双进双出钢球磨煤机与直吹系统料位差压的研究.doc

1 双进双出钢球磨煤机与直吹系统料位差压的研究双进双出钢球磨煤机与直吹系统料位差压的研究 前前 言言 本文以五年的研究开发、设计生产实践和对国内近五十个电力企业的调查研究 为基础，从双进双出钢球磨煤机料位压差检测系统延深到制粉直吹以及锅炉燃烧效 益进行分析和论述了双进双出钢球磨煤机制粉与料位的有关课题。 以钢球磨煤机破碎、研磨原理为基础论述了：双进双出钢球磨煤机硕大的筒体 就是直吹系统以悬浮煤粉为特征的悬浮煤仓的论点。以微观和精准目光将筒体内悬 浮煤粉分为：最佳燃烧煤粉、可燃烧煤粉、不可燃烧煤粉，更深层次对风粉混合物 输送过程进行分析。从而破解了：分离器能力不够，是造成负荷不能提升和不能快 速实现负荷响应速度的误区。提出了：在双进双出钢球磨煤机和直吹系统中筒体内 的煤位精准检测和合理控制，是决定着系统运行中一切优越性能是否体现的重要论 点。 从差压测厚的基本原理到揭示在压力不断变化的磨煤机筒体内煤位厚度的要点， 精辟准确的论述了动态跟踪式衡压差气源的产生和控制是系统检测精准度和探针端 口不堵塞的关键点。解决了探针端口密集清扫仍经常堵塞的致命弱点。在原理论述 上首次揭示了差压料位检测系统是双差压互动的概念。将当前传感测量技术、计算 机数学模型运算技术、触摸屏显示技术溶为一体，研发出运转中埋在磨机筒体内煤 下的探针端口可视化系统，使差压料位检测系统告别了开环测量，检测值仅为趋势 正确的时代。把差压料位检测系统精确度提升到毫米级，并实现了料位高度可视化 和相对高度数字化。 列举一例，锅炉的双进双出钢球磨煤机与直吹系统大修后，以磨煤机料位检测 值精准、稳定为契机。将原传统的 600800pa 料位高度提升到 11001200pa，从而 实现了煤粉细度提高，均匀性达标，使飞灰、炉渣可燃物明显下降；供电煤耗降低 的案例。揭示了一条投入少、时间短、收效大，实现降耗和节能减排的新捷径。 总之，希望大家在阅读时提出注重这些问题的新思维、新观点，共同进行讨论， 一起创新、完善此论题的研究。 为答谢本文在北极星电力网发表一个月，有八十位下载该文章的同仁和增进与 大家更深入沟通所编写前言。 2 目目 录录 一、目前系统运行不理想状态及产生原因一、目前系统运行不理想状态及产生原因 4 （一）系统的优点和目前运行状态的反差4 1. 双进双出钢球磨煤机直吹式系统的优点 4 2. 目前系统运行不理想状态 4 （二）从系统的特点分析不理想运行状态及产生原因4 1. 制粉直吹式系统中的突出特点悬浮煤粉仓 4 3. 最佳燃烧煤粉产生于磨煤机筒体料位的精准检测与合理控制 7 （三）应用实例浅析 磨煤机筒体料位检测与控制的重要性8 1. 大修后实现了料位的准确检测和合理控制提高了各项指标 8 2. 准确的磨煤机筒体料位检测与控制实现了负荷提升的快速响应 10 3磨煤机在合理的料位运行时可降低消耗和减少检修维护费用 .11 （四）从硬件配置上查找产生系统不理想运行状态的原因12 1料位差压检测的基础原理 .12 2双进双出钢球磨煤机料位差压检测系统及工作原理 .13 3技术理解能力低下是产生粗制滥造产品的根源 .15 4进口原装产品的调节仪和调节阀与低端产品配置的比较 .18 二、研制适合国情创新功能的产品二、研制适合国情创新功能的产品 将引进拓展为中国创造将引进拓展为中国创造21 （一）探针端口状态实时显示和清扫时间模糊控制21 1现场应用触摸屏和软件对每根管路进行检测 建立各管路标准值参数库 .21 2运行中对探针端口进行实时显示和监测 .22 3清扫间歇时间 实现模糊控制 .22 （二）气流输送管路密闭状态的可视化在线检测22 （三）方便简单、准确可视的运行中自检系统24 1自检准备 进入画面 打开两个阀门 .24 2按照提示五次点击屏幕、关闭两个阀门 .24 （四）磨煤机内料位可视化，相对高度数值化25 1直观、动态、精准 .25 2适应性强 操控方便 .25 三、系统的现场施工和调试是技术含量高要求精细的环节三、系统的现场施工和调试是技术含量高要求精细的环节 26 （一）系统装置中各种缺欠分析26 3 1输气管路中的瓶颈是探针和管路堵塞的重要隐患 .26 2. 安装时探针控制阀门缺失 调试时设定参数不匹配 使关键部件受损坏 27 3. 从趋势曲线画面对磨煤机料位差压检测系统运行状态分析 28 4. 问题产生原因：管理衔接不完善 施工无规范 验收无标准 28 （二）大修中故障现象 排除方法与操作30 1. 下探针端口是差压值检测的基准面 下探针丢失后检测值将无意义 30 2. 差压检测的数据是以气流为载体，管路的泄漏和堵塞是致命伤害 30 3. 密封风箱中的软管接头是经常发生泄漏的薄弱环节 31 4核心部件调节阀，由于参数设定和配比失调而遭损坏 .31 5清理隐患 消除缺欠 .32 （三）从运行中各种状态趋势曲线检验大修效果32 1从建立磨煤机筒体料位观察料位差压检测系统的快速和准确性 .33 2从趋势曲线 观察料位差压检测系统的动态响应速度 .34 3从趋势曲线观察料位差压检测系统的动态响应精度 .35 4从趋势曲线观察 料位差压检测系统的动态灵敏度 .36 四、对最佳燃烧煤粉占高比例与确认料位压差区域值的讨论四、对最佳燃烧煤粉占高比例与确认料位压差区域值的讨论 37 1以喷嘴燃烧火焰状态为修改标准 确认料位差压区域值 .37 2. 