磨煤机最佳正、反作用加载油压运行的优化研究

李振林，葛志鹏，周嘉炜，郭占宝，赵文松，刘剑桥，黄 博

（河北涿州京源热电有限责任公司，河北 涿州 072700）

0 引言

传统的固定式磨辊加载系统由于磨辊加载力不能随磨煤机工况变化而进行调整，导致磨煤机出力降低，制粉单位电耗增大，研磨件金属磨损大及磨煤机振动大等问题，正反作用力及加载油压的合理控制可以避免上述问题。程鸿、朱尧通过对磨煤机加载系统改造，提高了加载力的出力，从而提高了磨煤机的最大出力，并且有效降低同等煤量下的磨煤机电流[1]。苟琮琦、陈平、张宏宇对磨煤机加载系统进行了完整严谨的加载力试验，得到了不同加载力下煤粉细度与磨出入口差压对应的变化关系[2]。王培毅等通过进行磨煤机工况试验，验证了提高磨煤机加载力可以使煤粉细度更细，而且加载力降低会导致磨煤机碾磨出力下降，石子煤量增加，严重会导致堵磨[3]。员盼锋、时勇强针对正常煤种、劣质煤种在不同加载力下的磨煤单耗、煤粉细度、石子煤排放量、底座振动等指标，给出了最佳加载力曲线[4]。王晋一等通过对液压加载力及其性能曲线的优化，降低了磨煤机的单耗，提高了制粉系统运行经济性[5]。王新立详细介绍了磨辊加载力随给煤量变化而变化的磨辊自动加载系统的构成及原理并对该系统进行了全面的分析，为国内MPS 磨煤机制造厂家设计和电厂改造加载系统提供参考[6]。

上述研究均取得了一定的成果，对磨煤机系统的稳定高效运行起到了一定的积极作用，但是上述分析和研究没有考虑煤质变化、煤泥掺烧、蓬煤等工况，而上述工况在目前燃煤供应紧张、价格高企的背景下较为常见，对于这些工况的专项研究和优化就显得十分重要。本文在借鉴前人研究的基础上，针对上述问题，结合工程实际，进行了一系列试验和测试，并根据试验和测试结果提出了优化方案，在机组检修期间进行了实施和调试，节能降耗效果显著。

1 系统现状分析

本厂采用MPS180HP-II 型中速磨煤机，该系列磨煤机具有高效、节能、低耗的特点，并且适应煤种的能力较强。目前，该型磨煤机在国内外市场上得到了广泛的应用。磨煤机液压变加载系统是磨煤机的重要组成部分，由高压油泵站、油管路、加载油缸、蓄能器等部件组成。其功能如下：液压系统为磨辊提供随负荷而变化的碾磨压力，从而控制煤粉研磨细度，其大小由比例溢流阀根据负荷变化的指令信号来控制液压系统的压力来实现。此控制系统有两个比例溢流阀，通过调整比例阀开度分别控制作用力和反作用力的数值。

如图1所示：该控制策略采用单回路PID 控制方式。设定值由给煤机煤量折算函数和运行人员手动设置偏置形成，通过PID 计算出阀位动作值。

图1 原控制策略SAMA图Fig.1 SAMA Diagram of the original control strategy

查看历史趋势发现，运行人员在调控制粉系统过程中，习惯性地将作用力的设定值增加正偏置，目的是加大磨辊与磨盘的压力，从而使煤粉磨得更细。根据厂家提供的说明书所述内容，过大的作用力对于煤粉细度的改善效果有限，反而容易造成磨辊磨损程度加大，运行时长缩短。

除此之外，由于煤泥掺烧，入炉煤的黏性加大，2020年冬季1、2 号机组频繁出现原煤斗蓬煤。由于正反作用力根据给煤量测量值进行调节，当发生蓬煤时给煤量测量值无法反映磨煤机中煤量的实际变化情况，导致磨辊的动作失去参考，进一步加大设备损耗。

根据目前系统的运行和控制情况，计划通过研究磨煤机出入口差压的变化情况，设计加载力折算函数对原有PID 的设定值进行修正，减少运行人员的频繁干预，提高系统的稳定性，降低磨煤机耗电量。通过研究给煤机转速的变化情况，设计超驰动作回路，当发生蓬煤工况时，迅速改变比例阀的输出，使磨辊尽快抬起，减少磨辊和磨盘的磨损。

2 加载力手动偏置试验

为了搞清楚磨煤机出入口差压与加载力之间的关系，进行了加载力手动偏置调整试验。在保证煤质相同、单台给煤机煤量、风量相同的情况下，人为地调整加载力偏置，查看磨出入口差压与电流的变化情况。

