3.3控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5號爐LCS具有開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)現(xiàn)場惡劣環(huán)境，而且系統(tǒng)具備了雙機(jī)熱備的功能，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正是吸取了DCS在過程控制中的諸多優(yōu)點(diǎn)，在使用簡易，控制效果明顯，并突出經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)下，設(shè)計(jì)出基予PLC的3層控制結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示：
系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)分別是：
①工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為服務(wù)器的操作員站I，服務(wù)器被安裝在后臺的控制柜中，前端連接顯示器為操作員顯示監(jiān)控界面。服務(wù)器的主要功能是與第2層的控制器進(jìn)行通信，一方面控制器將采集和處理后的信號量傳送給服務(wù)器用作顯示與控制計(jì)算，另一方面服務(wù)器向控制器發(fā)送控制參數(shù)與信號；同時(shí)，服務(wù)器還承擔(dān)著記錄數(shù)據(jù)的任務(wù)，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu)控制算法功能。
②執(zhí)行控制功能與信號采集處理功能的執(zhí)行器站Ⅱ。執(zhí)行器站由2個(gè)PLC站組成，與操作員站I通信，同時(shí)與現(xiàn)場信號空進(jìn)器連接。控制站專門執(zhí)行控制功能：其輸人為磨音信號、出人口壓差、出口溫度、球磨機(jī)電流、入口負(fù)噩和排粉機(jī)電流．輸出信號則為控制給煤機(jī)電流變化的信號和控制風(fēng)門變化的信號。
③最下面一層是現(xiàn)場信號層Ⅲ。該層由傳感器采集系統(tǒng)所需各種信號．然后送人變送器，由變送器特這些信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA的模擬信號供第2層使用。控制系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。
4改造后的調(diào)整試驗(yàn)及效果分析
4.1改造后的調(diào)整試驗(yàn)
改造后的調(diào)整、試驗(yàn)由電廠配合某公司調(diào)試人員進(jìn)行。首先分步測試了系統(tǒng)各控制程序單獨(dú)運(yùn)行情況，主要有給煤控制程序、出口溫度控制程序和人口負(fù)壓控制程序，單獨(dú)調(diào)試情況正常。
當(dāng)磨煤機(jī)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)定值控制后，影響磨煤出力的決定因素就在鋼球量的調(diào)整上。根據(jù)預(yù)定的鋼球裝填辦法：按直徑40 mm，50 mm．60 mm以上3種規(guī)格的鋼球，裝載總量控制在16 t．鋼球級配按3，4，3的比例進(jìn)行稱量裝載。實(shí)際單臺磨初裝鋼球量為14.5 t（其中直徑40 mm左右鋼球4.5 t，直徑50mm左右鋼球8t，直徑60 mmn以上鋼球2 t）。運(yùn)行調(diào)試過程中，為提高磨煤出力先后分4次加入2.5 t直徑60 mm以上鋼球，此時(shí)總裝球量為17t，對應(yīng)的磨煤機(jī)運(yùn)行電流為29 A左右。
乙磨煤粉細(xì)度（R90=31%(左右)高于甲磨煤粉細(xì)度（R90=25%左右），且乙磨煤粉均勻性n值偏小(0.7～0.8)，分析原因可能是由于初裝鋼球時(shí)小球比例偏少，因此對原煤的碾磨作用不足，根據(jù)實(shí)際鋼球的磨損情況，于11月25日向乙磨加了1t小球和1t大球，運(yùn)行電流保持在29 A左右。根據(jù)實(shí)際化驗(yàn)結(jié)果，等磨運(yùn)行電流下降到28 A左右時(shí)，叉向乙磨舔加小球1t，效果比較明顯。最后煤粉細(xì)度均控制在R
90=2696左右(排粉機(jī)風(fēng)門擋板開度為35%)。運(yùn)行1 d后，逐步投入了出口溫度控制程序和^口負(fù)壓控制程序。6d以后，運(yùn)行過程中出現(xiàn)出口溫度瞬間高跳變，造成了熱風(fēng)門全關(guān)，冷風(fēng)門全關(guān)現(xiàn)象，自動被迫解列。經(jīng)過檢查分析，最終判定由二次儀表變送的出口溫度信號，在瞬間有跳變，造成控制程序認(rèn)為溫度超過80℃的保護(hù)動作值，制粉系統(tǒng)連鎖保護(hù)動作。于是將出口溫度控制程序的出口溫度判定條件加入了限定條件：如果瞬間采集信號超過80℃，熱風(fēng)門自動輸出保持前一輸出值不變，如果2s后溫度仍然保持80℃，連鎖保護(hù)動作。后經(jīng)30 d運(yùn)行，此故障再沒有出現(xiàn)過。