以磨煤机筒体悬浮煤粉仓存储容量为修改标准 确定最佳料位差压区域值 38 3. 以负荷响应最快时间为修改标准 确定最佳料位差压区域值 38 4. 以个性参数和三种参数综合值 确定料位差压区域值 38 4 双进双出钢球磨煤机与直吹式系统料位差压的研究双进双出钢球磨煤机与直吹式系统料位差压的研究 刘 明目前，在发电企业中配置的双进双出钢球磨煤机直吹式系统（以下文中简称： 系统）在国内有百家以上。但是，目前部分企业对该系统的生产工艺、设备使用及 掌握和了解还不够深入，运行状况也不够理想。下面仅通过对近五十家企业该系统 运行状态的调查研究与部分大修实践，总结和阐述几个论点供大家探讨。从而，在 理论上对该系统进一步提高认识，在实际运行中提高操控水平，起到抛砖引玉的作 用。 一、目前系统运行不理想状态及产生原因一、目前系统运行不理想状态及产生原因 （一）系统的优点和目前运行状态的反差（一）系统的优点和目前运行状态的反差 1.1. 双进双出钢球磨煤机直吹式系统的优点双进双出钢球磨煤机直吹式系统的优点 1). 能在系统供电调峰时宽负荷范围内快速度响应：对锅炉负荷变化响应可通过 改变一次风量进行调整，调整时仅时滞 15 秒，与锅炉燃用液态或气态燃料的负荷变 化一样快，非常适合机组调峰使用。 2). 制粉储存容量大：当给煤系统发生故障时，磨煤机筒体内煤粉的储存量可 在 15 分钟内持续满足锅炉燃烧供粉的需求。 3). 制粉系统运行期间煤粉细度稳定，保证锅炉迅速着火与燃尽。当低负荷运 行时煤粉细度显著提高，对于低负荷稳燃十分有利。 4). 适用煤种广不受异物影响，出现故障低，可大幅降低检修维护费用。 2.2. 目前系统运行不理想状态目前系统运行不理想状态 但是，该系统在实际运行中有部分电厂的几百台以上设备很难体现出到上述优 点。相反，在这几个方面大部分企业体现的却是忧虑：负荷响应速度慢，最快的时 滞 30 秒，最差的时滞 120 秒以上；煤粉储存容量小，严重时造成锅炉负荷提升困难； 运行中有时煤粉颗粒粗，燃烧不稳定等诸多情况。为什么实际应用效果与系统指标 差异别较大？通过现场调查，逐条分析产生原因、阐述观点如下： （二）从系统的特点分析不理想运行状态及产生原因（二）从系统的特点分析不理想运行状态及产生原因 1.1. 制粉直吹式系统中的突出特点制粉直吹式系统中的突出特点悬浮煤粉仓悬浮煤粉仓 制粉直吹式系统对制粉的要求：磨煤机向燃烧器提供的煤粉量与锅炉负荷必须 5 一致，机组负荷升降过程是依靠调节进入磨煤机的一次风量来实现。这些体现了在 制粉直吹式系统中双进双出钢球磨煤机最重要特点：磨煤机筒体就可以看作向锅炉 燃烧提供煤粉的悬浮煤粉仓。悬浮煤粉仓。 现在分析，只有制粉直吹系统才具备的磨煤机筒体悬浮煤粉仓的和状态。磨煤 机筒体煤粉仓，以每分钟 1317 转的转速旋转，内部的钢球和煤在旋转中不断进行 泻落和抛落运动；热风沿轴向从两边的中心管吹进筒体内，对冲后返回。在径向和 轴向不断搅动下，筒体内的不同颗粒度煤粉处于三种状态：颗粒大的沉积和混杂在 钢球之中；颗粒较小的浮在筒体中下层的钢球层表面；颗粒微小的悬浮在筒体上部 空间，将此空间称为悬浮煤粉仓悬浮煤粉仓。 以下图 bbd 型双进双出钢球磨煤机示意图为例，对风与煤粉的流程进行分析。 首先，一次风进入后分为两个支路，上支路进入混料箱，称为旁路风，对原煤进行 预干燥后进入落煤管；下支路通过中心管进入磨煤机称为容量风，在筒体内对冲后 裹挟着筒体内悬浮煤粉通过绞笼与中心管之间的环形通道分离器接管。在分离器接 管中容量风、旁路风和密封风汇合到一起，以风粉混合物的状态进入到分离器。分 离器对进入的风粉混合物中的煤粉进行筛选，煤粉被分为两个部分：一部分细煤粉 和风通过分离器进入到煤粉管供给锅炉进行燃烧；另一部分粗颗粒煤粉将被分离器 筛选出来，以重力回落到回粉管，再返回到螺旋输送器与原煤一同再次进入磨机筒 6 体内。 从上述风和煤粉的流程中我们注意到： 1)1). 当粗颗粒煤粉在风粉混合物中的煤粉比例过大时，它挤占了分离器接管的有 效流通量，会降低磨煤机出力或使出口煤粉变粗。 2).2). 当粗颗粒煤粉在气粉混合物中比例过大时，磨煤筒体悬浮煤粉仓中不可燃 烧煤粉在悬浮煤粉中比例就过大，磨煤机筒体悬浮煤粉仓的有效存储容积就减小。 2.2. 制粉直吹系统中的首要任务制粉直吹系统中的首要任务提高最佳燃烧煤粉比例提高最佳燃烧煤粉比例 传统概念中将容量风与给煤量之比称为风煤比。又规定在制粉中风煤比稳定作 为锅炉正常燃烧的先决条件。这些都正确，但是不够严谨。因为，磨煤筒体中悬浮 煤粉的组成是很复杂，与提供进入燃烧器燃烧的煤粉差别很大。以是否可以通过分 离器筛选进入炉膛燃烧作为区分煤粉颗粒的尺度。笔者将悬浮煤粉的颗粒分为三个 类别：第一类，不能通过分离器回落进入到回粉管中的粗颗粒煤粉称为不可燃烧煤 粉；第二类，通过提高一次风压力（或通过调整分离器）可进入煤粉管的煤粉颗粒 称为可燃烧煤粉；第三类，正常顺利通过分离器进入煤粉管的煤粉颗粒称为最佳燃最佳燃 烧煤粉烧煤粉。 在磨煤机筒体料位检测不准确，控制不合理时，磨煤机筒体悬浮煤粉仓中前两 类煤粉占比较大。当需要提升负荷时，提高一次风的压力，迫使从磨煤机筒体内进 入到分离器的风粉混合物量加大。