基于自适应模糊控制的制粉系统运行优化与节能控制

２０１２年第３期（总第１７１期）应用能源技术

基于自适应模糊控制的制粉系统运行

优化与节能控制

钟挺

（巴陵石化分公司热电事业部，湖南岳阳４１４０１４）

摘要：针对巴陵石化热电装置制粉系统电耗偏高、煤粉细度不稳定、控制参数波动大等诸多问题，通过理论分析和实验相结合的方法，研究系统的最佳运行工况，再以非线性控制理论为基础，对整个制粉系统实施全局自动控制，确保制粉系统严格工作在最佳工况区域以及该制粉系统的长期可靠运行。有效地控制了煤粉的均匀度，降低了制粉电耗，减少了炉水排放，锅炉热效率提高１．６２％。

关键词：制粉系统；自适应模糊控制；最佳工况；多变量系统

中图分类号：眦７１．２文献标志码：Ｂ文章编号：１００９—３２３０（２０１２）０３—００２３—０４ＯｐｅｒａｔｉｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄＥｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇＣｏ．ｎｔｒｏｌｏｆＰｕｌｖｅｒｉｚｅｄ

ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ

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（ＴｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳＩＮＯＰＥＣＢａｌｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｈｕｎａｎ４１４０１４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｅｃａｕｓｅＢＭｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｖｉｃｅｓｈａｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ：ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｍｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｕｎｓｔａｂｌｅｆｉｎｅｎｅｓｓｏｆｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｃｏａｌ，ｔｈｅｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

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Ｏ

引言

性、大滞后和不确定性扰动的多变量对象，常规的巴陵石化热电事业部现有１台２２０ｔ／ｈ、４台ＰＩＤ调节控制系统难于保证系统处于最佳工

１３０

ｔ／ｈ锅炉，存在制粉系统电耗偏高、出力低、煤

况‘２｜。

粉均匀性较差、锅炉效率偏低、控制参数波动大等为解决上述问题，热电事业部联合有关科研诸多问题［１】。如何监测磨煤机内的存煤量或监院校，经现场测试分析，申请进行热电装置达标提效治理科研与技改立项，经中石化集团公司和巴测煤的料位，并维持制粉系统的最佳运行工况，既陵石化公司批复，热电事业部于２００９年～２０１０是降低制粉电耗、实现磨煤机节能降耗的关键，也年实施了基于制粉系统自适应模糊控制系统开发是长期以来存在的技术难点。磨煤机是一个非线

的锅炉达标提效治理项目。

收稿日期：２０１２一０１—１１

修订日期：２０１２一０１—３０

１

作者简介：钟挺（１９６９一），男，本科学历，主任工程师，主要

研究思路

从事技术改造及科研开发等工作。

将制粉系统的最佳运行工况与制粉系统的自

应用能源技术２０１２年第３期（总第１７１期）

动控制有机地结合起来，通过理论分析和试验相结合的方法，研究制粉系统的最佳运行工况。研究获得的最佳运行模式必须是定量和参数化的描述，也就是通过维持制粉系统如磨人口负压、磨人口温度、磨进出口差压及磨出口温度等参数处于最佳工况，可以使制粉系统在安全稳定的基础上，保证制粉系统具有较低的制粉电耗。在获得制粉系统的最佳工况后，再进一步以非线性控制理论为基础，对整个制粉系统实施国内最完整的全局自动控制，确保制粉系统严格工作在最佳工况区域，取得节能减排经济效益，这是制粉系统控制的一种新模式。

２

制粉系统最优运行参数技术路线

的确定

近年来，模糊神经网络的研究和进展，给工业

过程建模和控制提供了新方法。模糊神经网络利用神经网络结构来实现模糊推理，它既能表达模糊知识与实现模糊推理功能，又兼备神经网络强大的学习能力、非线性映射能力以及数据信息处理功能。与其它方法相比，模糊神经网络具有更好的动态跟踪特性和非线性逼近能力，更适合用于制粉系统运行工况的神经网络模型，因此本项目运用补偿递归模糊神经网络，对非线性的制粉系统进行建模计算口。Ｊ。

３

自适应模糊控制系统的开发策略

３．１制粉系统最优运行参数的求解

首先根据制粉系统的实际运行数据，建立相

关的模糊神经网络模型瞪１；在运行参数受到约束的情况下，采用粒群优化算法，求解最优运行参数，作为控制系统的设定值。

为保证安全运行前提确定如下约束条件：２８０℃≤磨人口温度。＜３３５℃，一２００Ｐａ≤磨入口

负压≤一１００Ｐａ，７５℃≤磨出口温度≤９０℃，

一２．０

ｋＰａ。＜磨进出口差压≤一１．２ｋＰａ，６０％≤给

煤机的转速指令≤８０％。最终得到采用粒群优化后的最优制粉运行工况：磨入口温度３２５．５（℃），

磨人口负压一１４８．２（Ｐａ），磨出口温度８３．１５（℃），磨进出口差压一１．５２（ｋＰａ），给煤指令７４．１５（％）等。

３．２磨煤机冷、热风门的多变量模糊控制系统的

设计

在制粉系统运行时，为保证磨煤机的通风量和干燥出力，必须将磨煤机的人口负压和人口温度维持在允许的范围内。由于当通过改变热风流量维持磨人口负压时，同时会影响磨煤机的人口温度。而温风量同样会对磨煤机人口负压有较大的影响，因此，常规控制方案会造成两个单回路控制系统之间的交叉影响［６ｑ］。

