1 引言磨煤机是火力发电站煤粉制备系统的主体设备，它的工作可靠性直接影响到整个制粉系统，乃至整个锅炉机组工作的可靠性。

其作用是将一定尺寸的煤块磨制到规定的细度煤粉以供给锅炉燃烧，并在磨制过程中将煤干燥到规定的水平，以利用煤在锅炉中充分燃烧。

磨煤机的形式主要有三大类：低速磨煤机（钢球磨煤机），中速磨煤机（E型磨煤机、碗式磨煤机、平盘磨煤机及MPS磨煤机等）及高速磨煤机（风扇磨煤机、锤击式磨煤机等）。

其中，钢球磨煤机被我国大多数火电厂采用，据资料统计，在国内发电厂中钢球磨煤机占各类磨煤机总量的60%以上。

然而钢球磨煤机的缺点也是显而易见的，如运行复杂、电耗高、噪音大、耗钢多、磨损多等，特别是自动控制难以实现这个问题至今仍未得到有效地解决，绝大多数电厂现在仍以手动为主。

长期手动控制球磨机的运行，不仅容易造成球磨机满煤、断煤、跑粉、超温事件的发生，而且也不能使系统长期保持在最佳工况下运行。

钢球磨煤机作为电厂的重要设备其安全、经济运行与整个电厂的安全、经济运行有着紧密的联系，同时热工过程的自动控制是保证热力设备安全和经济运行的必要技术措施，所以有必要对钢球磨煤机的特性以及国内现有的控制方案进行深入的分析，寻找到最优控制方案，以找出磨煤机自动投入率低的根本原因。

2 锅炉燃烧系统及其设备2.1制粉系统介绍制粉系统是指将原煤磨制成煤粉，然后送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和相关连接管道的组合。

它可以分为中间仓储式制粉系统和直吹式制粉系统。

中间仓储式制粉系统将磨好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后再根据锅炉运行负荷的需要，从煤粉仓经给粉机送入炉膛燃烧；而直吹式制粉系统将原煤经磨煤机制成煤粉后直接吹入炉膛进行燃烧。

主要制粉系统设备如下：（一）磨煤机磨煤机是制粉系统的主要设备，它的作用是将具有一定尺寸的煤块进行干燥、破碎并磨制成煤粉。

磨煤机通常是按照转速进行分类的。

1．低速球磨机其工作原理是电动机经减速装置带动圆筒转动，在离心力和摩擦力作用力下，护甲将钢球提升到一定高度，然后借重力自由落下。

煤主要被落下的钢球击碎，同时还受到钢球之间的挤压、碾磨作用。

原煤和热空气从一端进入磨煤机，磨好的煤粉被气流从另一端带出。

热空气不仅起干燥原煤作用，而且又是输送煤粉的介质。

干燥剂气流速度越大，带出的煤粉量越多，磨煤机出力越大，煤粉越粗。

低速磨煤机的优点是对煤种的适应性强，有较强的磨煤能力，工作可靠，能连续可靠地运行；缺点是设备笨重，金属耗量多，占地面积大，耗电量较大，特别是低负荷运行时，单位电耗很高。

2.中速磨煤机工作转速为50~300r/min，目前电厂采用的中速磨煤机型式主要有：平盘磨；碗式磨；中速钢球磨或E型磨；MPS磨。

工作原理都是以碾压破碎为主，其优点是结构紧凑，占地面积小，金属耗量小，磨煤电耗低，煤粉均匀性好；缺点是磨煤部件易磨损，不宜磨硬煤和水分多、灰分大的煤。

3.高速磨煤机目前国内常用的高速磨煤机是风扇式磨煤机（简称风扇磨），其工作转速为500~1500r/min。

风扇磨的优点是结构简单，制造方便，尺寸小，占地少，初投资低，磨煤机均匀地送入磨煤机，适应负荷变化快；缺点是磨损严重，不宜磨硬煤和水分大的煤，煤粉均匀性差等。

（二）给煤机给煤机的作用是根据磨煤机或锅炉负荷的需要调节给煤量，并把原煤均匀地送入磨煤机。

给煤机的型式很多，国内应用较多的给煤机有圆盘式给煤机、电磁振动式给煤机、刮板式给煤机和电动式皮带给煤机。

2.2燃烧系统简介燃烧过程的实质是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形式转换过程。

燃烧过程控制的根本任务是及时响应主控系统的输出指令，使燃料所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉燃烧的安全性和经济性。

