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[摘 要]文章通过对中储式制粉系统优化方式进行分析，并针对大庆石化公司热电厂5#锅炉制粉系统存在的问题，提出了具體的处理措施和建议，各项措施实施后达到了预期效果。
[关键词]热电厂；制粉系统；磨煤机；优化分析
中图分类号：TD801 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0318-02
一、系统概述
大庆石化公司热电厂5#锅炉中间储仓式制粉优化控制系统是基于ABB Feelance 800F DCS系统实现的。该系统主要由硬件系统和软件系统构成。硬件部分实现对料位信号的测量与转换，并接入DCS中。软件部分实现制粉优化系统的控制功能。
二、硬件概述
大庆石化热电厂5#锅炉DCS系统主要由工程师站和操作员站组成，由工程师对中间储仓式制粉控制系统的控制策略和算法进行组态，实现系统的控制功能。由操作员实现对中间储仓式制粉控制系统的操作与维护。
三、软件概述
通过噪声传感器检测磨煤机噪声信号，经料位变送器处理后得到能够准确反映磨煤机内存煤量的标准信号，接入DCS的AI接口，从而实现磨煤机内存煤量的准确测量，在DCS控制器实现所有的控制算法，并对操作画面和其他相关画面进行组态。系统配置如表1所示。
MOCS组态在5#锅炉DCS组态软件上实现，本组态所使用的软件版本为ABB Feelance 800F V8.1.4271，控制程序在冗余过程站FR2中实现，画面组态在公共显示池P-CD中实现。软件部分包括以下内容：
采用智能控制算法对制粉系统进行三回路控制：给煤控制回路，热风控制回路，温风控制回路。
采用优化调节算法来找出磨煤机的最大出力点，记录该料位点并修改料位控制回路的设定值，确保制粉系统始终运行在最佳运行工况。
在制粉系统工况发生变化时，采用自整定控制算法使得常规控制器参数能够自动适应对象模型的变化，保证制粉系统在工况变化时控制的稳定性。
在制粉系统操作画面增加料位显示功能及历史趋势显示，让操作人员能够实时观察系统的运行情况。
系统增加三回路越限报警和制粉系统综合报警显示，并进行切手动处理，提示操作人员解除故障。
越限报警包括料位高高报，料位高报，料位低报，料位低低报，出口温度高高报，出口温度高报，出口温度低报，出口温度低低报，入口负压高高报，入口负压高报，入口负压低报，入口负压低低报。
制粉系统综合报警包括断煤报警，满磨报警，木屑分离器堵塞报警，粗粉分离器堵塞报警，细粉分离器堵塞报警，磨煤机入口堵塞报警。
强切手动包括给煤强切手动，热风强切手动，温风强切手动。
3.1 磨煤机料位检测
磨煤机内钢球和衬板相互碰撞产生噪声，噪声随着磨煤机料位的变化而变化。在磨煤机料位较低时，钢球、衬板碰撞的几率大、能量大，产生的噪声大；在磨煤机料位增高时，因为煤的不断填充，钢球、衬板碰撞的几率减小、能量变小，产生的噪声也减小。因而，基于磨煤机噪声可以检测到磨煤机料位的变化和大小。通过料位变送器对噪声传感器送来的信号进行处理，输出0-20mA标准电流信号，接入大庆5#锅炉DCS系统中，来反应磨煤机内料位的高低。
1）噪声传感器安装
a、噪声传感器安装在磨煤机钢球落下的一面。
b、水平位置：在隔音房内距磨煤机入口1/3～2/5有效筒体长度处。
c、高度：噪声传感器的安装高度位于磨煤机钢球抛落位置（如图2所示）。
d、传感器距球磨机最近距离20±5cm。
2）传感器支架安装
噪声传感器安装于磨煤机旁钢球砸落一侧，噪声传感器面距离磨煤机通体距离20cm为佳，噪声传感器角度为指向磨煤机中轴线方向，先把噪声传感器角度调整螺栓3拧松，再把噪声传感器角度调整螺栓4拧松，把噪声传感器角度调整好后，先固定噪声传感器角度调整螺栓4，再固定噪声传感器角度调整螺栓3（如图3所示）。