可是，进入分离器中大量的一类和二类煤粉颗粒 被筛选出来，回落到回粉管中再进入到磨煤机筒体内。造成进入煤粉管中的风量加 了，但是进入煤粉管中的煤粉量却增量不明显，导致一次风中的煤粉浓度降低。由 于向燃烧器提供的煤粉量不充足，使燃烧热释强度低，造成虽然提高一次风的压力， 负荷很难提升和响应速度缓慢。为了达到提升负荷的目的经常做法是：一，继续加 大一次风压力，使从磨煤机筒体内进入到分离器的气粉混合物的量更大、速度更快， 迫使部分二类颗粒煤粉以高速冲过分离器；二，调整分离器让二类颗粒煤粉通过。 这两种方法都能使输送到锅炉里提供燃烧的煤粉量增大，负荷得以提高了。但是， 二类煤粉进入燃烧器后往往造成燃烧不稳定、飞灰可燃物增多，降低了锅炉效率。 上述状态就是目前双进双出钢球磨煤机直吹系统运行不理想情况的普遍现象。 当前很多电厂为了达到提升负荷和加快负荷响应速度而不惜重金和人力去改造分离 器及附件，但效果都不明显。其主要原因就是被燃烧器提供煤粉不足的表象，带进 了误区。当磨煤机筒体里悬浮煤粉中最佳燃烧煤粉很少时，再好再大的分离器也无 7 法改变煤粉颗粒，也不能借助提高一次风压来同比例增加进入燃烧器的煤粉量。要 尽快走出误区，换一种思维、建立一个新理念：充分发挥，磨煤机筒体这个巨大的 悬浮煤粉仓悬浮煤粉仓的功能；紧紧抓住，提高悬浮煤粉里最佳燃烧煤粉最佳燃烧煤粉比例是制粉直吹系 统中的首要任务的首要任务就可达到提升负荷、加快锅炉负荷响应速度和提高锅炉燃烧效率 目的。 3.3. 最佳燃烧煤粉产生于磨煤机筒体料位的精准检测与合理控制最佳燃烧煤粉产生于磨煤机筒体料位的精准检测与合理控制 提高悬浮煤粉里最佳燃烧煤粉比例是制粉直吹系统中的首要任务。如何提高磨 煤机筒体悬浮煤粉仓中最佳燃烧煤粉比例，将是在制粉过程中要深入研究和必须解 决的首要课题。解决一切问题都要从源头开始，首先我们要在钢球磨机破碎和研磨 的原理中去寻找解决方法： 钢球磨机筒体在制粉过程中以较低的转速旋转，筒体内钢球和研磨物在离心力 和摩擦力的作用下被旋转的筒体衬板提升有两种状态：靠近筒体中心，质量较小的 钢球提升到球荷表面的自然休止角时，钢球即沿着斜坡滚下，钢球的这种运动状态， 称为泻落 (如图 1.1 所示)；靠近筒体衬板，质量较大的钢球会被旋转的筒体衬板提 升到更高一些，钢球脱离筒壁衬板后在重力的作用下纷纷沿着抛物线下落，钢球的 这种运动状态，称为抛落(如图 1.2 所示)。在上述两种运动状态同时，在旋转筒壁驱 动下，钢球群中每个球都受到大小相等方向相反的切向分力 t 和摩擦力 f 所形成的 力偶的作用，每个球围绕着自身的轴线转动，钢球的这种运动状态，叫自转(如图 1.3 所示)。 在磨煤机运转中，较大的钢球和靠近筒体壁衬板的钢球因离心力和摩擦力大被 提升到筒体高点，然后产生抛落运动，直接撞击较大的煤块、将其破碎；靠近筒体 中心的钢球因离心力和摩擦力小提升到筒体次高点，然后产生泻落运动，进行磨剥、 研磨颗粒较小的煤；每个钢球又在力偶作用下进行互为相反方向做自转，钢球之间 8 相互摩擦和挤压将颗粒较小的煤研磨成为细小颗粒和粉状。 在周而复始的破碎和研磨过程中，怎样提高最佳燃烧煤粉的比例？磨煤机的筒 体直径、转数、钢球重量和配比等都有规定的标准参数。钢球和衬板都存在很缓慢 的磨损，但不可控制。可以控制和容易改变的只有磨煤机筒体内部被研磨的物质 煤粉的存量多与少，即通俗称“料位”高与低。在磨煤机筒体内料位的高与低改变 着每次钢球泻落、抛落的运动距离，决定着抛落破碎和泻落研磨的效率；料位的高 与低，改变着每个自转钢球和周边众多钢球之间摩擦介质煤层的厚度，决定着被 研磨煤的颗粒大小。上述对钢球磨煤机的研磨工作状态的细致分析，深切的揭示了 只要精确地检测磨煤机筒内的料位，并合理控制这个料位，就能使最佳燃烧煤粉在 悬浮煤粉仓中占有更高的比例。 总之，在制粉直至燃烧中有很多参数可进行调整和控制，但只有对磨煤机筒体 料位的精确检测与合理控制才可实现快速、准确的提高磨煤机筒体悬浮煤粉仓中最 佳燃烧煤粉的比例。当抓住提高了悬浮煤粉中最佳燃烧煤粉比例这一首要任务，其 它问题就都迎刃而解。当筒体悬浮煤粉仓里充满最佳燃烧煤粉时，悬浮煤粉仓的容 积相对增大了；煤粉中含有高比例的最佳燃烧煤粉也使分离器的工作量大大减轻， 回粉管中的流量也立即减少，煤在磨煤机内的循环倍率大大降低；在需求提升负荷 时仅需要加大一次风压力，燃烧器中的煤粉就同步增长；锅炉燃烧器中有了充足的 最佳燃烧煤粉供给，燃烧热释强度立即加大，锅炉负荷就能在较宽范围内快速响应； 进入燃烧器的全部是最佳燃烧煤粉时又会使火焰燃烧非常稳定。 （三）应用实例浅析（三）应用实例浅析 磨煤机筒体料位检测与控制磨煤机筒体料位检测与控制的重要性的重要性 为了使上面论点更具体，下边列举四个电厂在磨煤机筒体内的料位差压检测系 统应用由非正常状态进入到正常状态的前后变化情况，说明双进双出钢球磨煤机直 吹式系统中筒体料位的精确检测与合理控制的重要性。 1.1. 大修后实现了料位的准确检测和合理控制提高了各项指标大修后实现了料位的准确检测和合理控制提高了各项指标 济宁运河电厂五、六号炉，六台磨煤机的料位差压检测装置是法国阿尔斯通原 装进口产品。但是因安装施工和参数设定等问题，造成料位信号的测量值不稳定和 不准确。