基于稀土电机变频调节提高中速磨煤机最大出力的方法与流程

1.本发明属于火电机组磨煤机控制领域，尤其涉及一种基于稀土电机变频调节提高中速磨煤机最大出力的方法。


背景技术：

2.中速磨煤机是电站锅炉重要辅助设备，对于大容量机组，锅炉一般配置六台磨煤机(五用一备)。随着机组增容改造，燃用煤质变差等原因，机组在高负荷时，五台磨煤机达到最大出力时仍难以满足机组负荷要求，高负荷运行时，如一台磨煤机出现异常，必然会导致机组出力受限；同时，为响应负荷变化及兼顾各台磨出力，还会增加磨煤机启停次数，影响机组安全稳定运行。
3.针对上述问题，电站锅炉技术人员已经做了大量的工作，如通过减小磨煤机液压/弹簧加载力大小，降低磨煤机出口动态/静态分离器转速或开度等手段调节磨煤机出口煤粉细度，进而提高磨煤机最大出力，但由于煤粉细度的变粗会导致锅炉着火和燃烧滞后，造成锅炉效率降低，污染物排放量超标，主、再热器汽温超温等问题发生。
4.目前国内已有通过提高磨煤机转速增加磨煤机出力的方法，但仅通过提高磨煤机转速提高制粉出力的方法存在磨煤机内部磨辊等部件磨损加剧，设备使用寿命变短且电耗增加的问题。而磨煤机变速调节可以很好的解决此问题：在机组高负荷或煤质相对较差时磨煤机采用高转速运行方式提高制粉出力以维持机组负荷；在机组中低负荷或煤质较好时采取设计转速或者低转速运行方式，可减低设备磨损和降低制粉电耗。但大型中速磨煤机属于重载旋转设备，启动及驱动力矩较大，大型中速磨煤机变速调节需要匹配驱动力较大的电机，而稀土电机具有驱动力矩大的特点。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于稀土电机变频调节提高中速磨煤机最大出力的方法。
6.这种基于稀土电机变频调节提高中速磨煤机最大出力的方法，包括以下步骤：
7.s1、磨煤机的设计转速为n，设计出力给煤量为q，稀土电机变频器额定电流为i；通过给煤机的运行参数获取给煤量的参数；
8.s2、制粉系统的磨煤机配有变频器，变频器上的远方控制信号接口连接变频控制单元，变频控制单元控制变频器，由变频器驱动稀土电机，稀土电机带动磨煤机转动；制粉系统通过变频控制单元根据锅炉负荷变化及给煤量来改变磨煤机转速；
9.s3、当锅炉负荷指令变化时，磨煤机转速根据锅炉负荷或给煤量情况进行高低调节，磨煤机转速设定为x*n，x为磨煤机转速系数，范围为0.75-1.25；
10.s4、锅炉负荷为100％额定负荷或给煤量≥设计值1.15倍时，磨煤机转速系数x为1.1＜x≤1.25；
11.s5、90％额定负荷＜锅炉负荷＜100％额定负荷或设计值1.1倍＜给煤量《设计值
1.15倍时，磨煤机转速系数x为1＜x≤1.1；
12.s6、60％额定负荷＜锅炉负荷≤90％额定负荷或给煤量≤设计值时，磨煤机转速系数x＝1；
13.s7、锅炉负荷≤60％额定负荷且单磨给煤量为该磨额定出力的75％以下时，磨煤机转速系数x为0.75≤x＜1。
14.作为优选：步骤s1中，给煤机通过皮带转速控制给煤量大小。
15.作为优选：步骤s2中，制粉系统运行时，原料煤从煤仓进入给煤机，由给煤机下降管进入磨煤机，通过变频控制单元、变频器和稀土电机带动磨煤机转动，将原煤颗粒磨制成煤粉后，经过静态分离器的折向挡板分离，细度适合的煤粉进入锅炉，细度稍粗的煤粉重新进入磨煤机进行研磨，煤粉进入锅炉的动力来源于磨煤机入口一次风。
16.作为优选：通过磨煤机进口冷热风门控制磨煤机出口温度和入口一次风风量大小；冷一次风调整门通过开度大小控制磨煤机出口温度，冷一次风调整门开度越大，温度越低；热一次风调整门通过开度大小控制磨煤机入口一次风风量；冷一次风调整门调整温度，热一次风调整门调整一次风风量。
17.作为优选：根据磨煤机风煤比曲线控制磨煤机入口一次风风量，且磨煤机入口一次风风量偏置设置为0t/h。
18.作为优选：通过磨煤机出口静态分离器挡板开度大小调整煤粉细度，所述静态分离器挡板开度调整范围为10
°‑
80
°