燃烧的经济性主要是保证有合适的风/煤比，而安全性是保证锅炉处于过氧燃烧的状况及维持炉膛负压力为设定值。

由于炉内煤的燃烧是否良好，对发电成本影响很大，因此，要求锅炉运行人员合理组织煤的燃烧过程，保证良好的燃烧条件，使煤粉迅速而完全地燃烧。

2.2.1炉跟机控制方式如图2.1所示，炉跟机控制方式的特点是：汽轮机调负荷，锅炉调汽压。

调节过程中，锅炉跟随汽轮机而动作，其控制优点是充分利用了锅炉的蓄热来迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有利；缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。

图2.1 炉跟机控制方式示意图2.2.2机跟炉控制方式如图2.2所示，机跟炉控制方式特点是：锅炉调负荷，汽轮机调汽压。

调节过程中汽轮机跟随锅炉而动作，其控制优点是运行中主蒸汽压力相当稳定，有利于机组的安全经济运行；缺点是不能有效利于锅炉蓄热，适应负荷变化能力较差，不利于机组带变动负荷和参加电网调频。

图2.2 机跟炉控制方式示意图2.3风机为了使燃料在炉内的燃烧正常运行，必须不断地向炉膛内送入燃料燃烧所需要的空气，并随时排出燃烧后所生成的烟气。

火电厂所使用的风机有：送风机，其作用是提供燃料在锅炉炉膛内燃烧时所需要的空气；引风机，其作用是及时排出燃料在锅炉炉膛内燃烧时所生成的烟气；一次风机，其作用是将磨制好的煤粉排送至炉膛；二次风机，其作用是为锅炉内煤粉的燃烧提供氧气；密封风机，其作用是防止磨煤机正压运行时的煤粉外漏。

3 600MW单元机组燃烧控制系统实例3.1 单元机组简介该600MW单元机组采用6台给煤机、6台磨煤机，形成6个同样地制粉系统单元。

6台给煤机中只要有5台正常运行，就能保证机组满负荷运行，1台作为备用。

此汽包炉机组采用的是直吹式制粉系统，燃烧控制系统主要包括6个子控制系统，即燃料控制系统、磨煤机一次风量、磨煤机出口温度、一次风压力、二次风量、炉膛压力控制系统。

3.2 控制过程分析3.2.1 燃烧控制系统燃料控制系统如图3.1所示，接受的是锅炉指令，反馈信号是热量信号，控制的是给煤机转速，以给煤机转速代表煤量信号。

通过小值选择器作为燃料量指令的定值信号的作用是为了保证锅炉在燃料过程中，风量始终大于燃煤量，保证燃煤在炉膛中能完全燃烧，提高燃烧的经济性；大值选择器的作用是使每台给煤机的最小给煤量为25%，大值选择器的输出除了去改变给煤量外，还送至BCS。

ST为给煤机A转速信号，它也送至BCS。

当给煤机A转速信号大于50%时，将发出信号给BCS。

当某台给煤机的输出（给煤机A）与平均值不等，则通过减法器（2）、转换器T20、加法器（2）、转换器T1、T2去修正给煤机A的给煤量。

这样设计的目的是使每台给煤机的负荷能接近平均负荷；转换器T19是用来实现燃料控制器PI1的手动/自动转换；转换器T1的作用是实现给煤机的手动/自动转换。

（a）（b）图3.1 燃烧控制系统（a）串级控制系统方框图；（b）燃料燃烧控制系统SAMA图3.2.2 磨煤机一次风量控制系统煤粉管道中的煤粉和空气混合物的速度应保持在一定范围内（约在20~30m/s 左右），流速太低会使煤粉沉积在管道内，也会造成磨煤机内煤的溢出。