系统从投产到运行近四年时间，几台磨煤机的料位差压检测和自动控制都 很难实现。在大修时对磨煤机本体的检测气流输送管路、附件和进口原装的检测装 置都进行了技术改造，使磨煤机筒体的料位得到精确检测和基本合理的控制。仅是 9 实现了基本合理的控制，就收到了事半功倍的效果，下面收集了六号炉大修前后所 选用的煤质主要参数比较和两组数据进行比较，来说明磨煤机筒体料位精确检测和 合理控制的重要性及产生的显著经济效果。 1).1). 煤质是锅炉燃烧稳定性和经济性直接影响因素。为了使数据对比更合理， 下面将大修前后所选用的煤质主要参数进行比较。 经过上述各参数化验对比报告，表明大修前后所选用的煤质基本相同。 2) ). 煤粉细度变化是磨煤机料位合理性的重要考核指标。通过大修前、后六号炉 a、b 两台磨煤机煤粉细度对比，突显了料位的合理控制对煤粉细度改变的作用。 序号 11 10 9 8 7 大修后 6月15日1:008:00夜班 8.28 3.66 27.25 28.28 27.88 40.34 5049.00 21.3 23.4 0.84 41.2145.03 0.56 23.40 21.02 5027.00 mj/kg mj/kg cal/g qnet，ad qnet，ad qgr，ad st，ad fc，ad mar mad aad ad vad vadf 符号 收到基低位发热量 收到基低位发热量 空干基高位发热量 全硫份 固定碳 空气干燥基挥发份 空气干燥基挥发份 1 2 3 4 5 6 分折项目 干燥基灰份 空气干燥基灰份 空气干燥基水份 36.80 26.23 27.41 26.91 1.83 7.18 2月28日16:001:00中班 大修前 单位 全水分 化验时间 五、六号炉大修前后入炉煤质化验报告对比表 10 3).3). 飞灰含碳量是考核煤粉燃尽程度最主要指标，它体现了燃烧的稳定性和经 济性。下表是大修前后六号炉飞灰含碳量对比表。 大修前后所选用的煤质主要参数基本相同。在同一个制粉、输送、燃烧系统中， 大修技术改造前后在煤粉细度、燃烧、降低煤耗等方面的变化是显而易见。但是， 应该更深刻的认识到大修后，仅对磨煤机筒体的料位得到准确的测量和实现了料位 2月27日6月18日 r200 = 2.42 残余 率 r90 = 9.72 a = 1.21g b = 3.65g r200 = 2.26 r90 = 12.82 a = 1.13g b = 5.28gb = 0.58g a = 0.09g r90 = 1.34 r200 = 0.18 b = 3.87g a = 3.06g r90 = 13.86 残余 率 r200 = 6.12 2月25日6月16日 r200 = 0.96 残余 率 r90 = 10.08 a = 0.48g b = 4.56g r200 = 1.18 r90 = 9.68 a = 0.59g b = 4.25gb = 3.24g a = 0.11g r90 = 6.70 r200 = 0.22 b = 3.59g a = 3.87g r90 = 14.92 残余 率 r200 = 7.74 大修前大修后 b 磨 r200 = 3.56 残余 率 r90 = 15.30 a = 1.78g b = 5.85g r200 = 0.88 r90 = 8.70 a = 0.44g b = 3.91gb = 1.42g a = 0.32g r90 = 3.48 r200 = 0.64 b = 2.21g a = 0.25g r90 = 4.90 残余 率 r200 = 0.50 6月15日2月23日 a 磨 大修后大修前大修后大修前 年份 2010 年 六号炉大修前后煤粉细度对比表 1.7865.20.571.640.9646.11.110.8523.4 1 2 3 4 5 6 天数 六天采样平均值 2月28日 6月30日 2月27日 6月29日 2月19日 6月16日 2月17日 6月15日 2月5日6月5日 10.80.740.8311.11.441.040.5349.0 -9.21.191.0927.71.251.480.8343.9 -1.20.860.8559.90.671.520.4967.8 59.00.771.8862.90.862.090.8360.3 -21.90.890.7349.20.912.440.3486.1 1.62 1.73 1.67 2.32 1.79 49.60.651.29 中 班 大修前大修后 降低比例 58.10.651.55 白 班 大修前大修后 降低比例 70.6 降低比例 0.371.266月4日2月4日 夜 班 大修后大修前大修后大修前 采样 2010 年 六号炉大修前后飞灰含碳量降低对比表 11 基本合理的控制就取得了显著的经济成果。如果能再提高对磨煤机筒体悬浮煤粉仓 的认识，抓住了提高悬浮煤粉中最佳燃烧煤粉比例这一首要任务，去合理和精细的 控制磨煤机筒体的料位将会取得更大的收效。 2.2. 准确的磨煤机筒体料位检测与控制准确的磨煤机筒体料位检测与控制 实现了负荷提升的快速响应实现了负荷提升的快速响应 某电厂二期燃煤机组配置的磨煤机没有料位差压检测装置，仅有噪声电耳料位 检测装置。由于噪声电耳料位检测装置的信号宜受外界噪音干扰，信号不稳定。