СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЗАГРУЗКОЙ И ВЕНТИЛЯЦИЕЙ МЕЛЬНИЦЫ
LOADING AND VENTILATION MILL MANAGEMENT SYSTEM

Изобретение относится к тепловой энергетике и предназначено для управления процессами загрузки и вентиляции углеразмольных мельниц.
Известна схема регулирования молотковой быстроходной мельницы с регулятором загрузки, который через электроприводы воздействует на питатели сырого топлива группы мельниц в соответствии с сигналом группового задания по нагрузке, и с регулятором подачи воздуха, который воздействует на регулирующую заслонку в соответствии с сигналами задания по нагрузке, вентиляции, формируемой сужающим устройством, и динамической связи от регулятора загрузки (Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций: учеб. пособие. - М.: Энергоиздат, 1981. - С. 259-260). Достоинством решения является согласованное воздействие задания по нагрузке на изменение производительности группы мельниц и изменение вентиляции каждой мельницы в отдельности. Динамическая связь ускоряет взаимодействие регуляторов в переходных режимах.
Недостатком является воздействие на изменение подачи топлива в группу мельниц без учета различающихся условий размола топлива в каждой из них. В результате требуются корректирующие воздействия задатчиков регуляторов, чтобы не завалить ту из мельниц, которая имеет наихудшие условия размола из-за неравномерного износа бил в группе работающих мельниц.
Известна система регулирования загрузки и вентиляции быстроходной бильной мельницы с регулятором первичного воздуха, который изменяет подачу сушильно-вентилирующего агента по сигналу от датчика расхода первичного воздуха и задающему сигналу, и регулятором топлива, который изменяет подачу сырого топлива по сигналу от датчика активной мощности двигателя мельницы и по сигналу скорости изменения расхода первичного воздуха, формируемой датчиком расхода с дифференциатором (Тверской Ю.С. Автоматизация котлов с пылесистемами прямого вдувания. - М.: Энергоатомиздат, 1996. С. 104-105). Достоинством системы является согласованное изменение загрузки и вентиляции мельницы при регулировании производительности. Например, при увеличении сигнала задания регулятор первичного воздуха увеличивает вентиляцию мельницы. Аккумулированное в системе мельница-сепаратор размолотое топливо мелких фракций выносится, мощность двигателя уменьшается, и регулятор топлива увеличивает подачу топлива. Производительность размольной установки приводится в соответствии с ее вентиляцией, формируя путем стабилизации загрузки требуемую статическую зависимость вентиляции и производительности. Динамические свойства объекта управления в переходном процессе формирует дифференциатор, который уменьшает инерционность системы по каналу подачи топлива, скорость изменения которого согласуется с изменением вентиляции.
Недостатком системы является отсутствие контроля износа бил бильной мельницы, которая периодически должна останавливаться для их замены. Износ бил ведет и к изменению условий размола топлива, и к изменению активной мощности, потребляемой двигателем мельницы. Таким образом, система регулирования не позволяет изменять загрузку и вентиляцию углеразмольной мельницы в зависимости от износа бил.
Известна система с элементами логического управления, которая обеспечивает безударное перестроение информационной структуры регулятора загрузки мельницы (Система автоматического регулирования загрузки мельницы. Авторское свидетельство СССР №1565520, В02С 25/00, 1990 г.). Кроме исполнительного механизма регулирования производительности питателя, соединенного с выходом регулятора загрузки, к которому подключены датчик активной мощности двигателя мельницы и выход дифференциатора, входом соединенный с датчиком расхода воздуха, система содержит также датчик положения исполнительного механизма, нелинейный элемент и задатчик с блоком сравнения, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутации. Преимуществом этой системы является формирование дополнительной функции при переходе на малую производительность с применением датчика положения исполнительного механизма регулирования питателя для измерения текущего расхода подаваемого на размол топлива, а также элементов, которые формируют команды логического управления при формировании требуемых свойств в зависимости от перестроения структуры регулятора.
Однако система не обеспечивает управление вентиляцией мельницы и не учитывает изменение условий размола топлива по мере износа бил.
