第ｌ８卷 Ｖｏ１．１８ 第２期
Ｎｏ．２ 重庆电力高等专科学校学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｅｇｅ ２０１３年４月 Ａｐｒ．２０１３
磨煤机料位自寻优控制系统设计
蒋恒，李波
（国电重庆恒泰发电有限公司，重庆４００８０５）
【摘要】制粉系统作为火力发电厂一个重要辅助系统，其安全性、经济性与企业利益密不可分。而磨煤机作为制 粉系统的一个主要设备，其耗电量占到了整个制粉系统的７０％一８０％。由于磨煤机料位控制一直以来都是制约磨 煤机安全、经济运行的难题，因此，迫切希望找到一种方法，能实现磨煤机长期处于最佳料位区间安全、经济运行。
“试探法”磨煤机料位自寻优系统是一次大胆尝试。 【关键词】磨煤机料位；自寻优控制；安全；节能；成效 【中图分类号】ＴＫ２２３．２５ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８—８０３２（２０１３）０２－００５８－０４
０引言
我国是一个以煤炭为主要能源的国家，在电力
行业，尽管水电、风电、核电等新能源近年来发展迅
速，但目前我国火力发电量占总发电量的份额仍在
８０％以上，并且在相当一段时期内，仍将保持在电力
结构中占据主导地位。而制粉系统作为火力发电机
组中一个必不可少的重要辅助系统，其安全、经济运
行直接决定着电厂运行的安全性和经济性。据统
计，火力发电厂厂用电占全厂总发电量的１０％左
右，仅制粉系统的耗电量就占到了全厂厂用电量的
１５％～２５％，是发电厂的耗电大户之一。而影响制
粉系统能耗最主要的因素就是磨煤机，其耗电量占
整个制粉系统耗电量的７０％～８０％，因此，磨煤机
的经济运行成为发电企业节能降耗的重要途径
之一。
在制粉系统自动投入情况下，运行人员设定的
磨煤机料位值通常比较保守，一般都在习惯工作区
以内，即经济运行区的左侧，无法使球磨机在最大出
力下运行，其经济性不言而喻。因此，我们需要对磨
煤机料位控制进行优化改造，其目的就是充分发挥
中储式制粉系统的优势，在确保不发生堵煤的情况
下，尽可能通过增加磨煤机料位，使其长期处于最佳
料位值附近运行，从而提高磨煤机出力，在最短的时
问内磨制出所需的煤粉，降低制粉单耗，达到节能降
耗的目的。
１ 钢球磨煤机工作特性分析
钢球磨煤机工作特性曲线如图１所示。
收稿日期：２０１２—１２—１９ 作者简介：蒋恒（１９７８一），工程师，研究方向为控制工程。 注：１一磨功率；２一磨料位音频信号；３一差压信号；４一磨出力 图１磨煤机工作特－陛曲线
从图１可以看出，钢球磨煤机的运行范围可划
分为３个区间，如图ｌ中的Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ所示。当磨煤机
运行在Ｉ区（即常规运行区），由于磨煤机料位，即存
煤量较低，钢球下落的动能只有一小部分用于磨煤，
其它部分白白消耗于钢球间以及钢球与磨内壁间的
空撞磨损，这也加速了钢球与磨煤机衬板的消耗。
因此，磨煤机若长期在这一区间内运行是非常不经
济的。而当磨煤机运行在ＩＩＩ区内（即非稳态运行
区），由于磨煤机料位过高，极易发生满灌堵煤事
故，给安全运行带来极大隐患。因此，从安全的角度
出发，应尽量避免磨煤机在这一区间内长时间运行。
ＩＩ区显然是最佳运行区域，它的大半段是处于稳态
运行区，且钢球磨煤机的运行工作点越向稳态与非
稳态运行区的边界点Ｎ靠拢，钢球磨煤机的出力越
大。Ｎ点附近区域就是优化运行区。分析这些曲线
可以得到以下一些结论。
（１）从曲线４（磨出力）可以看出，钢球磨煤机
的出力并不随着其存煤量的增加而单调增大。实际
上钢球磨煤机的最大出力点在图中的Ｎ点，这就是 第２期 蒋恒等：磨煤机料位自寻优控制系统设计 ５９
需要寻找的最佳工作点。当存煤量太大时，工作点
超过了Ｎ点，就容易出现满罐堵煤，这时磨煤机的
出力降到最低。
（２）从曲线１（磨煤机功率）可以看出，钢球磨
煤机的功率也不是随着其存煤量的增加而单调增
大，而是有一个极值点Ｍ，并且它在磨煤机最佳工作
点Ｎ的左侧。因此，当磨煤机运行工作点越靠拢最
佳工作点Ｎ，此时磨煤机功率越小越省电。
（３）在钢球磨煤机的运行中，当存煤量较少时，
因钢球相互碰撞，导致钢球磨煤机的音频信号较强，
随着其存煤量的不断增加，钢球问慢慢填人煤，因而
检测料位的音频信号逐渐减弱，因此，通过检测音频
信号强弱，可以间接反映球磨机存煤量的大小。
２磨煤机料位优化控制功能设计
对于磨煤机制粉系统来说，最佳存煤量并不是
一成不变的。钢球损耗、煤种变化以及煤的水分变
化等都会使最佳存煤量产生漂移。因此，我们设计
了“试探法”磨煤机最佳料位自寻优系统，以期解决