4.2改造后的效果分析
①項(xiàng)目實(shí)施后，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，單臺磨煤機(jī)內(nèi)裝鋼球量在21t左右，2臺磨較以往減少了2.5～3 t，但磨煤機(jī)制粉出力平均每小時(shí)提高了6t，與去年同期同負(fù)荷情況下相比，提高了制粉出力15%，加快了制粉速度，縮短了制粉系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，平均每班縮短40min左右，磨煤機(jī)壘天停運(yùn)時(shí)間平均延長了2.8 h。自動投入后，制粉系統(tǒng)能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，減少了人為干預(yù)控制．，均勻給煤，杜絕了滿磨堵煤和空磨損耗，無形中增加了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。調(diào)整后90 d的平均值與調(diào)整前90 d同期平均值對比見下表。
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鋼球量/t |
平均每天制粉時(shí)間/h |
平均每天停運(yùn)時(shí)間/h |
平均制粉出力/t·h-1 |
減少運(yùn)行時(shí)間/h |
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甲磨 |
調(diào)整前 |
22.00～22.50 |
14.60 |
9.40 |
19.23 |
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調(diào)整后 |
20.50～21.00 |
11.80 |
12.20 |
22.41 |
2.80 |
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乙磨 |
調(diào)整前 |
22.00～22.50 |
14.60 |
9.40 |
19.46 |
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調(diào)整后 |
20.50～21.00 |
11.80 |
12.20 |
22.52 |
2.80 |
②調(diào)整運(yùn)行后，煤粉細(xì)度平均比調(diào)整前提高約30%（R
90=26，R
200=8），煤粉均勻性指標(biāo)咒值約為0.8，飛灰可燃物指標(biāo)在6%以內(nèi)，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，鍋爐燃燒狀況良好，各項(xiàng)污染物指標(biāo)均正常。調(diào)整后90 d的平均值與調(diào)整前90 d同期平均值對比結(jié)果見下表：
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R200 |
R90 |
0.8≤n≤1.2（均勻性） |
飛灰可燃物/% |
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甲磨 |
調(diào)整前 |
2.60 |
16.80 |
0.89 |
1.68 |
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調(diào)整后 |
7.60 |
25.65 |
0.81 |
3.65 |
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乙磨 |
調(diào)整前 |
2.80 |
16.90 |
0.87 |
1.87 |
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調(diào)整后 |
8.10 |
26.47 |
0.79 |
3.79 |
n=2.884·lg（2-lgR
200）/（2-lgR
90）
n值是代表鍋爐鋼球配比、煤粉細(xì)度均勻性的重要指標(biāo)．0.8≤n≤1.2比較合適。
③改造后，因?yàn)轱w灰含碳量由原來的2%～4%提高到現(xiàn)在的4%一6%，原煤的浪費(fèi)量有所增大，由飛灰含碳量倒推出多消耗的原煤量M的計(jì)算公式見式(1)。由公式(1)計(jì)算出的改造前后多消耗的原煤量比較表見下表。
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Ay/% |
Chy/% |
B/Kg·h-1 |
Qyd/Kj·kg-1 |
全年浪費(fèi)原煤量/t |
全年多消費(fèi)原煤量/t |
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2005年 |
21.88 |
2.50 |
21 |
22.054 |