Наиболее близкой к предлагаемой является система, принятая за прототип, содержащая регулирующий орган подачи топлива с регулятором загрузки, соединенным первым входом с датчиком мощности, вторым входом с выходом дифференциатора, вход которого соединен с датчиком расхода первичного воздуха, регулирующий орган вентиляции с регулятором первичного воздуха, входы которого подключены к выходу первого интегратора и датчику расхода первичного воздуха, второй интегратор и нелинейный элемент (Система регулирования температуры топливовоздушной смеси. Авторское свидетельство СССР №854439, В02С 25/00, 1991 г.). Регулятор первичного воздуха обеспечивает стабилизацию подачи горячего воздуха в мельницу в соответствии с заданием от первого интегратора. Регулятор загрузки поддерживает постоянное количество топлива в мельнице по сигналу мощности двигателя. Снимающийся сигнал по расходу первичного воздуха повышает качество стабилизации количества топлива в мельнице в переходных режимах нормальной эксплуатации.
Основным достоинством решения при регулировании группы мельниц пылеугольного котла с пылесистемой прямого вдувания по сигналу задания от первого интегратора, выполняющего функцию интегрирующего задатчика, является согласованное изменение загрузки и вентиляции каждой мельницы. В базовом режиме работы установки при постоянном сигнале задания по нагрузке регулятор первичного воздуха стабилизирует вентиляцию. При этом регулятор загрузки стабилизирует производительность путем воздействия на подачу топлива, обеспечивая инвариантность к действующим возмущениям по сигналам от дифференциатора по скорости изменения расхода воздуха (опережающий сигнал) и от датчика мощности двигателя мельницы. В регулировочном режиме работы на переменных нагрузках при изменении сигнала задания регулятор первичного воздуха воздействует на вентиляцию, что ведет к изменению потребляемой двигателем мощности и регулятор загрузки приводит подачу топлива в соответствии с вентиляцией. Второй интегратор и нелинейный элемент формируют дополнительные свойства системы для повышения надежности работы размольной установки.
Основной недостаток системы обусловлен отсутствием контроля износа бил. Периодичность замены бил зависит от абразивности размалываемого топлива и вносится в инструкцию по эксплуатации. Время замены указывается из расчета работы углеразмольной установки на номинальной нагрузке и требует ее остановки с последующим расхолаживанием. В результате при работе на переменных нагрузках ниже номинальной происходит преждевременная остановка, т.к. интенсивность износа снижается и степень износа бил за указанный интервал времени замены меньше требуемой. Во-первых, замена несношенных бил увеличивает расход металла. Во-вторых, останов мельницы чаще необходимого ведет к недоиспользованию установленной мощности. В-третьих, процессы останова и пуска сопряжены с рисками возникновения нештатных ситуаций. В-четвертых, для пылесистем прямого вдувания с молотковыми мельницами отключение и включение двигателей питателей, мельниц и другого мельничного оборудования при остановах и пусках ведет к изменениям нагрузки энергоблока и снижению качества энергии, выдаваемой потребителю. В-пятых, расхолаживание мельницы ведет к снижению кпд энергетической установки в связи с поступлением дополнительного воздуха в топку котла.
При этом отсутствует автоматическая оценка интервала времени износа бил в зависимости от изменяющейся производительности установки и нет коррекции производительности в зависимости от величины износа. В системе отсутствует датчик, обеспечивающий управление при переходе в режим подготовки к останову для замены бил, отсутствует исполнительный механизм изменения вентиляции, работа которого в этом режиме определяет подачу топлива, отсутствуют функциональные элементы и их взаимосвязи, реализующие управление после автоматически определенного окончания предыдущего интервала времени износа бил и для начала последующего.
Таким образом, в известной системе регулирования отсутствуют сигналы, характеризующие интенсивность износа бил в каждый текущий момент времени и степень износа бил со времени их замены в зависимости от изменения условий размола топлива, а также комплекс сигналов управления, характеризующих перевод установки на минимальную нагрузку перед ее остановом, и алгоритм действий, который при переменной нагрузке мельницы обеспечивает точность процесса управления.
Технический результат, предлагаемого изобретения, заключается в повышении точности управления загрузкой и вентиляцией углеразмольной мельницы при работе на переменных нагрузках, за счет автоматического определения, в зависимости от количества измельченного топлива, времени для останова мельницы и замены бил, и осуществления вывода установки из состава группы работающих мельниц и перевода установки в режим минимальной вентиляции и загрузки.
