球磨机系统控制的复杂性和目标

一、球磨机系统控制问题的复杂性

1、系统有多个控制量和被控量

从自动控制的角度分析，一般认为球磨机系统是一个三输入、三输出的多变量系统。其输入变量为给煤量、热风量和冷风量。被控变量为球磨机料位(负荷)、出口温度和入口负压。由于料位难以直接测量，通常用进出口压差来表征和控制。

2、对象的强耦合性

筒内料位、入口负压和出口温度三个被控参数是反映球磨机筒体内工作状态的信息，但是由于筒体内存在的是气固两相流，并且由于受测量手段的限制，以上三个被控参数之间存在严重的耦合现象。球磨机入口负压的变化将影响到热风量的变化，会造成球磨机出口温度的变化；同时干燥的原煤的变化而影响筒体内吸热量的变化，会使得球磨机出口温度发生变化。如此复杂的相互耦合关系，使得球磨机系统的被控参数之间相互影响。

3、对象的大惯性和时滞

对象的大惯性、大滞后主要表现在：风门开度的变化到出口温度的变化，具有很大的惯性；给煤量指令的变化到球磨机出力的变化需要经过给煤机皮带、下降干燥管、筒体等多个环节，其中原煤的传输、煤粉的磨制过程都具有较大的惯性和延时。

4、对象的时变性和不确定性

机组负荷的变化、煤种及煤质的变化、筒体内钢球装载童的变化、钢球和护甲的磨损以及筒体连接处的漏风都会使得系统呈现慢时变性；给煤机、球磨机随着使用时间的增加、效率的下降，会造成给煤机转速与进入炉内的煤粉量之间存在不确定的对应关系，造成了对象的不确定性。此外，球磨机系统的各被控量之间动态特性差异较大，这也是不利于控制的特性。

二、球磨机系统的优化控制目标

1、保证球磨机系统的安全稳定运行

球磨机系统首要的控制要求是保证系统的安全稳定运行，即将料位、出口温度和入口负压都控制在规定的范围之内。

控制球磨机入口负压的意义，在于使整个球磨机和制粉系统处于负压状态，防止煤粉外喷和球磨机的过大漏风。前者要求球磨机负压不能太小，后者要求球磨机负压不可过大。此外，球磨机将要出现堵煤时,入口负压会减小或变正，因此监督负压还可以防止球磨机堵煤。一般球磨机负压控制在lOOPa～400Pa。负压下限规定得较高，其目的是防止工况变化时，球磨机轴颈处向外喷粉而损坏轴瓦。

球磨机出口温度是指磨出口风粉混合物的温度。它是一个反映磨煤机干燥出力、防止煤粉爆燃或爆炸的重要参数。球磨机出口温度过高，易使煤粉燃烧爆炸，损坏设备；温度过低则干燥不充分，煤粉容易在粉仓中压实、结饼，失去流动性，而且影响煤粉在炉膛内的燃烧。锅炉运行中都规定了出口温度的髙、低限值。

在球磨机运行过程中，一个非常重要的运行参数和控制变量是筒内料位(负荷)。料位是指球磨机内煤的体积与减去钢球所占容积后筒体体积的百分比，它表征了筒体内参与磨制的原煤数量的多少，是标志球磨机负荷水平的指标，也是影响球磨机工作安全、经济的重要参数。在球磨机运行中，切实可靠地监测料位并将其控制在最佳状态，对于提高制粉出力、降低制粉单耗起着十分重要的作用，是实现球磨机优化控制的关键。

需要指出的是，存煤量、料位和负荷这几个概念都可以用来描述筒体内煤量的多少。通常，负荷是反映在实际运行过程中，球磨机筒内剩余空间和存煤能力；存煤量指煤在球磨机中的充填状态，即煤在筒体内的分布情况，包括周向、轴向上煤与筒体的接触情况及煤层厚度，用球磨机在工作过程中筒内存有煤量的绝对质量表示。负荷、料位和存煤量可以认为是同一个概念从不同侧面进行表述。相对于存煤量，料位更能综合反映筒体内钢球装载量与存煤量的相对关系。

2、保证球磨机系统的优化节能运行

球磨机系统的主要优化的目标是制粉出力和制粉单耗。制粉出力主要包括研磨出力，通风出力和干燥出力三部分，最终出力取决于三者中的最小者。球磨机出力是反映系统磨煤能力和工作能力的指标。制粉单耗是指生产单位合格煤粉所消耗的电能，主要包括磨煤单耗和通风单耗两部分，是球磨机制粉系统主要的经济性能指标。球磨机系统优化运行的目标是在安全稳定运行的基础上、在满足锅炉燃烧煤粉细度的前提下，使得球磨机系统运行在高出力的工况下，降低制粉单耗。

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