在 磨煤机运行中随着筒体内的料位的上升噪声变小，在接近滿磨时信号变化很小又不 准确，给煤机只能依靠手动操作控制。由于磨煤机筒体的料位高度调节和控制不准 确。提升负荷时滞后性很大，负荷响应时间最短 120 秒。在磨煤机安装了筒体料位 差压检测装置后，使磨煤机筒内料位值检测比较准确，实现了给煤机的控制与料位 差压信号连锁自动控制。机组在协调控制中只要改变磨煤机的一次风压就能很快改 变磨煤机出力，负荷响应速度由原来的 120 秒缩短为 30 秒，负荷响应能力由原来的 3mw/min 提高到 6mw/min，完全满足 agc 控制对 300mw 机组的负荷变化要求 （参见下图）。 图中：a（红色）机组实际负荷；b（绿色）agc 负荷指令；c（紫色）速率变 化后的负荷指令。 12 3磨煤机在合理的料位运行时可降低消耗和减少检修维护费用 甲、乙两个电厂分别使用和不使用料位差压控制对双进双出钢球磨端衬板磨损 速度的对比见下图。左边照片是电厂甲磨煤机采用料位差压检测，筒体料位检测准 确控制较好的端衬板；右边照片是电厂乙磨煤机采用噪声电耳料位检测，是磨煤机 筒体料位检测不准确，运行时料位控制较低的端衬板。通过照片对比可以清晰地看 出，两个电厂设备运行时间接近，磨损状况显著不同。 从降低磨煤机检修维护费用方面考虑，当筒体料位高度控制在合理和正确范围 时，钢球与衬板之间、钢球与钢球之间都有被研磨的煤作为撞击和磨擦介质。从而 有效的减少了钢球与衬板之间直接撞击和钢球与钢球之间直接磨擦，从而降低了钢 球和衬板的损耗。 磨煤机筒内周边衬板和钢球掩埋在煤里，磨损状况不易观察和比较，损耗情状 况只能通过数据统计和比较来确定。但是端衬板大面积裸露在外，磨损是可以通过 图像对比揭示。 。 1). 左边照片：看到双进双进磨煤机端衬板顺着筒体旋转方向的每块衬板前端都 有很均匀和光滑的磨痕。这是主动旋转的磨煤机筒体端衬板在驱动钢球和煤转动时 由于磨擦而产生的正常磨损。 2). 右边照片：看到双进双进磨煤机端衬板上有很多深坑，坑的后沿都有放射形 磨痕。从深坑和磨痕的形状可判断，在运转中磨煤机筒内料位很低，煤不能埋藏和 包裹对钢球，而是大量的裸露在表面。裸露的钢球被旋转的筒体抛甩起来，以高速 13 撞击端衬板，以高速和高压力的态势向下磨滑，砸在端衬板表面，产生出众多前深 后浅放射状的磨痕。从磨煤机端衬板表面上被撞击和磨滑出众多深痕。可以推测在 运行过程中钢球破损、磨损消耗量也一定很大。 仅从这两张双进双出钢球磨煤机端衬板磨损状态照片对比，就可以看出，在制 粉中对料位的准确检测和合理控制是降低衬板和钢球的消耗至关重要的一环。 本章从上面大修前后的各种数据对比：料位准确检测及合理控制后负荷响速度 提高；磨煤机端衬板磨损状态照片的比较，可以清晰的认识到磨煤机筒体料位的精 确检测与合理控制是制粉中的“关键环节关键环节” 。 经过前面的论述，在观念上：认识认识到筒体悬浮煤粉仓是制粉直吹系统中突出特突出特 点点；抓住抓住提高最佳燃烧煤粉比例是首要任务首要任务；解决解决磨煤机筒体料位的精确检测与合 理控制是关键环节，关键环节，已经在改变系统不理想运行状态中迈出了坚实的第一步。 （四）从硬件配置上查找产生系统不理想运行状态的原因（四）从硬件配置上查找产生系统不理想运行状态的原因 怎样抓好关键环节、完成首要任务和实现悬浮煤粉仓中充满最佳燃烧煤粉的愿 望，关键是必备高质量的料位差压检测装置料位差压检测装置(以下文中简称：装置)。该装置最早的雏 形是应用在福斯特.惠勒制造的双进双出钢球磨煤机上，后期发展优化集成是法国阿 尔斯通公司研制的产品。采用料位差压检测装置对磨煤机料层厚度的检测远比传统 采用的噪声电耳测量方法的响应速度快、精确度和抗干扰程度高出数十倍。该装置 的诞生，将干粉式磨机料位检测带推进到一个技术发展的新时代。 压差测厚技术是个原理生疏和个性很强的装置。通过国外专家到现场调试产品 造成的参数不匹配(已发现很多例证)和市场中大量的国产化低端与低能的产品，这些 现实都表明对该装置的更深层次的理论和其中的技术奥妙没有消化理解和不掌握。 正是如此才滋生了妄自菲薄“很简单，我懂得”的认知态度，产生了简单模仿和粗 制滥造的产品。造成了目前双进双出钢球磨煤机直吹式系统大面积运行不理想状态。 为了彻底铲除系统不理想运行状态的祸根和促进此项技术发展，本章从基础原理、 系统工作状态和该装置品质指标及两项关键元件功能等方面对料位差压检测装置进 行技术论述和产品剖析以提高共识。 1 1料位差压检测的基础原理料位差压检测的基础原理 14 当在大气中要测量容器中介质某一点深度值时，可将空气压缩到适当压力，输 出稳定的气流，将其输送到测量管路中。将管路插入介质中，再将管路输出端口移 动到测量点，这时压力表将显示一个压力值，将压力值除以介质的比重值就可以计 算出介质表面到管路端口之间的高度。 压力值 介质比重 = h 被测量介质的厚度 此种取大气压与介质测定点压力差的计算方法，称为压差测量法，磨煤机压差 检测装置就是基于此原理进行设计。 2 2双进双出钢球磨煤机料位差压检测系统及工作原理双进双出钢球磨煤机料位差压检测系统及工作原理 压差检测装置原理复杂、元器件多。首先要记住它的基本功能，是测量气流发发 生器生器和测量气流输出受到阻力后的压差值的检测器检测器。