Технический результат достигается тем, что система управления загрузкой и вентиляцией мельницы, содержащая регулирующий орган подачи топлива с регулятором загрузки, соединенным первым входом с датчиком мощности, вторым входом с выходом дифференциатора, вход которого соединен с датчиком расхода первичного воздуха, регулирующий орган вентиляции, регулятор первичного воздуха, входы которого подключены к выходу первого интегратора и датчику расхода первичного воздуха, второй интегратор и нелинейный элемент, дополнительно содержит датчик регулирующего органа подачи топлива для оценки интенсивности износа бил по количеству угля, подаваемого в мельницу, датчик регулирующего органа вентиляции, регулятор минимальной вентиляции, блок сравнения для формирования командного сигнала перевода установки в режим минимальной вентиляции и производительности, блок коммутации, задатчик количества угля, размолотого со времени замены бил, и задатчик минимальной вентиляции, RS-триггер, формирователь команды «пуск» и формирователь команды «сброс», причем первый вход второго интегратора соединен с датчиком регулирующего органа подачи топлива, второй вход с выходом RS-триггера, к входу R которого подключен формирователь команды «пуск» и к входу S формирователь команды «сброс», а выход второго интегратора соединен с входом нелинейного элемента, выходом подключенного к третьему входу регулятора загрузки, и с первым входом блока сравнения, ко второму входу блока сравнения подключен задатчик количества угля, размолотого со времени замены бил, а выход блока сравнения соединен с первым входом блока коммутации, выход которого соединен с входом регулирующего органа вентиляции, второй вход блока коммутации соединен с выходом регулятора первичного воздуха, а третий вход блока коммутации соединен с выходом регулятора минимальной вентиляции, входы которого соединены с датчиком регулирующего органа вентиляции и задатчиком минимальной вентиляции.
На чертеже приведена блок-схема системы.
Система управления загрузкой и вентиляцией мельницы содержит регулирующий орган подачи топлива 1 с регулятором загрузки 2, соединенным первым входом с датчиком мощности 3, вторым входом - с выходом дифференциатора 4, вход которого соединен с датчиком расхода первичного воздуха 5. Входы регулятора первичного воздуха 7 подключены к выходу первого интегратора 8 и датчику расхода первичного воздуха 5. Первый вход второго интегратора 10 соединен с датчиком регулирующего органа подачи топлива 11, второй вход - с выходом RS-триггера 12, к входу R которого подключен формирователь команды «пуск» 13 и к входу S формирователь команды «сброс» 14. Выход второго интегратора 10 соединен с входом нелинейного элемента 15, выходом подключенного к третьему входу регулятора загрузки 2, и с первым входом блока сравнения 16. Ко второму входу блока сравнения 16 подключен задатчик 17 количества угля, размолотого со времени замены бил, а выход соединен с первым входом блока коммутации 9, выход которого соединен с входом регулирующего органа вентиляции 6, второй вход блока коммутации соединен с выходом регулятора первичного воздуха 7, а третий вход блока коммутации 9 соединен с выходом регулятора минимальной вентиляции 18, входы которого соединены с датчиком регулирующего органа вентиляции 19 и задатчиком 20 минимальной вентиляции.
Регулирующий орган подачи топлива 1 работает по командам управления, формируемым регулятором загрузки 2 по сигналу от датчика мощности двигателя мельницы 3. Отрицательная обратная связь по регулируемому параметру при увеличении мощности обеспечивает уменьшение подачи топлива. Стабилизируются условия размола при имеющейся вентиляции и текущей степени износа бил. Исчезающий сигнал по скорости изменения расхода первичного воздуха от дифференциатора 4 и датчика расхода первичного воздуха 5 (с противоположным знаком) улучшает качество работы системы при переменных нагрузках.
На регулирующий орган вентиляции 6 воздействует регулятор первичного воздуха 7, приводя в соответствии подачу сушильно-вентилирующего агента от датчика расхода первичного воздуха 5 сигналу задания по нагрузке от первого интегратора 8 через второй вход блока коммутации 9. При уменьшении сигнала задания регулирующий орган 6 прикрывается и вентиляция уменьшается.
Датчик регулирующего органа подачи топлива И выполняет оценку интенсивности износа бил по количеству угля B(t), подаваемого в мельницу.
н
Совместно со вторым интегратором 10, к первому аналоговому входу которого он присоединен, они измеряют количество угля M(t), размолотого с начала интервала времени со времени замены бил, которое соответствует моменту t:
По формируемому интегратором 10 сигналу косвенно оценивается степень износа бил, которая зависит от переменной производительности установки.
RS-триггер 12 и формирователи команд «пуск» 13 и «сброс» 14 кнопочного типа выполняют функцию памяти. RS-триггер формирует на выходе логическую «1» при наличии команды «пуск» (логической «1») на входе R и отсутствии команды «сброс» на входе S. Вход S имеет приоритет над входом R.