87.06 |
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2006年 |
21.88 |
5.50 |
21 |
22.054 |
191.46 |
104.40 |
M=（KA
Y×0.8C
hyB）/（100-C
hy）Q
yd
式中 A
Y煤的應(yīng)用基灰分含量，%；
C
hy為飛灰臺碳量，%；
B為每小時(shí)燃煤量，kg/h;
Q
dy煤的低位發(fā)熱量，kJ/Kg;
K為碳的發(fā)熱量，取K=32 886，kj/kg。
5改造后的效益分析
制粉系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的優(yōu)化運(yùn)行，其經(jīng)濟(jì)效益也明顯體現(xiàn)出來。
①煤機(jī)內(nèi)鋼球總量減少2.5～3 t．磨煤機(jī)制粉出力平均每小時(shí)提高了6t，減少了制粉時(shí)間，既節(jié)約了鋼球費(fèi)用9 000元，又節(jié)約了制粉電量。
節(jié)約鋼球的效益=（原鋼球裝載總量一現(xiàn)在鋼球裝載總量）×鋼材市場價(jià)格-2.5x3 600元/t=9 000(元)
②制粉單耗也明顯降低，往年同期制粉單耗平均為27, 51 kW/t，而現(xiàn)在制粉單耗平均只有21. 89kW/t，同比下降了約20%。以年均滿負(fù)荷計(jì)算，每年僅制粉電量就可節(jié)約72×104 Kw/h，折合成出口電量（按0.27元／kW/h）計(jì)算，每年可節(jié)約資金21.8萬元。鍋爐年最大負(fù)荷平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)按6 000 h/a計(jì)算，滿負(fù)荷每小時(shí)耗煤24 t。
年節(jié)電效益=（改造前年同期平均制粉單耗一改造后平均制粉單耗）×每小時(shí)耗煤量×鍋爐年均運(yùn)行小時(shí)數(shù)×上網(wǎng)電價(jià)= (27. 51 - 21. 89)x 24×6 000x0.27=218 505.6(元)
③改造后鍋爐的飛灰含碳量由原來的2%～4%提高到現(xiàn)在的4%～6%．原煤的浪費(fèi)量較2005年增大了104 t，多消耗原煤的費(fèi)用為14 560元。多消耗的原煤費(fèi)用；多消耗的原煤量×煤碳的市場價(jià)格- (191.46--87. 06)×140=14 560(元)
將一年中各項(xiàng)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)如下表：
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節(jié)省鋼球費(fèi) |
節(jié)省點(diǎn)亮費(fèi) |
多消耗原煤費(fèi)用 |
總計(jì)節(jié)約費(fèi)用 |
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9000.0 |
218505.6 |
-14560.0 |
212945.6 |
通過費(fèi)用對比，制粉系統(tǒng)改造后總的經(jīng)濟(jì)效益依然突出，利大于弊。
④制粉自動控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段，就對制粉系統(tǒng)可能出現(xiàn)的事故狀況提出了要求，因此對事故報(bào)警和保護(hù)比較完善，不僅保留了原設(shè)計(jì)圖中的連鎖保護(hù)，而且還針對可能出現(xiàn)的異常情況，進(jìn)行一定范圍的智能調(diào)整和保護(hù)，使運(yùn)行人員能及時(shí)判l(wèi)明情況；進(jìn)行相應(yīng)處理和調(diào)整，在一定程度上減少了人為干預(yù)。
⑤煤粉細(xì)度經(jīng)過調(diào)整后，由R
90=2096提高到了R
90=2696，粉倉溫度較以前也有了明顯的降低，平均降低了2.5℃，對安全生產(chǎn)運(yùn)行是非常重要的。
6結(jié)束語
由于采用先進(jìn)的程序控制技術(shù)，對制粉系統(tǒng)各測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和自動處理，對球磨機(jī)負(fù)荷實(shí)施自動控制、自動監(jiān)測、自動報(bào)警和自動保護(hù)，使制粉系統(tǒng)始終工作在最佳工況。這樣既提高了機(jī)組的自動化水平，降低了工人的勞動強(qiáng)度又保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；提高了制粉系統(tǒng)的安全性，減少了事故的發(fā)生率，最終實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)的安全高效、節(jié)能降耗。
三門峽富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨、雷蒙磨配件、雷蒙磨粉機(jī)等。