双进双出钢球磨煤机的本体上 料位差压检测部件和元件：首先它是由两个功能相同互为独立的驱动侧和非驱动侧 单元组成(因为两侧相同此文中仅论述一侧)。其中一侧磨煤机内主要部件是，悬臂支 承深入到旋转的磨煤机筒内的中空管，在它的上端连接着两个上探针，在它的下端 连接着一组由两个下探针及保护套组合的下检测端口，它保护着由密封风箱进入到 磨煤机筒体内的检测气流管路。磨煤机表面元件由四个测量接口、阀门、连接管路 组成。在施工现场用气流输送管路将压差检测装置的检测输出口和双进双出钢球磨 煤机上的检测输入口连接在一起，就组成了双进双出钢球磨煤机的料位差压检测系 统(以下简称：料位差压检测系统料位差压检测系统)。 1).1). 料位差压检测系统的特点及构成 与前面的基础原理相同，料位差压检测系统也是将检测口，下探针 p2 埋在煤粉 之下。与上面基础原理不同的是，双进双出钢球磨煤机运行时筒体内压力较高并且 不断变化。因而，在磨煤机筒体内中空管的上端安装了上探针 p1，由它将筒体内的 15 压力用前馈原理引入到 pid 压力控制系统中，使输出的检测气流与筒体内压力同步 变化，从而实现动态压力下能够准确测量料位。 为了清晰的论述工作原理，下面仅画出驱动侧料位差压检测功能简单示意图， 并按其功能分为四个子系统： (1). pid 压力控制子系统：由调节阀、调节仪、压差变送器、孔板 1、储气缓冲 罐组成。 (2). 检测气流产生和输出子系统：由孔板 1、孔板 2、输送管路、上探针 p1、下 探针 p2 组成。 (3). 磨煤机筒体内压力监测前馈子系统：由输送管路、上探针 p1、孔板 1、压 差变送器、调节仪组成。 (4). 检测示值子系统：由压差变送器（图中用压差高度示管表示） 、管路组成。 2).2). 料位差压检测系统工作原理 (1). 静态运行：在磨煤机筒体内一次风压力未输入之前，料位差压检测系统为 “静态”运行。此时 pid 压力控制子系统将孔板 1 两端压力值控制在用户设定的 压力值0.5之内。通过检测气流检测气流输出子系统中的孔板 1、2 将压力源转变为气流 源，经过检测气流输送管路和阀门传输到磨煤机筒内，在上探针 p1、下探针 p2 端口喷出。 (2). 动态运行：在磨煤机筒体内一次风压力输入之后，料位差压检测系统为 16 “动态”运行。此时，筒体内压力在不断变化和脉动，上探针 p1 及连接管路以前馈 的方式将磨煤机筒体里的变传输到孔板 1 上端，pid 压力控制子系统将孔板 1 两端 压力值控制成动态跟踪式衡压差源动态跟踪式衡压差源，动态检测气流由上探针端口向悬浮煤粉层喷出。 下探针 p2 将测量气流从端口向掩埋的煤粉喷出，到煤粉表面释放。因为上探针 p1 和下探针 p2 端口所受到的阻力不同，在检测示值子系统中的压差变送器上产生压差 信号p。 p = p 2 p 1 p 是在压差变送器上检测出来的上探针 p1 和下探针 p2 之间的压差值，就是在 运行中观察和控制的 01500pa 的压差值。这个值有两个分量，一个分量是在筒体 气流中悬浮的煤粉，另一个分量是堆积在下探针端口以上的沉积煤粉。这两个分量 之和就是磨煤机内的料位差压检测值。 3).3). 检测值的组成与要求：在料位差压检测值中，悬浮的煤粉分量所占比例较 小，堆积在下探针端口以上沉积的煤粉所占比例很大。但是，由悬浮煤粉所构成的 悬浮煤粉仓悬浮煤粉仓是制粉直吹燃烧系统中的突出特点；悬浮煤粉中风与煤的比例稳定，是 对锅炉正常燃烧的起到保障作用；在悬浮煤粉中提高最佳燃煤粉比例又是制粉、输 送到燃烧关键环节。由堆积在下探针端口以上的沉积煤粉为最大比例，检测出的料 位差压检测值要反映出比它自身更重要和更精准的参数值悬浮煤粉中最佳燃煤粉 比例。鉴于此基础数据料位差压检测值的极端重要性，故需要非常精细准确精细准确。 3 3技术理解能力低下是产生粗制滥造产品的根源技术理解能力低下是产生粗制滥造产品的根源 pid 压力控制子系统是料位差压检测装置品质的核心，该装置的响应速度、响应 精确度、灵敏度都取决于子系统中的主要部件的品质和软件的参数匹配。装置的三 项指标是磨煤机筒体在恶劣环境下实现精准检测和长期稳定运行的必要条件。有些 技术能力低下的制造商就认识不到这些指标的意义，抛出“高压气源”的论点，并 将调节阀取消，又返回到十几年前福斯特惠勒产品的雏形时代。这些观点和作法 只是个别厂家偷工减料的借口，使料位差压检测值失真、失稳。为了消除技术能力 低下这个粗制滥造的根源和提高大家对料位差压检测装置的鉴别力编写了此章。 1).1). pid 压力控制子系统和前馈子系统功能及工作原理 17 双进双出钢球磨煤机在运行时筒体内压力在 68kpa 之间变化；同时，在筒体 每分钟 1617 转旋转的驱动下，筒体内的钢球和煤不停地进行抛落和泻落状态运动 又使筒体内压力产生脉动变化。在筒体内这些压力变化的条件下，再用基础原理中 的稳定流量气流对介质深（厚）度值进行压差法检测，其检测值是不会准确的。在 压力变化的容器中采用压差方法进行测量，必须以内部变化的压力值作为基础参考 点，调节出动态跟踪式衡压差源动态跟踪式衡压差源，再将此种压力源转化为检测的气流，此种检测气 流喷吹到筒体内动态变化压力下的悬浮煤粉和被测量的煤粉层之间才能实现准确测 量。