，静态分离器挡板开度越大，煤粉细度越大，静态分离器挡板开度越小，煤粉细度越小。
19.这种基于稀土电机变频调节提高中速磨煤机最大出力的方法中采用的制粉系统，包括煤仓、给煤机、磨煤机、稀土电机、变频控制单元、静态分离器、冷一次风调整门、热一次风调整门、磨煤机出口粉管和锅炉；变频控制单元与稀土电机电连接，稀土电机电连接磨煤机；煤仓连接给煤机，给煤机连接磨煤机；磨煤机出口设有静态分离器，静态分离器连接磨煤机出口粉管，磨煤机出口粉管接入锅炉；磨煤机上还设有冷一次风调整门和热一次风调整门。
20.作为优选：磨煤机出口粉管上设有磨煤机出口粉管煤粉取样孔。
21.本发明的有益效果是：
22.1、本发明提出的稀土电机变频调节提高中速磨煤机最大出力的方法，可实现磨煤机在运行工况下通过稀土电机变速调节磨煤机转速，有效提高磨煤机最大出力。
23.2、本发明锅炉负荷在中高负荷区频繁变化且煤质长期较差时，可把磨煤机转速固定设置为较高转速运行，即磨煤机转速系数x＞1，以保障锅炉负荷，不仅能有效解决火电机组高负荷或燃用煤质变差，为维持机组出力需要多磨组运行的问题，还可以减少磨煤机启停次数。
24.3、本发明在锅炉负荷较低或煤质较好情况下可降低磨煤机转速运行，从而可防止长期高转速运行磨煤机内容磨辊、磨碗等部件使用寿命变短；同时稀土电机变频调节方式，可实现在不同转速下的磨煤机最大出力，从而降低磨煤机电耗，起到节能降耗的作用。
附图说明
25.图1为制粉系统运行示意图；
26.图2为磨煤机出口粉管取样示意图；
27.图3为不同工况下的磨煤机最大出力及煤粉细度折线图。
28.附图标记说明：煤仓1、给煤机2、磨煤机3、稀土电机4、变频控制单元5、静态分离器6、冷一次风调整门7、热一次风调整门8、磨煤机出口粉管9、锅炉10、磨煤机出口粉管煤粉取样孔11。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
30.实施例一
31.本技术实施例一提供一种基于稀土电机变频调节提高中速磨煤机最大出力的方法，包括以下步骤：
32.s1、磨煤机3的设计转速为n，设计出力给煤量为q，稀土电机变频器额定电流为i；通过给煤机2的运行参数获取给煤量的参数。
33.s2、制粉系统的变频控制单元5控制变频器，由变频器驱动稀土电机4，稀土电机4带动磨煤机3转动；制粉系统通过变频控制单元5根据锅炉负荷变化及给煤量来改变磨煤机转速。
34.制粉系统运行时，原料煤从煤仓1进入给煤机2，由给煤机下降管进入磨煤机3，通过变频控制单元5和稀土电机4带动磨煤机3转动，将原煤颗粒磨制成煤粉后，经过静态分离器6的折向挡板分离，细度适合的煤粉进入锅炉10，细度稍粗的煤粉重新进入磨煤机3进行研磨，煤粉进入锅炉10的动力主要来源于磨煤机入口一次风，一次风除了使煤粉进入锅炉10，还起到加热煤粉作用，有助于煤粉进入锅炉10后的着火和燃烧。
35.控制磨煤机入口一次风风量时参考该磨煤机风煤比曲线，且磨煤机入口一次风风量偏置设置为0t/h。
36.s3、当锅炉负荷指令变化时，磨煤机转速根据锅炉负荷及给煤量情况进行高低调节，磨煤机转速设定为x*n，x为磨煤机转速系数，范围为0.75-1.25。
37.s4、锅炉负荷为100％额定负荷或给煤量≥设计值1.15倍时，磨煤机转速系数x为1.1＜x≤1.25。
38.s5、90％额定负荷＜锅炉负荷＜100％额定负荷或设计值1.1倍＜给煤量《设计值1.15倍时，磨煤机转速系数x为1＜x≤1.1。
39.s6、60％＜锅炉负荷≤90％额定负荷或给煤量≤设计值时，磨煤机转速系数x＝1。
40.s7、锅炉负荷≤60％额定负荷且单磨给煤量为该磨额定出力的75％以下时，磨煤机转速系数x为0.75≤x＜1。
41.锅炉负荷在中高负荷区(60％额定负荷及以上)频繁变化且给煤量≥设计值且煤质长期较差时，可把磨煤机转速固定设置为较高转速运行，即磨煤机转速系数x＞1，以保障锅炉负荷。
42.对于有液压加载磨煤机，液压加载力y曲线：当给煤量≤xt/h(x为最低允许出力)
