為了節能降耗，新疆某電廠計劃對鍋爐制粉系統進行自動控制優化改造，并于2005年10月在5號爐上進行。根據本廠實際情況，由西安某公司作為這次制粉系統改造的設計和供貨方。現對這次改造情況作一介紹、分析。
2改造前狀況和優化改造分析
我廠是熱電聯產單位，以熱定電。5號爐是主力鍋爐，年平均運行小時數達到6670 h，燃煤量達139440 t，產氣量1 002617 t，占全廠年產汽量的46%，2004年全年制粉單耗平均為27.4 kW/t。其制粉系統配置2臺MG - 250/390型低速鋼球磨煤機，采用中間倉儲式，溫風送粉。制粉系統運行為人為判斷和手工操作的模式，人工操作本身的局限性和操作人員的責任心等因素導致制粉系統往往不能運行在最佳狀態，造成球磨機耗電量大，經濟效益差，甚至會發生堵煤、超壓、超溫或欠煤等現象，造成事故，使機組停運，造成經濟損失。
制粉系統的電耗主要來自球磨機和排粉機。球磨機功率主要消耗于轉動簡體和提升鋼球，它的運行電耗與其負荷（球磨機內存煤量）的關系不大，一般空載功率與最大功率的差值不會超過額定功率的15%。用于制粉的通風電耗與出為的關系最大影響不超過8%。因此對制粉系統的優化，主要就是對球磨機的控制改造，在一定電耗的情況下，讓磨煤機工作在最大出力點附近。
根據對現場信號的觀測繪出了球磨機的工作特性如圖1所示：
從圖1中可知，球磨機電流不是隨著存煤量的增大而程線性增大，起初隨著存煤量增大而增大，隨著達到一個最大值后，球磨機電流隨著存煤量增大反而減小；球磨機的最大出力點與存煤量的關系也亦然，球磨機負荷音頻曲線隨著存煤量的增大逐漸減小。為了使用方便，將該曲線作求反處理得出曲線④。將圖分為3個區域分別用I、Ⅱ和Ⅲ標注，可知在工區中球磨機的功率達到最大，但出力卻沒有達到最大，所以該區不是系統運行的最優區域；在Ⅲ區，存煤量很大，容易出現滿磨，因此Ⅲ區也不是最佳運行區域；在Ⅱ區，制粉出力接近最大出力點，該區應當是系統運行的最優區域。
球磨機制粉量的大小受磨制出力、干燥出力和通風出力三者的限制，且等于三者中的較小者。制粉系統在最經濟工況下運行，不僅要維持磨煤出力最大，同時還要保證最佳的通風出力和干燥出力。就磨煤機而言，滿足煤粉細度要求的制粉出力取決于兩方面的因素：一是磨煤機的磨制能力，它不僅取決子磨煤出力，而且還受干燥出力的影響，提高磨煤機入口溫度可以改善磨煤條件，即增加干燥出力可使磨煤出力提高；二是通風攜帶煤粉的能力，主要由風量決定。一般來說，使磨煤出力最大時的通風量都不是最佳通風量，因為這時通風龜耗過大甚至會超過磨煤電耗的節省，所以，只要達到磨煤和通風電耗為最小的通風量，才稱之為最佳通風量。此時，雖不能達到最大的磨煤出力，但可使瞎煤機在最經濟方式下運行。這需要對制粉系統的磨煤出力、干燥出力和通風出力進行綜合協調控制。
3改造原理及實施方案
制粉系統是一個大慣性、純滯后、動態特性復雜
且參數時變的系統，其主要有如下幾個重要的特點：
①制粉系統具有多個變量，其中重要的變量有：出入口溫度、入口負壓、球磨機負荷、出入口壓差、排粉機電流和球磨電流等。
②制粉系統具有強耦合性。球磨機的最佳出力需要干燥出力、磨煤出力和通風出力三者均達到最佳，這3個出力分別對應著3個控制回路即熱風量也即出口溫度調節回路，球磨機負荷調節回路和再循環風量即出人口壓差調節回路。調節這3個回路中的任意一個變量都會引起其他2個回路變量的變化，另外2個回路進而又會影響該調節回路，從而引起系統的不穩定。
③系統具有純滯后的特點。主要表現在球磨機負荷即存煤量對給煤變化的響應時間長；球磨機出口溫度對熱風門調節的響應時間長；入口負壓對再循環風門調節的響應時間長。
④系統的時變特性。由于煤質、鋼球、護甲等外在因素造成的系統特性的改變也是一個無法忽略的問題，系統在運行一段之后，其運行特性都將發生改變，因此固定不變的控制算法無法適應時變的球磨機系統。
磨煤機運行于經濟工況下的基本控制策略是：在維持最佳通風量和出口溫度均在正常范圍之內時（而不是在某一點），盡量加大給煤量，尋找最佳經濟工作點。為此需組成以磨機負荷、出入口差壓、出口溫度、人口負壓和磨機電流為輸入的檢測量，分別控制熱風門、循環風門和給煤量的3交量輸入、3變量輸出系統。高溫風量改變對磨煤機人口負壓的擾動，利用增大再循環風門的調節速度，降低熱風門的調節速度，盡量減少和不用冷風門參與調節來解決。
3.1球磨機內裝煤量檢測
球磨機負荷是制粉系統控制對象的核心，如何測量球磨機負荷是一個關鍵問題。磨煤機內煤塊、鋼球和村板相互碰撞產生噪音，該噪音隨著磨煤機內裝煤量的變化而變化。裝煤較少時，鋼球、襯板碰撞的幾率大、能量大，產生的噪音大；隨著裝煤量增多，煤塊的不斷填充，與鋼球、襯板碰撞的幾率減小、能量變小，產生的噪音也減小。根據觀測得知，磨音信號隨著球磨機負荷舶增加逐漸減小，在球磨機負荷與磨音信號之間存在著較好的線性關系，因此，用音頻傳感器就可以檢測到磨煤機裝煤變化的多少，只要對音頻信號作取反處理，即可得到球磨機負荷與磨音信號之間的近似正比例關系。磨音傳感變送器正是基于此原理，實現對球磨機發出的負荷音頻信號進行采集并作信號處理、濾波以及變進的作用，使輸出的音頻信號真實可信，能夠比較準確的反映出球磨機負荷的變化。此外，測量磨音信號，可以有效的實現3個回路的解耦問題，使控制變得簡單。
3.2給煤量的控制
針對磨煤機大慣性、純滯后及參數時變的特點，采用白尋優——模糊PI相結合的控制策略及雙層控制結構，如圖2所示。圖中自尋優控制器的作用是給出一個適當的設定值R；而模糊PI控制器則保證了被控對象的輸出可以跟隨該設定值。自尋優的引入，使控制系統能夠實時跟蹤最大出力點，保證磨煤機始終運行在最佳工況，從而真正起到節能降耗的效果。自尋優——模糊PI相結合的控制策略，不僅可以保證磨煤機始終運行在最佳狀態下，而且能達到安全節能、提高產品質量和產量的目的。
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