另外，流速过低还会使着火点移近燃烧炉膛的煤粉颗粒度将过粗，使着火减慢，煤粉和空气在炉膛的混合度差，使不完全燃烧增加，同时可能造成结渣。

因此，磨煤机的一次风量必须保持在给定值。

3.2.3 磨煤机出口温度控制系统磨煤机出口温度控制的任务是保持出口温度在一定的范围内变化。

因为如果温度太低，煤和煤粉将得不到足够的干燥，造成制粉困难，甚至会造成堵塞，影响煤粉的输送；如果温度太高，可能会引起制粉某些地方着火，发生事故。

因此输送煤粉的一次风必须满足一定的温度。

如图3-2可知，改变冷、热风挡板的开度能够改变一次风的温度，从而使磨煤机出口温度保持在给定值。

图3.2 磨煤机出口温度控制系统3.2.4 二次风（送风）控制系统600MW机组风量控制系统有一次风和二次风两个相互独立的系统，一次风主要用于将煤粉从磨煤机输送到燃烧器，二次风主要用来帮助燃料在炉膛中完全燃烧.其中二次风管道有左右两侧，故二次风测量分左右两侧，每侧的二次风量经各自的二次风温进行补偿，两侧补偿后的二次风相加称为补偿后总二次风量。

补偿后总一次风和补偿后总二次风量相加，便得到补偿后总风量测量值。

如图3.3所示。

图3.3 二次风量控制系统图3.3中，二次风量采用双变送器测量，一个为主变送器，一个为副变送器，两个变送器之间有偏差比较器。

当两个变送器间的偏差超过规定值时，表示两个变送器之一或者两个变送器同时发生了故障，这时将发生报警信号，并通过逻辑控制电路的作用，使磨煤机一次风量控制由自动地切换到手动方式，以免发生误调。

再经过温度补偿修正后得到补偿后的二次风量。

将两台送风机A、B补偿后的二次风量相加便得到总二次风量。

补偿后总一次风加补偿后总二次风，便得到补偿后总风量测量值。

补偿后总风量再经过氧量校正便得到校正后的总风量。

4 华能伊敏电厂二期#2磨煤机控制系统4.1 单元机组简介华能伊敏电厂二期是由8台磨煤机形成的600MW单元机组，8台磨煤机中只要有6台正常运行，就能保证机组满负荷运行，2台作为备用，确保了机组安全稳定的运行。

该机组采用的是直吹式制粉系统，这比采用中间仓储式制粉系统在基建投资和运行费用上的耗费少了许多，且在燃烧设备与制粉系统之间就有明显可分得界限。

4.2二次风干燥风控制过程分析该控制系统采用的是单回路控制系统，单回路控制系统主要由调节器和控制对象。

其控制原理方框图如图4.1所示.。

在此系统中调节器的给定值为磨煤机温度，测量值是各点磨煤机出口温度。

单回路控制系统适用于被控对象滞后时间较小、负荷和干扰变化不大、控制质量要求不高的场合，此外，单回路的设计和整定方法是其他各类复杂控制系统的基础。

图4.1 单回路控制系统原理方框图4.2.1 测量参数整定图4.2 参数整定组态图（一）主要功能码介绍：1.功能码156--新型PID控制器：S1 —过程变量的块地址。

本输入标识PID 算法所控制的过程变量。

S2 —设定值的块地址。

S3 —跟踪参比信号的块地址。

当在跟踪方式时本规格确定PID 的输出。

S4一跟踪开关信号的块地址。

本规格控制跟踪或释放方式：0 = 跟踪方式1 = 释放方式在跟踪方式时，输出强制等于跟踪参比信号（S3）。

在释放方式时，输出是据过程变量和设定值计算的函数。

S6 —前馈信号的块地址。

当在释放方式时，根据PID 算法计算的输出加上这个前馈输入后作为整个功能块的输出。

2.功能码15—2输入加法器：输出= （<S1>×S3）＋（<S2>×S4）（二）控制逻辑分析：1.磨煤机出口温度整定将磨煤机出口温度测量值与磨煤机出口温度设定值经输入加法器进行偏差计算，然后将其值输入到函数发生器中计算出磨煤机出口温度特性曲线，并将其作为PID整定的过程变量输入值进行参数整定。

2.给煤机煤量整定将给煤机给定值与给煤机煤量的测量值进行大值选择，输出两者中最大值，再经函数发生器输入到PID的<S6>中作为系统的前馈信号，以便快速消除内扰，以便保证机组稳定运行。