调节出动态跟踪式衡压差源，这是该装置中的核心技术。是料位差压检测值精 确度的基础，此功能由 pid 压力控制子系统和前馈子系统之间互动来实现。 上图是装置中 pid 压力控制子系统原理图。该子系统由单回路调节仪 pdc 602、调节阀 pcv 602、孔板 di 602、压差变送器 pdt 602、储气缓冲罐、管路及辅 助元件组成。 图中由前馈子系统将磨机筒体内压力变化通过气流输送管路引入到孔板 pi602 上端，阀门 hv663 和 hv664 处在开启状态，使 pid 压力控制子系统采样值跟随磨 机筒体内压力变化而动态变化。在 pid 压力控制子系统控制中，首先单回路调节仪 pdc602 从孔板 pi602 取得采样值，并与设定值进行 pid 运算后输出 420ma 控制 信号。控制信号送至调节阀 pcv602 定位器，定位器将电信号转换成气压信号。在 18 调节阀中将气压信号进行调制和放大传递，最后控制调节阀 pcv602 的阀芯开度， 输入的气源经调节阀 pcv602 控制向储气缓冲罐补充气体流量，使储气缓冲罐成为 动态稳压气源。储气缓冲罐气源由管路和阀门 hv613 再送至孔板 pi602 下端，连续 和快速的闭环控制。从而，使孔板 pi602 上下两端压力成为动态式衡压差值。储气 缓冲罐中动态跟踪式衡压差源动态跟踪式衡压差源经由孔板 di 603、 di 604、di 602、di 605 限流，在 上端输出四路检测气流，此时输出的检测气流不论磨煤机筒体内压力产生多大变化， 永远是与其同步跟踪。所以，由此种检测气流检测气流产生的料位压差检测值，不受磨煤机 筒体内压力变化的影响。 检测气流与筒体内压力同步变化是压差检测信号精确度之本，这种精确度的产 生是依赖硬件调节仪 pdc602 和调节阀 pcv602 品质的优秀和 pid 软件中各种参数 设定合理及各级调压阀输出压力的匹配。 2).2). 装置中 pid 压力控制子系统品质静态考核指标： （1）. 压力设定值可调整性可调整性：由于压差检测信号值的产生是检测气流在下探针 端口喷出到煤粉表层释放的过程时受到煤粉的阻力的大小。同理，检测气流的速度 也决定检测的精确度。当装置中压力设定值过高时检测气流速度会很快穿透煤粉层， 在表面释放时产生喷散坑现象使检测值不准确。磨煤机在长期运行中煤种是经常改 变的，当煤种不同时磨煤机筒内的煤层厚度也不同。为了达到精准的检测目地，pid 压力控制子系统的压力设定值要作适当调整才能与煤种的煤层厚度相匹配。当前有 些电厂为了节能降耗，减少了钢球装载量。使磨煤机筒内的料位比以前相对高度下 降了 200 毫米左右，为了达到精准的检测目地更需要对装置的压力设定值进行调整。 可调整性：要求 pid 压力设定值能简单、方便的在 1.02.0kpa 之间由用户自由设 定。 (2). 压力设定值静态稳定性静态稳定性：静态是将上下探针都在同一压强下。稳定性是指 孔板 pi602 上下两端的衡差压值与设定压力值之比偏移量要小。静态稳定性静态稳定性标准值： 孔板两端压差值，偏移量要小于设定值的0.5。 (3). 压力设定值静态响应速度静态响应速度：磨煤机在运行中当筒内压力快速和强烈变化时 要想准确检测料位，pid 压力控制子系统对筒内压力变化要达到快速和同步响应。 静态响应速度静态响应速度指标：检测装置在正常运行时，停电 3 分钟后再送电。观察孔板两端 压差值进入到标准值，振荡次数6 次；时间40 秒。 三项考核指标，是 pid 压力控制子系统满足动态运行的基本功能。可悲的是现 19 在运行中的装置中，很多连最基本的需求压力设定值可调整性都满足不了 3).3). pid 压力控制子系统响应速度慢对检测值影响的分折 料位差压检测的下探针是埋在煤粉中。当 pid 压力控制子系统响应速度慢时， 在磨煤机筒体内压力高速、大幅度的变化时，筒体内压力瞬间会高于 pid 压力控制 子系统输出压力值，这时煤粉会从探针端口倒灌进入到探针和管路中。煤粉中含有 的水、硫等微量物质会在探针端口和连接管路表面形成非常薄的膜，这种薄膜在清 扫时也很难彻底清除干净。经常性的反复的倒灌会产生逐层嵌套效应，使探针端口 及连接管路的内径变的越来越小。这种逐层嵌套变化过程对检测值的影响可分为三 个阶段： (1). 探针口直径逐渐变小使检测值与实际值之间差异很大，此时检测值只能反 映料位变化趋势。当采用该检测值与给煤机连锁运行，控制的筒体内料位高度值已 经偏离原设定的料位高度值。 (2). 由于探针口逐层嵌套作用，使正常时的探针口直径 10mm，缩小到接近 3.5mm 大小时，在磨煤机筒内的实际料位高度为最低。下探针周围没有任何煤粉 时，输出料位压差信号值仍然是 700pa 左右，此时压差检测输出值完全失去真实性， 使给煤机与压差信号连锁自动控制料位无法正常运行。 (3). 当探针口被逐层嵌套完全堵塞后，此时压差检测输出值与磨煤机筒体内料 位无任何关联，压差检测输出值无任何意义。 上述三个阶段的现象在低端料位差压检测系统运行中是普遍存在的，并被处以 忽略状。当给煤机供煤量由这样煤压差测值连锁控制下或者由人工凭着经验手动控 制。磨煤机筒体料位得不到合理控制，悬浮煤粉处于失控状，若大的筒体煤粉仓如 同虚设，造成整个系统运行不理想。 