專利名稱：：中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)的自動(dòng)控制方法，特別是一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模、非線性優(yōu)化及智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電站中儲(chǔ)式鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制的方法，屬于熱能動(dòng)力工程和自動(dòng)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：鍋爐制粉系統(tǒng)是火電廠的用電大戶，其用電量高達(dá)廠用電的25%左右，要減少制粉系統(tǒng)的用電量，必須要降低制粉系統(tǒng)的制粉單耗。事實(shí)上，當(dāng)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)不同時(shí)(即制粉系統(tǒng)處于不同的工況時(shí))，制粉單耗及煤粉細(xì)度等均會(huì)有較大的變化，因此，要降低制粉單耗，必須盡量維持制粉系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況。制粉系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況，可以通過試驗(yàn)分析后獲得，但這個(gè)工況往往只是一個(gè)定性的描述，很難通過自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這樣的工況。即使通過研究獲得了制粉系統(tǒng)的最佳工況，由于磨煤機(jī)是一個(gè)具有非線性、大滯后和不確定性擾動(dòng)的多變量對象，維持運(yùn)行在這個(gè)工況，也具有較大的難度。因此，獲得并維持制粉系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況，才能真正實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)節(jié)能、降耗，必須同時(shí)解決的兩個(gè)問題。目前國內(nèi)火電廠幾乎都把這兩個(gè)問題獨(dú)立起來，即使有的電廠實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，但也不是以維持制粉系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況為目的，實(shí)際的制粉單耗也難以降下來。在已公開專利為"火電廠鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)自動(dòng)控制方法"(專利號(hào)200610042712.5)中公開了一種采用上層自尋優(yōu)算法和下層多維模糊控制器相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，通過對給煤量,熱風(fēng)門開度和在循環(huán)風(fēng)門開度的調(diào)節(jié)使得制粉系統(tǒng)在最佳方式下運(yùn)行。但是已公開專利存在以下的問題首先，已公開專利是下式的目標(biāo)函數(shù)來獲得制粉系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)尸—V咖+^V+^V①式中，^皿,/v,;v分別是制粉系統(tǒng)的磨煤出力，干燥出力和通風(fēng)出力。但這些參數(shù)在目前實(shí)際的制粉系統(tǒng)中是不存在的，也無法直接測量的，該專利中沒有提出相關(guān)的測量方法，也沒有提出相關(guān)的計(jì)算古法，因此，該專利中的目標(biāo)函數(shù)實(shí)際上是無法計(jì)算的。其次，已公開專利中稱用自尋優(yōu)方法來確定最佳的磨煤機(jī)存煤量、最佳的磨出口溫度和最佳的磨入口負(fù)壓，但該專利中并沒有給出完整的自尋化方法，在沒有具體自尋優(yōu)方法又無法計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的情況下，根本不可能獲得最優(yōu)的制粉系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。再次,制粉系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)是降低制粉單耗，該專利中沒有闡述所定義目標(biāo)函數(shù)與制粉單耗之間的關(guān)系，因此，無法判斷最終的優(yōu)化結(jié)果是否能保證制粉單耗最低。同時(shí)已有專利在制粉系統(tǒng)控制方面存在以下問題①在控制過程中需要測量磨煤機(jī)內(nèi)的存煤量，目前主要的測量方法為用噪聲信號(hào)反映磨內(nèi)存煤量、或用稱重法測量存煤量、或用磨煤機(jī)軸承振動(dòng)法測量存煤量。該專利中采用了根據(jù)噪聲信號(hào)反映磨內(nèi)存煤量的方法。噪聲法又稱"電耳"法。當(dāng)磨煤機(jī)在不同的料位狀態(tài)下工作時(shí)，其滾筒發(fā)出的噪音也有所區(qū)別，利用頻譜分析技術(shù)，識(shí)別和提取能反映煤位高低的聲信號(hào)特征量來表征料位。運(yùn)行表明，當(dāng)磨煤機(jī)內(nèi)存煤量少時(shí)，鋼球間及鋼球與筒體的撞擊機(jī)會(huì)將增大，發(fā)出的聲音頻率高、聲強(qiáng)大；而當(dāng)存煤量多時(shí)金屬間由于有較軟的煤屑起著緩沖作用，發(fā)出的聲音頻率低、聲強(qiáng)弱。但當(dāng)煤種、水分等發(fā)生變化時(shí)，相同存煤量所對應(yīng)的噪聲電流也不相同，且鋼球裝載量的變化也影響噪聲電流的大小。另外，鄰近磨煤機(jī)啟停所產(chǎn)生的聲音變化對噪聲電流也有影響，因此，盡管利用噪聲法測量料位的方法在工程上也有應(yīng)用的例子，但使用效果不好，因而控制系統(tǒng)的利用率很低。