时，磨煤机磨辊液压加载力大小为4mpa；当给煤量在[x，3x]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为y＝0.3x-2(mpa)；当给煤量＞3xt/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为16mpa。
[0043]
磨煤机不同的转速下均有对应的磨煤机的最大出力。
[0044]
实施例二
[0045]
本技术实施例二提供一种制粉系统，包括煤仓1、给煤机2、磨煤机3、稀土电机4、变频控制单元5、静态分离器6、冷一次风调整门7、热一次风调整门8、磨煤机出口粉管9和锅炉10；磨煤机出口粉管9上设有磨煤机出口粉管煤粉取样孔11；磨煤机3配有变频器，变频器上设有远方控制信号接口；变频控制单元5与稀土电机4电连接，稀土电机4电连接磨煤机3；煤仓1连接给煤机2，给煤机2连接磨煤机3；磨煤机3出口设有静态分离器6，静态分离器6连接磨煤机出口粉管9，磨煤机出口粉管9接入锅炉10；磨煤机3上还设有冷一次风调整门7和热一次风调整门8。
[0046]
实施例三
[0047]
以某电厂某台磨煤机为例，该磨煤机设计转速24r/min，设计最大出力煤量61.5t/h；具体磨煤机参数见下表1：
[0048]
表1磨煤机参数表
[0049]
型式中速辊式磨煤机磨辊加载方式液压蓄能变加载分离器型式挡板式静态分离器分配箱型式扩散型c2煤粉分配器额定转速(r/min)24煤粉细度％(r90)18设计出力/实际最大出力(t/h)15.18～61.5/58总传动比41.25原配异步电机额定转速(r/min)990
[0050]
表2设计煤种和试验煤种煤质分析相关参数
[0051][0052]
配用的稀土永磁电机参数见下表3：
[0053]
表3稀土永磁电机参数表
[0054]
类别稀土永磁电动机额定容量(kw)630额定电流(a)598相数/频率(hz)3/65hz防护等级ip55
工作方式连续额定电压(v)660转速(r/min)0～1300绝缘等级f
[0055]
为获得稀土电机变速调节提高磨煤机最大出力的方法。对于设计转速为n、设计最大出力煤量为q，稀土电机变频器额定电流为i的制粉系统，在同一煤种时，进行了0.75n、0.9n、1.0n、1.1n和1.25n五档转速下磨煤机最大出力试验。
[0056]
如图1所示，制粉系统运行时，原料煤从煤仓1进入给煤机2，由给煤机下降管进入磨煤机3，通过变频控制单元5和稀土电机4带动磨煤机3转动，将原煤颗粒磨制成煤粉后，经过静态分离器6的折向挡板分离，细度适合的煤粉进入锅炉10，细度稍粗的煤粉重新进入磨煤机3进行研磨，煤粉进入锅炉10的动力主要来源于磨煤机入口一次风，一次风除了使煤粉进入锅炉10，还起到加热煤粉作用，有助于煤粉进入锅炉10后的着火和燃烧。
[0057]
步骤101、通过给煤机的运行参数获取给煤量的参数。给煤机可以通过皮带转速控制给煤量大小，给煤量是经过定期标定的；若要得到较大的给煤量,则需要较快的皮带转速。
[0058]
步骤102、通过磨煤机进口冷热风门控制磨煤机出口温度和入口一次风风量大小，其中冷风调整门通过开度大小控制磨煤机出口温度，冷风调整门开大，温度降低；热风调整门通过风门挡板开度大小控制磨煤机入口一次风风量；磨煤机进口冷风调整门调整温度，热风调整门调整一次风风量。本实施例中磨煤机入口一次风风量根据风煤比控制逻辑偏置设置为0t/h，通过磨煤机进口冷热风门挡板开度自动调整磨煤机出口温度维持在75℃不变。
[0059]
步骤103、通过磨煤机出口静态分离器挡板开度大小调整煤粉细度。其中，所述静态分离器挡板开度调整范围为10
°‑
80
°
，静态分离器挡板开度越大，煤粉细度越大，静态分离器挡板开度越小，煤粉细度越小。其中细度大，是指煤粉颗粒粒径大，细度小，是指煤粉颗粒粒径小。本实施例中磨煤机出口静态分离器开度维持在55
°
不变。
[0060]