要想避免和减少探针端口被逐层嵌套堵塞的现象产生，pid 压力控制子系统响 应速度要快，要达到与筒内压力变化同步响应。加快响应速度决定性的器件就是， 调节仪和调节阀的品质。因此可以得出，低端的料位压差检测装置中所配置的廉价 和低性能的调节仪与调节阀是造成双进双进钢球磨煤机制粉与直吹系统运行不理想 的祸根。 4 4进口原装产品的调节仪和调节进口原装产品的调节仪和调节阀与低端产品配置的比较阀与低端产品配置的比较 上述三项指标的缺失和三个阶段的困扰，使每个接触过低端料位压差检测装置 20 人员都深受其害。但是要想改变环境状况，面对廉价和低性能的器件，管理人员和 维修人员也无计可施。为了提高鉴别力和增强揭示问题实质性的话语权，下面仅将 法国进口阿尔斯通生产的料位差压检测装置中选用的调节仪和调节阀与国内低端产 品中的配置器件的基本功能和价格进行比较。 1)1)pid 压力控制子系统中最主要执行器件调节阀调节阀 下图左边照片：是法国阿尔斯通原装设备的调节阀。为了达到快速、准确的跟 踪磨煤机筒内压力变化，仅调节阀的电子定位器（定位器主体后面）体积比廉价调 节阀整体还要大。调节阀价值几万元，低端产品配置的调节阀仅为几千元。中间照 片：黄圈中元件即是低端产品配置的调节阀。外观体积相比小了数倍，价格相比仅 为十分之一。右照片：是另一个低端产品配置的廉价调节阀。 这些廉价调节阀在运行中的死区死区和时滞时间时滞时间都很大，增益增益小使 pid 压力控制子 系统响应速度很慢。因而，造成运行中探针和管路很容易堵塞。近来更有甚者为了 以廉价手段争夺市场竞将调节阀取消掉。 2).2). pid 控制子系统中最主要控制器件单回路调节器单回路调节器 为了使储气缓冲罐压力与筒体内迅速变化的压力同步响应，输出动态跟踪式检动态跟踪式检 测气流测气流。在进口原装产品 pid 控制系统中采用性能较高的单回路调节仪（下左图） ， 其控制精度0.1、控制周期 50 毫秒。压力设定压力值可以在面板上进行方便设定 和调整设定并设有数字动态显示压力设定值和当前压力输出值。每块调节仪价值近 万元。低端产品取消了单回路调节仪，用 plc 兼控（下中图） 。还有更为节省的， 用自制单板机代替单回路调节仪（下右图） 。从而使面板上的状态数字显示和设定值 的调整更改功能都消失。 21 虽然这两种方式也可实现 pid 控制功能，但是与单回路调节仪比在响应速度、 精准度上差异相当大。众所周知料位差压的常用控制值为 400800pa，可是低端产 品孔板两端的压差值标称误差为 200pa。将两个值进行比较计算，供检测气流的关键 参数的标称误差量竟然占输出信号值比例的 1/21/4。这样的产品是根本无法实现 对磨煤机筒体内的料位压差准确检测和精细的控制。而且，压力设定值只有进入软 件程序中才可调整和设定，一般操作人员很难完成。 仅上述两项关键器件的廉价化就可以为制造商降低采购成本三至四万元，但是 给产品带来的是自身缺陷的扩大化。 通过上面仅对 pid 控制子系统的论述、关键部件性能的剖析，使我们看到一些 制造厂商在对新技术理解能力低下的基础上，又被双重层(制造厂和主机厂)经济利益 所驱动，降低了关键器件的配置档次，删除了很多辅助环节和保护功能，制造出(采 购)一批廉价低能的设备。从而在硬件配置上就造成双进双出钢球磨煤机直吹式系统 不能理想运行。使得，一谈起料位差压检测装置：新建电厂非常担心、运行控制中 不舒心、设备维修过程中难心，已经成为双进双出钢球磨煤机运行控制中的瓶颈。 总之，在第一部分以运行不理想状态为研究课题。从不同角度用三章进行了观 点论述，提出了双进双出钢球磨煤机直吹式系统筒体悬浮煤粉仓的“突出特点” ；提 高最佳燃烧煤粉比例的“首要任务” ；磨煤机筒体料位的精准检测与合理控制是制粉 中的“关键环节”的三个观点。并以三个实例浅析和对料位差压检测装置技术分析 产品论证，阐明了造成双进双出磨煤机直吹式系统运行不理想状态的各种因素。归 纳起来，为两个方面： 观念和认识滞后，还是停留在仓储供粉的时代。对新的工艺和新装置重视不够， 研究不深入，造成对设备不了解，使用规律不掌握。 客观上供应链之间利益关系没有理顺，造成恶性循环。使料位差压检测装置处 在：采购价格低廉化；制造功能简易化；应用性能初级化、检测数值趋势化。 22 二二、研制适合国情创新功能的产品、研制适合国情创新功能的产品 将引进拓展为中国创造将引进拓展为中国创造 目前料位差压装置由主机厂配套采购，供应到用户。其状态是：有的主机厂对 产品性能了解不深，功能不重视、完全以价格论取舍；电厂用户方对产品选择话语 权不强、产品验收无标准、学习掌握无资料。在这种无序状态下，制造厂向两个相 反的趋势发展：趋势一：由于对引进消化新技术理解和理论水平差，又受到主机厂 以廉价为采购标准的控制下，以改变昂贵器件品质和简化功能来降成本，以有型无 神的产品赢得巿场。趋势二：充分消化引进国外产品的技术精髓，以符合国情、从 用户需求出发，以创新发展达到“国际领先水平”为目的，制造出用户信得过系统 工程。 第一种趋势的产品前面已进行简单论述，各企业在应用中也深有体会。下面从 四个创新功能介绍“国际领先水平”产品的特点与功能。 （一）探针端口状态实时显示和清扫时间模糊控制（一）探针端口状态实时显示和清扫时间模糊控制 料位差压检测装置一诞生就以精准度高、响应速度快、抗干扰能