智慧电厂干货｜火电厂燃煤机组APS之锅炉制粉系统一键启停

火电燃煤机组的APS（APS-Automatic Procedure Start-up／Shut-down）是在一个复杂运行环境下实施复杂控制的复杂的热工控制系统，都说细节决定成败，方向决定前途，基础决定高度，一个成功的APS同样离不开这些要素。

APS被定义为机组自动程序启停系统，即为程序控制，其中就有顺序控制和模拟量调节，在模拟量调节中，锅炉给水和燃烧两大控制回路须“一键启停” 作为基础才能抬升APS自动化的高度，锅炉燃烧控制又包括风烟调节和燃料调节，燃料调节有两种燃烧器，油枪和煤粉燃烧器，而煤粉燃烧器的煤粉源头就来自锅炉制粉系统，制粉系统程序控制逻辑智能化 ，是确保APS成功的细节。毫不夸张的说，若APS成功，首先要过制粉系统“一键启停”这一关，这是构建APS的正确方向。锅炉制粉系统“一键启停”何以为 “关”？关者，难点也。斩关夺隘，过后就是坦途。

（来源：北极星电力网 作者：王立地）

01 制粉系统主要设备和控制

燃煤机组锅炉都配有煤粉燃烧器，以4角喷燃煤粉炉为例，通常300MW机组设计有5层煤粉燃烧器，额定负荷运行4层，一层轮换备用，600MW等级机组有6层煤粉燃烧器，5用1备。每层有4只喷燃器，每层燃烧器配备一套以磨煤机为核心的制粉系统。入炉煤品质特性不同，有多种构造形式的磨煤机和制粉系统配合应用，本文以碗式磨辊中速磨制粉系统为例进行讨论。

图1 锅炉制粉系统

1）制粉系统的设备

1、磨煤机；2、润滑油泵；3、辊压力油泵；4、出口挡板；5、热风闸板；6、旋风分离器；7、给煤机；8、给煤闸板；9、冷风闸板；10、磨密封风阀；11、氮气入口阀。

12、给煤机密封阀

2）制粉系统的控制

1、风量调节（PID）；2、出口温度调节（PID）；3、给煤调节（PID）；4、旋风分离器调节（偏差）；5、磨辊油压调节（两位）；5、制粉系统程序控制。

02 制粉系统概述

磨煤机为碗式磨辊中速磨，最大出力69.5t/h，电机功率740kW，磨辊液压可调，每台磨煤机配置液压油泵和润滑油泵各1台，磨煤机出口装有变频调速旋风分离器，底部装有石子煤斗，皮带称重给煤机配备电子皮带秤（量程15.3～76.5 t/h）。合格的煤粉在锅炉一次风挟带下通过磨煤机出口4根煤粉管经煤粉燃烧器对角喷入炉膛的同一层。煤粉燃烧器采用直吹式低温送粉，磨煤机入口通入的热风（HOT AIR）和冷风（COLD AIR）都来自一次风机，热风经过锅炉空气预热器加热，而冷风直接取自一次风机出口，冷、热风在磨煤机入口混合。磨煤机和给煤机都配有密封风，磨煤机密封风来自锅炉一次风机出口，经密封风机升压后供磨煤机密封，给煤机密封风从磨煤机冷风调节挡板前引出。磨煤机入口热风管上安装有热风调节挡板，控制进入磨煤机的风量，冷风管上同样装有调节挡板，用于调节磨煤机出口温度。冷风、热风调节挡板后都安装有风门截止闸板，用作磨煤机停运后的系统隔离。

每套制粉系统设计有给煤、风量、出口温度、旋风分离器转速和磨辊压力油调节5套模拟量自动回路，能够自动地投“自动”，从设备启动到正常调节全过程不需要人为干预，一键启停。

03 制粉系统一键启停的标准

锅炉制粉系统被控对象既有开关量又有模拟量，控制方式既有顺序控制又有回路自动调节，并且设备顺序启停过程中，模拟量自动调节也在适时投入工作。所以，我们把锅炉制粉系统控制定义为：复变参量程序控制。

制粉系统一键启停的识别标准是：

1）模拟量自动调节回路须能从工艺系统停止状态至设备正常运行“自举自动”。调节器定值随动给定、偏差自动纠偏，从开环控制自动地投入闭环自动调节，设备启动前调节回路即可投入自动。

2）开关量设备在设备级须有手动操作和自动控制两种工作方式。杜绝顺序控制过程中的手动/自动混搭现象，确保自动控制功能本质安全。

3）开关量设备冗余联锁须智能选择、自动投入和切除，自动联锁投入时机应在设备启动前。

如果换一种说法，就是一旦按下制粉系统程序控制的“启动”或“停止”按钮，一切皆由自动装置（DCS）自动控制和调节，运行操作人员只需动眼无须动手，制粉系统即可设备启动、铺煤、制粉乃至吹扫，实现全过程、全工况、全自动运行。

国内已有大型燃煤机组（700MW）实现了锅炉制粉系统 和BMS（锅炉燃烧器管理系统）系统“一键启停”，始于1999年。

表1 一键启停与常规操控对比

04 自动纠偏→自动地投“自动”