步骤104、磨煤机磨辊液压加载力，当给煤量在[0，20]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为4mpa；当给煤量在[20，60]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为y＝0.3x-2(mpa)；当给煤量在[60，70]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为16mpa。
[0061]
步骤105、通过转速/频率调节单元控制磨煤机稀土电机转速，进而带动磨煤机磨辊在不同转速下运行。本实施例中分别进行0.75n、0.9n、1.0n、1.1n、1.25n五档转速下试验。
[0062]
步骤106、制粉系统最大出力为在步骤102、103、104边界条件下，磨煤机未发生堵煤且稀土电机电流未超过额定值i。
[0063]
如以上步骤101所述，在步骤102、步骤103和步骤104的边界条件下，磨煤机未发生堵煤的判断条件为：监视制粉系统的相关运行参数，如一次风风量未缓慢降低或缓慢降低不超过5t/h、冷一次风调整门和热一次风调整门挡板开度不足80％，磨煤机出口温度未缓慢降低或十分钟内缓慢降低不超过5℃，磨煤机磨碗差压未缓慢升高超出报警值等。
[0064]
步骤107、各工况下，磨煤机达最大出力且运行参数稳定30min以上后，进行煤粉细度测试试验，同时通过dcs及pi系统记录试验期间相关运行参数，包括给煤量、磨煤机电流、
一次风风量、磨煤机出口温度、石子煤排放量的时均值，其中稳定后试验时间不低于2h。
[0065]
如图2所示为本实施例中磨煤机出口粉管取样示意图，在不同工况下，依次在磨煤机出口粉管进行煤粉细度测试，并加权平均得到该工况下煤粉细度r90。
[0066]
根据步骤106、107，得到如图3所示不同转速下的磨煤机最大出力和煤粉细度折线图。
[0067]
步骤201、结合设计和试验煤种煤质成分、哈氏可磨性指数hgi、煤粉细度r90，对步骤106、107所得不同转速下磨煤机最大出力进行修正。
[0068]
步骤202、不同转速下，磨煤机实际最大出力修正公式为：
[0069]q修
＝q
测
*fh/(fr*fm*fa*fg*fe)
[0070]
其中：fh为哈氏可磨性指数修正、fr为煤粉细度修正、fm为原煤水分修正、fa为原煤灰分修正、fg为原煤粒度修正、fe为碾磨件磨损修正。
[0071]fh
＝(hgi
实测
/hgi
设计
)
0.57
[0072]fr
＝(r90
实测
/r90
设计
)
0.29
[0073]fm
＝1+0.114*(m
设计-m
实测
)
[0074][0075]
原煤粒度修正fg、碾磨件磨损修正fe取定值1；其中m表示水分。
[0076]
下表4为本实施例根据步骤106、107所记录结果，结合设计及试验煤种煤质参数，根据步骤202进行修正，得到的不同转速下，磨煤机最大出力修正到设计工况下的结果。
[0077]
表4不同转速下磨煤机最大出力(修正前后)及煤粉细度测试结果
[0078][0079]
注：最大给煤量变化为相对设计转速24r/min而言。
[0080]
本实施例的结果表明：1)随着转速的提高，磨煤机最大出力增加较为明显，相较于改造前额定转速(24r/min)，磨煤机转速增加至27r/min和30r/min后，磨煤机最大出力分别增加约13.13％和20.40％；2)磨煤机最大出力工况下，煤粉细度r90随着转速提高，煤粉细度有变细趋势；3)将不同转速下磨煤机最大出力，结合设计和试验煤种煤质参数、哈氏可磨性指数hgi以及煤粉细度r90等参数进行修正，修正后，随着转速的提高，磨煤机最大出力增加将更为明显：相较于改造前额定转速(24r/min)，磨煤机转速增加至27r/min和30r/min后，磨煤机最大出力分别增加约14.64％和23.64％；4)24r/min时的磨煤机最大出力经过修正后，与设计实际最大出力偏差不大，约为3.45％。