试验磨组：1 号机组5 号磨，2 号机组3 号磨。试验过程中采用同一种煤进行试验，确保煤质不发生变化。

试验前工况：保证煤质不产生变化的同时，控制给煤机煤量、风量稳定，保持反作用力不变，将正作用力偏置按照表1设置工况进行试验。

表1 手动偏置试验设定参数Table 1 Manual bias test setting parameters

通过对正、反作用力偏置的控制进行试验，参数设定后持续运行60min。试验过程中查看磨煤机电流、磨出入口差压、磨风量、给煤量的变化情况。试验后记录相关参数，并统计60 min 的平均数见表2。

表2 手动偏置试验数据Table 2 Manual bias test data

根据试验发现，在保持磨煤机风量、给煤量不变的情况下，正加载力变化对磨煤机电流、磨出入口差压有较大影响。当正加载力设置正偏置时，磨煤机电流增大，出入口差压降低；当正加载力设置负偏置时，磨煤机电流减小，出入口差压增大。在试验工况下，正加载力与磨煤机电流和磨出入口差压呈现线性关系，其中磨出入口差压的变化较为明显。可根据上述数据设计磨出入口差压-正加载力的对应函数，作为正加载力的设定值修正。

保持正加载力不变，反加载力的调整对磨煤机差压及电流影响不明显，但从保护磨辊的角度该项目具有一定实际意义。

3 加载力控制优化策略

3.1 磨出入口差压函数优化

通过对磨煤机出入口差压与加载力试验数据的分析和观察，设计出入口差压和加载力之间的对应函数。在原有控制回路基础上，对设定值形成回路进行优化，增加磨煤机出入口差压折算函数，对加载力设定值进行修正。控制框图如图2。

图2 新控制策略SAMA图Fig.2 SAMA Diagram of the new control strategy

根据试验数据确定磨出入口差压-正加载力的函数关系F1(X)见表3。

表3 磨煤机出入口差压-正加载力函数关系Table 3 The relationship between the differential pressure at the inlet and outlet of the coal pulverizer and the positive loading force

3.2 超驰控制回路优化

针对蓬煤工况，通过对给煤机转速和转速变化速率的判断，对正、反加载油压控制回路增加超驰功能。当给煤机转速反馈大于1000rpm，并且10s 内转速变化率大于300rpm 时，判定为磨组出现蓬煤工况，正反作用力超驰动作信号发出，直接控制正作用比例溢流阀关闭，反作用比例溢流阀打开，从而实现磨辊快速升起，减少磨辊与磨盘的磨损。控制框图如图3。

图3 超驰功能逻辑图Fig.3 Override function logic diagram

4 回路投运及效果分析

2021年12月2日，5 号磨煤机加载油压控制系统将新增的出入口差压修正回路投入，并与运行人员交底。新增回路已具备随磨煤机出入口差压调节加载力的能力，不需要人为频繁调整偏置。

调取5 号磨煤机优化前后数据进行对比（煤质基本相同的时段），对比性能指标包括：2h 电量差、磨煤机出入口差压、磨煤机电流、正加载力压力，见表4。

表4 5号磨煤机优化前后参数对比Table 4 Comparison of parameters before and after optimization of No.5 coal mill

2021年12月14日，3 号磨煤机加载油压控制系统将新增的出入口差压修正回路投入，并与运行人员交底，新增回路已具备随磨煤机出入口差压调节加载力的能力，不需要人为频繁调整偏置。

调取3 号磨煤机优化前后数据进行对比（煤质基本相同的时段），见表5。

表5 3号磨煤机优化前后参数对比Table 5 Comparison of parameters before and after optimization of No.3 coal mill

5 总结

2 号炉3 号磨煤机及5 号磨煤机投入新调节方式稳定运行3 个多月，经历了机组的供热工况，能够适应机组负荷变化、煤质变化蓬煤等工况，优化后磨煤机电量消耗有所降低，磨煤机出入口差压、磨煤机电流、正加载力等参数都表明调节过程中调节准确性增强，运行人员手动干预减少。

通过本次对于磨煤机加载力的研究，发现了正加载力对于磨煤机差压与电流的变化关系，并对原加载力控制回路增加了磨出入口差压-正加载力的设定值修正回路，通过测试和调整，磨煤机加载力的控制性能得到了一定的提升。同时，对蓬煤工况下磨组运行状况的分析，确定了采用磨煤机转速变化速率作为蓬煤判断条件的超驰控制回路，使磨煤机在发生蓬煤工况时减少不必要的磨损。