3.2 磨煤机优化调节
在一定工况下，磨煤机（研磨）出力主要受磨煤机料位影响。磨煤机料位——出力特性曲线如图2所示。从曲线3可以看出，磨煤机出力并不随其内存煤量的增加而持续增大，实际上磨煤机存在最大出力点，即最佳工作点。虽然磨煤机的出力特性曲线存在着极值特性，但是其无法用公式表达，而且磨煤机出力会随外界因素（例如煤种、工况、机械磨损等）的变化而变化，图4中的曲线3会发生漂移，但仍存在最佳工作点。根据制粉系统运行存在最大出力状态这一事实，采用优化控制算法，对磨煤机的最佳料位点进行搜索，以找到最大出力点为方向，逐渐向最佳料位点靠近。优化控制属于控制的上层，对下层控制回路的操作目标值进行设定，以保证系统运行在最佳状态。
3.3 磨煤机料位自整定调节
针对磨煤机大惯性、纯滞后、参数时变的特点，采用自整定和常规控制相结合的控制策略，控制框图如图5所示。常规控制算法能够保证稳定工况下磨煤机料位的稳定，并有较好动态和静态控制性能；在制粉系统工况发生变化时，对象参数会随之改变，采用自整定控制算法使得常规控制器参数能够自动适应对象模型的变化，保证制粉系统在工况变化时的控制性能。
3.4 出口温度和通风量控制
对制粉系统出口温度实施控制可以确保其干燥出力，在系统许可的条件下出口温度越高，干燥出力越大，而且可以提高整个制粉系统出力，但为了确保制粉系统的安全运行，磨煤机出口温度存在运行上限。对制粉系统风量实施控制可以确保其通风出力，如果通风量过小，磨制的合格煤粉不能及时带出，会造成煤粉在磨煤机内积存，降低制粉系统出力；反之如果通风量过大，则不合格的煤粉被带出，经粗粉分离后返回磨煤机内重新研磨，增加了循环负荷，造成不必要的能量消耗，因而存在最佳通风量。
在磨煤机料位稳定地条件下，存煤量对出口温度和入口负压的影响很小，此时出口温度和入口负压构成两变量耦合对象，单独对出口温度或者入口负压控制既不现实，也难以取得成功。所以采用解耦控制策略，同时对出口温度和入口负压进行控制，其依据为：在磨煤机料位控制稳定的状态下，增大热风量同时减少温风量可以在保证入口负压不变时，将出口温度调大；反之，可以把出口温度调小。无论增加热风量还是温风量，都使得入口负压变小；反之，入口负压变大。在入口负压和出口温度需要同时调整时，优先考虑入口负压还是出口温度，必须依据制粉系统操作规程。出口温度控制和入口负压控制要求同时投入自动，且要满足磨煤机料位控制投入自动及料位稳定的前提条件。
该项技术的实施解决了长期以来制粉系统运行调整中存在的难以使其工作在最佳工况的问题，使制粉系统能自动调整在最佳工况。同时实现了制粉系统经济运行的自动化，提高了制粉系统的经济效益，具有节能降耗、简化操作、改善环境、文明生产等多方面的综合效益，也有利于生产管理进一步向集约型转变。
该制粉优化系统自2011年10月投用后，实现节电10.3%，以10%节电量计算，每台锅炉年耗煤35万吨，改造前平均磨煤电为22kw.h/吨，两套制粉系统采用优化制控制后年可节电77万kw.h，年可创经济效益27.72万元。
作者简介
陆冰：男，中共党员，1974年8月出生，毕业于兰州石油学校工业自动化仪表专业、东北石油大学计算机科学与应用专业本科、学士学位。1996年开始在中国石油大庆石化分公司热电厂从事仪表检修、专业管理、技改扩建项目经理等工作。2010年3月至2012年1月主持了大庆石化热电厂炉机控制系统隐患治理及“煤粉锅炉燃烧自动控制技术”改造、开发工作。2012年3月调任神华包头煤化工分公司，现任仪表高级主管。
