电站辅机中储式制粉系统模糊优化控制的应用冯宗杭\李晓枫（1.广东梅县发电厂，广东梅州市514032；2.广东省电力试验研究所，广东广州510600）1刖言中储式制粉系统在电力系统应用广泛，目前，该制粉系统基本上都采用3套常规调节器各自形成3个单回路，分别对给煤量、出口温度、入口压力进行控制。因球磨机筒内存煤量、制粉系统出力无法直接测量，且制粉系统是一个有纯迟延、变量之间耦合严重的多变量非线性系统，给制粉系统控制方式的优化带来重重困难。尤其我厂由于燃用的是本地小煤窑的劣质无烟煤，发热量低，煤质变化频繁，燃烧要求煤粉细度极小（<4%），要实现制粉系统优化自动控制极为困难，原设计的制粉系统自动调节根本不能投入，运行人员只能凭借个人运行经验，对制粉系统进行手动调节，因个人经验差异使得球磨机往往偏离*佳运行工况，造成制粉系统出力低，单耗高（见）。随着电力体制改革的不断深化，竞价上网机制的形成，迫切需要制粉系统的优化运行，降低机组的厂用电率，提高企业经济效益。

　　2球磨机运行特性分析从球磨机运行机理，可以测试出球磨机特性曲线，如所示，当球磨机功率达到*大时，球磨机的出力并没有达到*大，制粉*大出力点M出现在功率*大点的右边。当球磨机运行在*大出力点M附近，不但可以降低制粉电耗，并且可以提高制粉出力。），男，广东梅州人，工程师，从事火力发电厂热控专业技术管理工作。

　　注：球磨机的电动机功率（曲线1）；磨出力（曲线2）；前轴振动量信号（曲线3）；料位信号（曲线4）；进出口差压（曲线5）；出口温度（曲线6）。

　　为了方便分析，将球磨机运行区域分为3个区间，I区间（习惯运行区）制粉电耗高，出力低。I区（非稳态运行区）易发生满筒堵煤事故。区是*佳运行区，当运行于M点附近时，是优化运行区。

　　3对球磨机控制特性分析注：L-N料位调节回路；P-H压力调节回路；t-R温度调节回路。

　　从球磨机控制系统框图可以看出，用热风门单位调节温度、再循环门调节压力、给煤量调节料位，相应调节通道特性比较好。但从扰动通道来看，热风对负压扰动通道跟负压调节通道相似，且热风对负压的影响远比再循环风门对负压影响大；给煤量对温度扰动通道的特性跟温度调节通道相似，但给煤量对温度静态增益的影响比热风大，3个调节系统之间相互干扰，耦合严重。

　　4模糊优化控制策略制定为了使制粉系统始终运行于*佳工作点，必须对系统实行优化运行控制，减少煤质、钢球等因素的影响。为此，运行模糊优化控制技术来实现系统的优化运行控制：采用模糊自调整PID控制器来完成基本控制任务，提高控制品质；采用模糊自寻优控制完成制粉系统的优化运行调控任务，实现节能高效运行。

　　在该控制系统实施中，充分发挥了DCS现有的强大功能，共享DCS制粉系统操作员画面，进行优化控制系统有关参数的设置及制粉系统的基本监控；采用现场控制器实现制粉系统模糊优化控制，两者之间采用I/O模件实现信号共享，从而既发挥DCS原有的监控功能；又克服了由于DCS资源限制，无法实现模糊控制功能，而影响优化控制系统实施的难题。

　　本系统自主开发的模糊优化控制中，包含如下几种控制方式，系统自动地根据球磨机工作点进行切换，适当地采用相应的控制方式。

　　4.1差压越限保护当出现异常情况（差压升高），只要差压接近差压越限定值1300Pa时，保护就会迅速降低料位设定值，减少给煤量，避免出现满粉；差压升得越高，料位设定值降得越多，当控制系统异常情况开始减轻时，控制系统会逐步减轻设定值的下降幅度，增加给煤量，随着异常情况的逐步减轻，料位设定值会进一步升高，直到系统退出异常工况。这样控制系统就能尽快地使系统恢复正常，加大球磨机的出力。

　　4.2温度越限保护在正常的运行工况，当球磨机出口温度较高时（即将要超过98*C），控制系统转到温度调整方式：迅速提高料位设定值，增加给煤量，以使温度降低到合适的温度；当温度降到合适的温度（低于98*C），所加大的定值自动减去，控制系统转到自寻优控制方式：维持合适的球磨机进、出口差压，适当提高料位设定值，增加球磨机出力。给煤量调节温度的范围有一定的限度，不能期望靠改变给煤量来大幅调节球磨机的出口温度。