这一技术难题。这种优化控制的基本思路就是通过
改变给煤量计算磨煤机出力，判断出力变化方向，使
磨出力始终向增大的方向变化，直到出力变化方向
反复变化为止，此时即为最佳料位值。其流程图如
图２所示。
图２磨煤机料位自寻优控制流程图 磨煤机料位自寻优系统的工作原理如下：
（１）当某列磨煤机制粉系统稳定运行后，由运
行人员投入磨煤机料位自动控制，然后在图３操作
面板中点击“自寻优开始”按钮，启动该列磨煤机料
位自寻优系统。
（２）系统初始化，并定义前一周期的该列磨煤
机出力累计值Ｐ１：０。
（３）统计本周期内磨煤机出力累计值，并将该值
赋给变量Ｐ２。周期长度可由运行专工根据系统运行
状况进行适当修改，为提高出力累计计算的可靠性，
减少系统波动，一般将周期设置为１０～６０ｒａｉｎ。
（４）判断出力变化方向，并作出相应调整。根
据本周期内统计的磨煤机出力累计值Ｐ２减去上一
周期内统计的磨煤机出力累计值Ｐ１，如果大于零，
则维持上一周期调整磨煤机料位设定值的方向，继
续增加或减少一个固定的磨煤机料位变化量，否则
就反向调整磨煤机料位设定值（减少或增加固定的
磨煤机料位变化量）。需要注意的是每次增加或减
少的这个固定料位变化量不宜设置过大，否则有可
能造成系统波动过大或磨煤机堵煤事故的发生，一
般设置为１％～３％。另外，当出力方向每改变一
次，就对变量Ｔ（该变量用来判断系统是否已达到最
佳料位值）累加１，否则就对变量Ｔ进行一次清零
处理。
（５）判断是否已达到最佳料位值。如果经过数
次调整，磨煤机料位设定值在某个数值来回增、减，
说明该料位值已接近自寻优系统所要寻找的该磨煤
机最佳料位值。通过变量Ｔ是否大于２作为判断依
据：如果大于２，说明系统已经处于最佳料位值附近
经济运行了，结束磨煤机料位自寻优控制，使其保持
在这一最佳料位值自动运行；否则将本周期统计的
出力累计值赋值给Ｐ１，再返回到第（３）步循环运行，
直到寻找到最佳料位，从而结束本轮自寻优控制。
３磨煤机料位控制系统分析
３．１系统控制流程
磨煤机料位控制软手操器如图３所示。
磨煤机料位单回路自动控制系统的控制流程大
致为：在自动投入情况下，ＤＣＳ系统将接收到的磨
煤机料位测量值作为被调量，与料位设定值（图３
中“ｓ”）进行比较，经过ＤＣＳ系统ＰＩＤ模块分析计算
以后，按照反作用调节功能（即当实际料位“Ｐ”大于
给定料位“Ｓ”时，调节器输出减小，反之则增大），其
输出信号经过一个选择模块，该模块的作用是当锅
炉ＭＦＴ或该磨煤机任一联锁跳闸信号发出或给煤
机断链、
堵煤等条件发生时，通过该选择模块将输出 第２期 蒋恒等：磨煤机料位自寻优控制系统设计 ６１
三，高料位可以减少钢球以及磨煤机内壁的磨损，降
低钢球消耗以及降低磨煤机的维护成本。
５结束语
磨煤机料位控制一直以来都是制约磨煤机安
全、经济运行的难题，本文设计了“试探法”磨煤机
料位自寻优系统。实践证明，该系统减少了磨煤机
耗电量，降低了钢球消耗，实现了节能降耗目标。
参考文献：
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Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｓｅｌｆ－ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏａｌ ＭｉＵ
ＪＩＡＮＧ Ｈｅｎｇ，ＬＩ Ｂｏ
（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｈｅｎｇｔａｉ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｇｕｏｄｉａｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００８０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏａｌ ｐｕｌｖｅｒｉｚｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ａ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｗｈｏｓｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ
ｅｃｏｎｏｍｙ ａｒｅ ｃｌｏｓｅｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．Ｔｈｅ ｃｏａｌ ｒａｉｌｌ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｉｔｓ ｍａｉｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｈｏｓｅ ｐｏｗ—
ｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｃｃｏｕｎｔｓ ｆｏｒ ７０％ｔｏ ８０％ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｓ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｒａｉｌｌ ｈａｓ ａｌ－
ｗａｙｓ ｂｅｅｎ ａ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｉｔｓ ｓｅｃｕｒｅ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ￣ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｅｓｓａｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｓｅｌｆ－ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒｉａ１．ａｎｄ—ｅｒｒｏｒ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｋｅｅｐ ｉｔｓ ｓｅｃｕｒｅ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉ－
ｍａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌｅｖｅｌ ｏｎ ａ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ｂａｓｉｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｔｅｒｉａｌ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｌｌ；ｓｅｌｆ－ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｅｆｆｅｃｔ
（上接第４９页）
通过隐患排查机制的建立，促进了运维人员对 参考文献：
设备隐患的积极整改，有效降低了变电站设备运行 ［１］ Ｑ＼ＧＤＷ ４４１－２０１０，智能变电站继电保护技术规范
风险。
４结束语
智能站的二次系统运行维护是确保智能站安全
稳定运行的重要组成部分，同时由于其专业性强、集
成度高等特点，还需要在实践中不断总结经验，优化
完善管理模式，实现标准化和规范化管理。 ［Ｓ］． ［２］Ｑ＼ＧＤＷ３８３－２００９，智能变电站技术导则［ｓ］． ［３］ 李志平．浅析智能变电站二次系统的结构设计与研究
［Ｊ］．数字技术与应用，２０１ｌ，（１１）． ［４］许建刚，吴曦．智能化变电站运维问题探讨［Ｊ］．供用
电，２０１３，（１）．
Ａ Ｐｒｏｂｅ ｉｎｔｏ ｔｈｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ
Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｐｒａｃｔｉｃｅ
ＸＩＥ Ｘｕ，ＮＩ Ｔｉｎｇ
（Ｊｉａｎｇｊｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０２２６０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｅｓｓａｙ ｐｒｏｂｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎ－
ｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｄｅｆｅｃｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｉｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｎ－
ｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｉｔｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｒｉｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ］ｊ １ｊ