Особенностью применения RS-триггера в данной системе является использование инверсного выхода. Поэтому RS-триггер 12 формирует на инверсном выходе логическую «1» при получении логической «1» от формирователя команды «сброс» 14 на входе S. При наличии логической «1» от формирователя команды «пуск» 13 на входе R и отсутствии логической «1» от формирователя команды «сброс» 14 на входе S на инверсном выходе RS-триггера формируется логический «0».
Второй интегратор 10 по сигналу логической «1» на втором дискретно-управляемом входе от инверсного выхода RS-триггера 12, которым он управляется, обнуляет свой выход после замены бил. По сигналу логического «0» (при снятии «1») в начале нового интервала времени оценки износа бил интегратор 10 запускается и по текущим значениям датчика регулирующего органа подачи топлива 11 формирует сигнал количества угля, размолотого со времени замены бил.
Нелинейный элемент 15 по сигналу от интегратора 10 количества угля, размолотого со времени замены бил, формирует корректирующий сигнал задания по степени износа бил, подаваемый на третий вход регулятора загрузки 2. По мере увеличения сигнала на выходе интегратора 10 регулятор загрузки 2 уменьшает количество топлива в мельнице. Таким образом, при заданной первым интегратором 8 суммарной нагрузке производится автоматическое перераспределение производительности между работающими мельницами в управляемой группе в зависимости от индивидуального состояния бил в каждой из них.
Задатчиком 17 количества угля, размолотого со времени замены бил количества угля, размолотого со времени замены бил, по результатам испытаний в соответствии с эффективностью процессов размола и вентиляции косвенно задают верхнюю границу допустимой степени износа бил.
Блок сравнения 16 формирует командный сигнал перевода установки в режим минимальной вентиляции и производительности по разности сигналов от второго интегратора 10 и задатчика 17 количества угля, размолотого со времени замены бил при превышении величины текущего количества угля, размолотого со времени замены бил, его заданного значения. В зависимости от знака разности входных сигналов блок сравнения 16 формирует на выходе сигнал логического управления «0» (текущее значение количества угля меньше заданного) или «1» (текущее значение больше заданного), который управляет первым входом блока коммутации 9.
Блок коммутации 9 представляет собой группу контактов, выход которых совмещен с выходом блока коммутации. Положение контактов определяется логическим сигналом «0» или «1» на управляющем первом входе. Блок коммутации 9 предназначен для переключения воздействия на регулирующий орган вентиляции 6 либо от регулятора первичного воздуха 7 при участии мельницы в регулировании нагрузки при логическом сигнале «0» на первом управляющем входе, либо от регулятора минимальной вентиляции 18 перед остановом при получении логической команды «1». В этом случае регулирование нагрузки выполняют остальные мельницы.
Регулятор минимальной вентиляции 18 по величине рассогласования сигналов от датчика регулирующего органа вентиляции 19 и задатчика 20 минимальной вентиляции через третий вход блока коммутации 9 прикрывает регулирующий орган вентиляции 6 до минимальной степени открытия с целью вентиляции системы мельница-сепаратор перед ее остановом для замены бил. Регулятор минимальной вентиляции 18 формирует И-закон регулирования и выполняет функцию динамической балансировки вывода регулирующего органа вентиляции 19 в заданное положение с заданной скоростью.
Система работает следующим образом.
После останова пылесистемы и замены бил в молотковой бильной мельнице формирователем команды «сброс» 14 кнопочного типа подается кратковременная команда в виде логической «1» на вход S RS-триггера 12. На его инверсном выходе формируется управляющая логическая «1», поступающая на второй вход интегратора 10, выход которого обнуляется перед началом очередного интервала времени для оценки степени износа бил. Затем после снятия команды «сброс» формирователя 14 подается аналогичная команда формирователем команды «пуск» 13 на вход R RS-триггера 12, которая запоминается на все время до следующей замены бил. На инверсном выходе RS-триггера 12 формируется логический «0». По этому сигналу интегратор 10 запускается и начинает отсчет текущего количества угля, размолотого в мельнице за время после замены бил, которое характеризует степень их износа.
После включения питателя и начала подачи топлива на размол сигнал текущего количества угля B(t), подаваемого в мельницу, от датчика регулирующего органа подачи топлива 11 поступает на первый вход интегратора 10, который формирует на выходе сигнал текущего количества угля M(t), размолотого со времени замены бил. Полученный сигнал используется в данной системе для автоматического определения окончания интервала времени до следующей замены бил в зависимости от переменной нагрузки размольной установки, для коррекции ее загрузки в течение этого интервала времени и для изменения режима вентиляции после окончания этого интервала перед остановом установки для очередной замены бил.