1.一键启停要求模拟量自动调节（MCS）回路须自动地投“自动”；

2.MCS有手动远方操作和自动回路调节两种控制方式；

3.一键启停控制机组启停过程中要求MCS从手动远方操作切换为自动回路调节不得人工手动干预；

4.应用超驰控制，实现“自动纠偏”功能；

5.将尚未“自动” 的MCS，平滑地导向AUTO方式，实现MCS自动的投“自动”；

6.根据MCS回路不同特性，可在MCS回路伺服方式下进行开环自动纠偏或MCS回路已经切换为AUTO的初始阶段进行闭环自动纠偏，从而确保调节回路自动的无扰手动／自动切换。

05 制粉系统模拟量调节

1）给煤调节

锅炉入炉煤量的调节整体上为串级调节，给煤主调节器（COAL MSTER）PI调节，入炉煤量的给定由锅炉主控器（BOLER MASTER）输出（BM）和锅炉风量（AF）先经过函数F（x）转换成统一的代表煤量的参数，再通过小值选择器（＜）进行比较，得出给煤主调节器的给定SV值，小值选择器在这里起到的作用是锅炉送风量和入炉煤量 “超前滞后、交叉限幅”，实现“加煤先加风、减煤后减风”的控制。在机组变负荷的过渡过程中，维持锅炉过剩空气系数始终接近设计值，确保锅炉经济燃烧。主调节器输入偏差（Δ）由给定值SV和磨煤机给煤总量（PV）的代数和得出。机组纯煤燃烧工况下，各台给煤机的给煤量在加法器（Σ）中相加，输出经入炉煤热量（COAL CALORY）修正，形成PV值，再经过乘法器（×）增益校正后进入给煤主调节器，磨煤机不同的投入台数对应不同的增益，保持锅炉给煤调节输出特性一致。

单台磨煤机给煤调节是锅炉燃料调节的副调回路。给定值SV来自给煤主调节器输出，与给煤偏置相加后再与单台给煤量相减得出磨煤机给煤调节器的偏差（Δ），通过给煤调节器的PI运算去调节给煤机的转速控制给煤量，磨煤机给煤调节还设有磨煤机投入初始阶段的超驰控制，完成暖磨、铺煤、咬煤等控制。

图2 锅炉燃料自动调节回路原理图

2）风量调节

磨煤机风量自动调节是一个单回路PI调节，过程测量信号为磨煤机入口的热一次风（A-MILL PRIMARY AIR FLOW），带有温度补偿（A-MILL PRIMARY AIR TEMPERATURE），经过开方和滤波（LAG）成为PV值。给定值SV由给煤机煤量（A-COAL FEEDER COAL FLOW）函数转换成风量与热风偏置（A-MILL 1RY AIR FLOW BIAS ）相加后得出。磨煤机风量给定SV为随动定值，所以磨煤机风量自动是一个随动调节回路。SV与PV值相减得出调节器的输入偏差（Δ）。调节回路的被控对象为热一次风，执行机构是热风调节挡板（HOT AIR DAMPER CD）。PI调节器输出与磨煤机出口温度自动回路互为关联，具有双向解耦功能。

3）温度调节

磨煤机“出口温度自动”调节的是冷一次风，单回路PI调节，给定（SET）82℃，与磨煤机出口温度调节回路偏置（A-MILL OUTLET TEMP. BIAS）代数相加后形成SV值，过程值PV是磨煤机出口温度（A-MILL OUTLET TEMPERATURE），PV值减去SV值得到调节器输入偏差（Δ）。执行机构为磨煤机入口冷风调节挡板（COLD AIR DAMPER CD）。磨煤机风量调节与出口温度调节具有交叉耦合特性。调节热风改变磨煤机风量的同时也引发磨煤机出口温度变化，而调节冷风控制磨煤机出口温度到给定值，磨煤机风量随之发生偏移。这种在调节过程中两个回路相互影响的现象，就叫做回路参数的“耦合”，耦合作用令磨煤机的风量和出口温度调节品质都会变差，甚至无法同时投入两个自动调节回路。本文论述的磨煤机出口温度和磨煤机风量调节回路设计有专门的解耦功能，有效地消除了冷、热风调节的耦合影响。

图3 锅炉制粉系统风量/温度自动调节回路原理图

4）旋转分离器调节

磨煤机旋风分离器转速调节的执行机构为变频器（Variable-frequency Drive，VFD），磨煤机电动机电流（A-MILL CURRENT）作为过程测量值PV，给定值由给煤机煤量（A-COAL FEEDER COAL FLOW）经函数转换生成，该自动调节回路为开环随动调节，未设计PI调节器。

5）磨辊油压调节

磨辊压力油调节采用两位式控制，磨辊压力油调节给定值取自磨煤机给煤量函数，磨辊油压将跟随给煤量的增减而升降。磨辊油压给定值减去磨辊油泵出口压力形成调节偏差，偏差小于±0.3MPa，磨辊油压维持不变。而偏差超过±0.3MPa时，磨辊油压将被控自动降低或升高。