针对上述常规控制系统存在的缺点，课题组提出如下改进方法：以多变量控制理论设计该控

制系统，在两单回路控制系统的基础上设计交叉制系统之间的相互作用；在磨煤机人口温度控制系统中，加入相位补偿环节，可以有效克服温度对多变量解耦控制的设计原则是：当开大热风门时，通过解耦环节及时开大冷风门，使磨煤机入口的温度基本保持不变；反之，当关小热风门时，当开大冷风门时，则通过解耦环节及时关小由于温度侧的对象特性很慢，在系统中加入另外，为了防止磨煤机出口温度的超温，设计了冷（温）风门的强开保护回路，当磨出口温度超解耦环节，以消除磨煤机人口负压和入口温度控象的大惯性，提高温度控制系统的品质。

应同时关小冷风门开度；

热风门，以保证磨煤机入口负压基本保持不变；反之，当关小冷风门时，应同时适当开大热风门

开度。

相位补偿环节，可有效减少温度等效对象的惯性时间，使ＰＩＤ调节器的比例带减小，加快调节器的动作速度，有效抑制磨煤机入口温度的变化。

过某一限值时，强开磨冷风门。磨出口温度回落后，温风门恢复正常调节。可根据磨出口温度来修正磨人口负压的定值，以便当磨出口温度偏高

后能通过改变磨入口风压来关小热风门。

２０１２年第３期（总第１７１期）应用能源技术

磨煤机人口负压和入口温度控制系统的基本

控制方案如图ｌ所示。

给煤机断煤及磨出口堵煤等非正常工况

Ｉ广—叫

ＰＩＤ

磨入口负压定值＋王。

切ｌ＼＋

换Ｌ．

磨入口负压

：．

器Ｉ

＋

磨

煤壁仝呈兰垦．陆

机多变量被１修正

耦合求控解器

过磨入口温度定值＋

＋

程

磨入口温度

＋

磨温对象补偿器

图１磨煤机人口负压和人口温度控制策略

上述方案中，通过多变量解耦控制器解除磨入口负压和磨入口温度之间的相互影响；通过磨温度对象补偿器补偿磨人口温度过程的滞后和惯性，改善磨入口温度的控制质量；当出现给煤机断煤或磨出口堵煤等非正常工况时，需要热风门快速动作，此时，可将热风门的控制切换到模糊控制ＦＬＣ，工况恢复后再切回常规的ＰＩＤ控制；当磨出口温度超温时，通过选择器强开温风门，磨出口温度恢复后，温风门恢复正常的ＰＩＤ控制。所有的这些控制策略，确保了控制系统具有优良的控制

品质。

３．３磨煤机入口负压和入口温度的定值扰动实验

图２甲磨入口负压和入口温度的实际测试曲线

磨煤机入口负压和人口温度采用了多变量模变化到一０．１５ｋＰａ，后又回到一０．５５ｋＰａ），磨人口

糊控制系统来进行控制。图２测试了当甲磨人口负压能快速跟着定值的变化而变化，磨人口负压负压定值、磨入口温度定值改变时，甲磨入口负压基本没有超调，且在１５秒内就达到了稳定。而且和入口温度多变量模糊控制系统的响应情况。

由于冷、热风门的同时动作，使磨人口温度的波动从图２中可知，在稳定工况下，磨煤机人口温范围控制在设定值的±２℃内。

度波动范围在±１．０℃内，磨煤机入口负压波动

范围在±０．０４ｋＰａ内。

在磨入口温度定值从３２１℃增加到３２９℃后

当磨入口负压作阶跃变化时（从一０．５５

ｋＰａ

又回到３２１℃时，磨入口温度具有较好的跟踪性

能（在６分钟内调整到设定值），磨入口负压仅变

２６

应用能源技术２０１２年第３期（总第１７１期）

化了０．ＩｋＰａ左右，确保了制粉系统的安全运行。４

系统运行效果

通过系统组态，软件编程和控制系统执行机

构等硬件的改造，实现了制粉系统自适应模糊控制，实施后的系统可实现如下功能：

（１）通过感应甲、乙两侧给煤机转速进行正常情况下的给煤量模糊控制，给煤机断煤情况下的模糊控制，磨煤机有满煤趋势情况下的给煤量模糊控制，磨煤机已处于满煤状态下给煤量的模

糊控制。

（２）通过调整磨煤机冷、热风门的开度，对磨煤机入口负压、进出口差压、进口及出口温度等参数进行有效控制，维持制粉系统良好的运行工况。

（３）通过调整排粉机的入口风门，对排粉机的电流进行有效控制。

（４）实现整个制粉系统的“一键”自动程序启动和“一键”自动程序停止功能，减少启、停制粉系统对锅炉炉膛负压的影响，有效减轻运行人员的操作强度。

５

结束语

将制粉系统的最佳运行工况与自动控制有机

地结合起来，在获得制粉系统的最佳工况后，迸一步以非线性控制理论为基础，对整个制粉系统实施国内最完整的全局自动控制，确保制粉系统严格工作在最佳工况的附近。这种制粉系统控制新模式不仅确保了该制粉系统的长期可靠运行，而

且使制粉系统工作在最佳工况。对解决热电装置同类型问题、提高系统安全可靠性、提高制粉系统及锅炉热效率、降低电耗等具有良好效果，对中石化及国内同类型热电装置具有很好的推广及借鉴

意义。

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hi41.html