内蒙古包头市九原工业园区，014010，收件地址：中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司 机电仪中心。
[关键词]热电厂；制粉系统；磨煤机；优化分析
中图分类号：TD801 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0318-02
一、系统概述
大庆石化公司热电厂5#锅炉中间储仓式制粉优化控制系统是基于ABB Feelance 800F DCS系统实现的。该系统主要由硬件系统和软件系统构成。硬件部分实现对料位信号的测量与转换，并接入DCS中。软件部分实现制粉优化系统的控制功能。
二、硬件概述
大庆石化热电厂5#锅炉DCS系统主要由工程师站和操作员站组成，由工程师对中间储仓式制粉控制系统的控制策略和算法进行组态，实现系统的控制功能。由操作员实现对中间储仓式制粉控制系统的操作与维护。
三、软件概述
通过噪声传感器检测磨煤机噪声信号，经料位变送器处理后得到能够准确反映磨煤机内存煤量的标准信号，接入DCS的AI接口，从而实现磨煤机内存煤量的准确测量，在DCS控制器实现所有的控制算法，并对操作画面和其他相关画面进行组态。系统配置如表1所示。
MOCS组态在5#锅炉DCS组态软件上实现，本组态所使用的软件版本为ABB Feelance 800F V8.1.4271，控制程序在冗余过程站FR2中实现，画面组态在公共显示池P-CD中实现。软件部分包括以下内容：
采用智能控制算法对制粉系统进行三回路控制：给煤控制回路，热风控制回路，温风控制回路。
采用优化调节算法来找出磨煤机的最大出力点，记录该料位点并修改料位控制回路的设定值，确保制粉系统始终运行在最佳运行工况。
在制粉系统工况发生变化时，采用自整定控制算法使得常规控制器参数能够自动适应对象模型的变化，保证制粉系统在工况变化时控制的稳定性。
在制粉系统操作画面增加料位显示功能及历史趋势显示，让操作人员能够实时观察系统的运行情况。
系统增加三回路越限报警和制粉系统综合报警显示，并进行切手动处理，提示操作人员解除故障。
越限报警包括料位高高报，料位高报，料位低报，料位低低报，出口温度高高报，出口温度高报，出口温度低报，出口温度低低报，入口负压高高报，入口负压高报，入口负压低报，入口负压低低报。
制粉系统综合报警包括断煤报警，满磨报警，木屑分离器堵塞报警，粗粉分离器堵塞报警，细粉分离器堵塞报警，磨煤机入口堵塞报警。
强切手动包括给煤强切手动，热风强切手动，温风强切手动。
3.1 磨煤机料位检测
磨煤机内钢球和衬板相互碰撞产生噪声，噪声随着磨煤机料位的变化而变化。在磨煤机料位较低时，钢球、衬板碰撞的几率大、能量大，产生的噪声大；在磨煤机料位增高时，因为煤的不断填充，钢球、衬板碰撞的几率减小、能量变小，产生的噪声也减小。因而，基于磨煤机噪声可以检测到磨煤机料位的变化和大小。通过料位变送器对噪声传感器送来的信号进行处理，输出0-20mA标准电流信号，接入大庆5#锅炉DCS系统中，来反应磨煤机内料位的高低。
1）噪声传感器安装
a、噪声传感器安装在磨煤机钢球落下的一面。
b、水平位置：在隔音房内距磨煤机入口1/3～2/5有效筒体长度处。
c、高度：噪声传感器的安装高度位于磨煤机钢球抛落位置（如图2所示）。
d、传感器距球磨机最近距离20±5cm。
2）传感器支架安装
噪声传感器安装于磨煤机旁钢球砸落一侧，噪声传感器面距离磨煤机通体距离20cm为佳，噪声传感器角度为指向磨煤机中轴线方向，先把噪声传感器角度调整螺栓3拧松，再把噪声传感器角度调整螺栓4拧松，把噪声传感器角度调整好后，先固定噪声传感器角度调整螺栓4，再固定噪声传感器角度调整螺栓3（如图3所示）。