На регулирующий орган подачи топлива 1 при постоянной или переменной нагрузке воздействует регулятор загрузки 2, изменяя подачу угля - производительность установки - и поддерживая требуемое количество топлива в системе мельница-сепаратор по сигналу от датчика мощности двигателя 3 и сигналу компенсации внешнего возмущения по скорости изменения расхода воздуха от датчика расхода первичного воздуха 5, подключенного через дифференциатор 4. Сигнал от нелинейного элемента 15, который характеризует степень износа бил и формируется в зависимости от количества размолотого угля после их замены, оцениваемого интегратором 10, вводит на регулятор загрузки 2 по мере износа бил статическую поправку на загрузку мельницы.
Блок сравнения 16 сравнивает сигнал на выходе интегратора 10 текущего количества угля M(t) с заданным значением верхней границы допустимой степени износа бил от задатчика 17 количества угля, размолотого со времени замены бил. До тех пор, пока текущее значение меньше заданного, на выходе блока сравнения логический «0» и система обспечивает работу оборудования в регулировочном диапазоне изменения нагрузки. При логическом «0» на первом входе блока коммутации 9 его выход подключен ко второму входу, который соединен с регулятором первичного воздуха 7. При этом регулирующий орган вентиляции 6 изменяет подачу сушильно-вентилирующего агента по сигналу задающего первого интегратора 8, который сравнивается регулятором первичного воздуха 7 с величиной расхода воздуха от датчика расхода первичного воздуха 5. Изменение вентиляции ведет к изменению тока, потребляемого двигателем мельницы, и регулятор загрузки 2 приводит производительность установки в соответствии с вентиляцией.
Когда сигнал на выходе интегратора 10 превысит значение от задатчика 17 количества угля, размолотого со времени замены бил, т.е. степень износа бил превысит допустимую величину, то система переводит установку на минимальную вентиляцию и соответственно производительность. На выходе блока сравнения 16 формируется логическая «1», которая подается на первый вход блока коммутации 9 и он переключает свой выход к третьему входу, соединенному с выходом регулятора минимальной вентиляции 18. Регулятор минимальной вентиляции 18 прикрывает регулирующий орган 6 до минимума, разрешенного в автоматическом режиме работы, сравнивая текущее значение сигнала от датчика регулирующего органа вентиляции 19 с минимальным от второго задатчика 20.
После отключения питателя, выноса из системы мельница-сепаратор поданного в нее и размолотого топлива, а также последующей вентиляции, мельница останавливается и расхолаживается. Затем производится замена бил и рабочий цикл применения углеразмольной установки повторяется. При этом система автоматически формирует упорядоченную периодичность остановов.
Воздействием на задатчик 17 количества угля, размолотого со времени замены бил устанавливается допустимая степень износа бил, которая в зависимости от меняющейся производительности установки улучшает ряд эксплуатационных показателей. Замена бил производится реже, что уменьшает расход металла. Увеличивается использование установленной мощности. Реже производятся остановы и пуски, что уменьшает риски возникновения нештатных ситуаций. Уменьшаются колебания нагрузок энергоблока и повышается качество энергии, выдаваемой потребителю. Повышается кпд энергетической установки в связи с уменьшением подачи воздуха в топку котла без угольной пыли при расхолаживании мельницы.
Изменением характеристики нелинейного элемента 15 по результатам испытаний вводится корректирующая временная зависимость загрузки мельницы от степени износа бил.
Согласованные параметры настройки И-регулятора минимальной вентиляции 18 и задатчика 20 минимальной вентиляции формируют условия перехода на минимальную вентиляцию и загрузку мельницы перед ее остановом.
Мельница с системой управления может работать как с любой требуемой постоянной производительностью, так и с переменной производительностью. При этом частота остановов для замены бил определяется величиной интервала времени, который автоматически определяется и меняется в зависимости от изменения подачи топлива.
Система может быть реализована как с применением обычных электронных средств, так и программируемых контроллеров, например МФК 1500 группы компаний «ТЕКОН» или Ремиконт P-130-ISA ОАО «ЗЭиМ».
Таким образом, предлагаемая система позволяет повысить точность управления углеразмольной мельницей при работе на переменных нагрузках. Это осуществляется за счет оценки интенсивности износа бил и формирования сигнала, который обеспечивает косвенную оценку степени их износа, что позволяет управлять загрузкой и вентиляцией в зависимости от величины износа. Причем при достижении заданной степени износа автоматически осуществляется вывод установки из состава группы работающих мельниц и переход на минимальную вентиляцию и загрузку перед остановом мельницы для очередной замены бил.