位为t/h。

通过以上优化，可有效解决燃用低热值、高灰分煤种时，煤粉燃烧稳定性、燃尽性能差的问题，对于燃用常规煤种，也可以提高煤粉燃烧稳定性和燃尽性，进一步提高机组运行安全稳定性和经济性。同时，还可以考虑每台机组将2～3台定速磨煤机改为稀土电机变速调节磨煤机。