　　4.3低电功率控制在正常的运行工况，控制系统时刻监控球磨机、排粉风机的电功率。根据进炉煤质的变化和球磨机钢球磨损程度，设定好球磨机、排粉风机电功率的限值，投入优化运行控制后，系统通过调节给煤量逐步将球磨机、排粉风机电功率调整到限值附近，随后根据温度、差压、给煤量、料位等的变化情况，采用温度调整或自寻优化控制方式，调整料位设定值增加给煤量，*终将电功率控制在限值附近；若制粉系统受到扰动出力下降，球磨机、排粉风机电功率靠近限值时，则采用球磨机、排粉风机低电功率控制方案：迅速降低料位设定值，减小给煤量，使球磨机、排粉风机电功率逐步离开电功率保护区，以便尽早将制粉系统拉出异常工况。这样能保证在*小允许电功率下，使制粉系统出力达到*大。

　　4.4料位自寻优控制能自动地找出维持*佳出力的粒位控制值。在球磨机启动，投入自动，控制系统工作稳定后，开始料位自寻优控制。当压差、负压、温度、电功率在正常工作范围时，料位设定值会在原有的料位给定值上自动增加，直到制粉出力达到*佳值。

　　5效果分析1球磨机耗电球磨机是电厂的耗能大户，每年消耗的电量非常可观。制粉系统自动调节的投入，能使其在*佳工作点附近运行，提高球磨机的制粉量，降低耗电量。通过对我厂MTZW-38.83-I型球磨机磨制劣质无烟煤的对比性能测试（见表1）：投入模糊优化控制比手动习惯运行工况，制粉出力*大增加了5t/h，增幅为18.06%；制粉单耗*大降低了7. 6314“％下降16.63%.仅以每〖煤粉节约3.3kW *h计算，2台磨每年可节约103. *h电。若每度电0. 28元计算，则每年可节约38.1万元。

　　表1对比性能测试工况单位手动/自动手动（试验）手动（运行）模糊优化球磨机电流给煤量磨换算出力（R制粉单耗5.2磨煤机运行控制曲线分析5.2.1是手动控制运行曲线。我们可以看到优化控制未投入记录曲线注：球磨机进出差压（曲线1）；球磨机电动机功率（曲线2）；排粉风机电动机功率（曲线3）；球磨机给煤量（曲线4）；球磨机出口温度（曲线5）5.2.2由优化控制的曲线（）我们可以看到，当球磨机启动时，模糊优化控制系统球磨机在正常运行区工作；随后根据运行点的参数与稳态边界的贴度，调整寻优的步长、寻优指令的大小；自动设定指令逐渐加大，随着运行点逼近稳态运行边界，设定值停止增加。而当运行点滑入异常工作区，异常控制就动作及时、迅速、合理地降低给煤指令，将运行点拉回到优化运行区，重新开始优化运行控制。由于控制指令准确，使球磨机制粉量均匀，给煤量较为平缓的变化就不会造成球磨机的下煤不均，出现筒内积煤。

　　*一优化控制投入记录曲线注：球磨机进出差压（曲线1）；球磨机电动机功率（曲线2）；排粉风机电动机功率（曲线3）；球磨机给煤量（曲线4）；球磨机出口温度（曲线5）由以上记录曲线不难看出：在球磨机上采用了优化运行控制后，控制球磨机的载煤量、差压、出口温度、电功率等运行参数都远比人工控制的稳定，球磨机制粉量均匀；而且自动地保持高给煤量、高差压，将制粉系统的运行区调控到*佳出力值上，降低了球磨机的耗电量，减轻运行值班员的操作强度。改变了长期以来制粉系统不能自动化控制的局面，而且经济效益可观。

　　5.3由于制粉系统自动调节的投入，提高了机组自动化水平，降低运行值班员的劳动强度，可适当进行减员增效，降低劳动成本。该系统投入运行后，若每台炉每班减少运行值班员0.5名，则共可减少2.5名运行人员。

　　6结论在1期50MW燃煤发电机组实现了球磨机优化运行控制基础上，又在2期125MW燃煤发电机组两台球磨机上，通过采用在DCS中嵌入现场控制器的方法，实现了制粉系统的模糊优化运行控制，使球磨机料位、入口压力、出口温度自动调节能稳定投运，将制粉系统的运行区控制在*佳出力点附近。