3.2 磨煤机优化调节
在一定工况下，磨煤机（研磨）出力主要受磨煤机料位影响。磨煤机料位——出力特性曲线如图2所示。从曲线3可以看出，磨煤机出力并不随其内存煤量的增加而持续增大，实际上磨煤机存在最大出力点，即最佳工作点。虽然磨煤机的出力特性曲线存在着极值特性，但是其无法用公式表达，而且磨煤机出力会随外界因素（例如煤种、工况、机械磨损等）的变化而变化，图4中的曲线3会发生漂移，但仍存在最佳工作点。根据制粉系统运行存在最大出力状态这一事实，采用优化控制算法，对磨煤机的最佳料位点进行搜索，以找到最大出力点为方向，逐渐向最佳料位点靠近。优化控制属于控制的上层，对下层控制回路的操作目标值进行设定，以保证系统运行在最佳状态。
3.3 磨煤机料位自整定调节
针对磨煤机大惯性、纯滞后、参数时变的特点，采用自整定和常规控制相结合的控制策略，控制框图如图5所示。常规控制算法能够保证稳定工况下磨煤机料位的稳定，并有较好动态和静态控制性能；在制粉系统工况发生变化时，对象参数会随之改变，采用自整定控制算法使得常规控制器参数能够自动适应对象模型的变化，保证制粉系统在工况变化时的控制性能。
3.4 出口温度和通风量控制
对制粉系统出口温度实施控制可以确保其干燥出力，在系统许可的条件下出口温度越高，干燥出力越大，而且可以提高整个制粉系统出力，但为了确保制粉系统的安全运行，磨煤机出口温度存在运行上限。对制粉系统风量实施控制可以确保其通风出力，如果通风量过小，磨制的合格煤粉不能及时带出，会造成煤粉在磨煤机内积存，降低制粉系统出力；反之如果通风量过大，则不合格的煤粉被带出，经粗粉分离后返回磨煤机内重新研磨，增加了循环负荷，造成不必要的能量消耗，因而存在最佳通风量。
在磨煤机料位稳定地条件下，存煤量对出口温度和入口负压的影响很小，此时出口温度和入口负压构成两变量耦合对象，单独对出口温度或者入口负压控制既不现实，也难以取得成功。所以采用解耦控制策略，同时对出口温度和入口负压进行控制，其依据为：在磨煤机料位控制稳定的状态下，增大热风量同时减少温风量可以在保证入口负压不变时，将出口温度调大；反之，可以把出口温度调小。无论增加热风量还是温风量，都使得入口负压变小；反之，入口负压变大。在入口负压和出口温度需要同时调整时，优先考虑入口负压还是出口温度，必须依据制粉系统操作规程。出口温度控制和入口负压控制要求同时投入自动，且要满足磨煤机料位控制投入自动及料位稳定的前提条件。
该项技术的实施解决了长期以来制粉系统运行调整中存在的难以使其工作在最佳工况的问题，使制粉系统能自动调整在最佳工况。同时实现了制粉系统经济运行的自动化，提高了制粉系统的经济效益，具有节能降耗、简化操作、改善环境、文明生产等多方面的综合效益，也有利于生产管理进一步向集约型转变。
该制粉优化系统自2011年10月投用后，实现节电10.3%，以10%节电量计算，每台锅炉年耗煤35万吨，改造前平均磨煤电为22kw.h/吨，两套制粉系统采用优化制控制后年可节电77万kw.h，年可创经济效益27.72万元。
作者简介
陆冰：男，中共党员，1974年8月出生，毕业于兰州石油学校工业自动化仪表专业、东北石油大学计算机科学与应用专业本科、学士学位。1996年开始在中国石油大庆石化分公司热电厂从事仪表检修、专业管理、技改扩建项目经理等工作。2010年3月至2012年1月主持了大庆石化热电厂炉机控制系统隐患治理及“煤粉锅炉燃烧自动控制技术”改造、开发工作。2012年3月调任神华包头煤化工分公司，现任仪表高级主管。
内蒙古包头市九原工业园区，014010，收件地址：中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司 机电仪中心。