②采用了多維模糊控制方法，但該專利中所敘述的模糊控制方法(如所給出的模糊規(guī)則表、模糊控制査詢表等)只是一般性的描述，并沒有結(jié)合制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況，如，根據(jù)制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況，給出合理的隸屬度函數(shù)、模糊變量定義、具體的模糊查詢表等。也沒有根據(jù)制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況來對斷煤、堵粉及正常情況進(jìn)行分別控制，而且這種模糊控制方法在公開的文章中已有介紹。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題針對現(xiàn)有制粉系統(tǒng)的控制方法中的缺點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)電站中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)的節(jié)能控制，本發(fā)明提出了一種中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法來獲得制粉系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況并且維持系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，從而最終降低制粉單耗。技術(shù)方案本發(fā)明的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，是通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的將非線性建模方法、粒群優(yōu)化算法和智能控制方法相結(jié)合，先由非線性建模和粒群優(yōu)化算法獲得最佳工況的參數(shù)值，后通過智能控制方法，將制粉系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)維持在最佳工況的參數(shù)值上使制粉系統(tǒng)在最佳工況下運(yùn)行；首先建立制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)電流L、排粉機(jī)電流12與磨煤機(jī)入口溫度、入口負(fù)壓、出口溫度、進(jìn)出口差壓及給煤機(jī)轉(zhuǎn)速之間的補(bǔ)償遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，定義指標(biāo)函數(shù)J,通過帶約束條件的非線性優(yōu)化，獲得制粉系統(tǒng)的最佳工況的參數(shù)定值；智能控制方法采用給煤量的智能控制和磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量解耦控制使制粉系統(tǒng)在最佳工況下運(yùn)行。本發(fā)明的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法中定義直接反映制粉系統(tǒng)單耗的指標(biāo)函數(shù)J，《/=fcil，式中/,為磨煤機(jī)的電流；/2為"o排粉機(jī)電流；w。給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速指令。本發(fā)明的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法的智能控制方法包括以下步驟-A.判別給煤機(jī)是否斷煤；即判別尸〈4i且T〉r,是否成立；其中，P是磨煤機(jī)入口負(fù)壓；r是磨煤機(jī)出口溫度；i^,r皿為設(shè)定值；當(dāng)判別為是，則采用斷煤時(shí)的控制方法；如果判別為否，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入步驟B;B.判別磨煤機(jī)出口是否堵粉；即判別AP〈A^,.且r〈7^是否成成立；其中，AP是磨煤機(jī)的進(jìn)、出口的差壓；r是磨煤機(jī)出口溫度；APmi，rmi為設(shè)定值；當(dāng)判別為是，可采用堵粉時(shí)的控制方法；當(dāng)判別為否，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入步驟C;C.制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的控制方法，該方法包括給煤量智能控制及磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量解耦控制；其中，給煤量智能控制通過調(diào)整給煤量維持磨煤機(jī)進(jìn)出口差壓和磨煤機(jī)出口溫度在最佳工況的參數(shù)定值上；多變量解耦控制通過調(diào)整磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門和冷風(fēng)門的開度，維持磨煤機(jī)入口負(fù)壓和入口溫度在最佳工況的參數(shù)定值上。所述斷煤時(shí)的控制方法包括以下步驟-Al.保持給煤機(jī)轉(zhuǎn)速不變；A2.關(guān)小磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門開度且開大入口冷風(fēng)門開度確保磨出口溫度不再升高；A3.待斷煤狀態(tài)消除后，冷、熱風(fēng)門先恢復(fù)到斷煤前的位置，后參與正常調(diào)節(jié)。所述堵粉時(shí)的控制方法包括以下步驟Bl.快速減給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，若磨出口堵粉嚴(yán)重，則可停給煤機(jī)；B2.堵粉消除后，快速增加給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速至接近堵粉前的轉(zhuǎn)速，后正常調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速。所述給煤量智能控制包括以下步驟Cl.判別磨煤機(jī)進(jìn)出口差壓是否在允許范圍內(nèi)；若進(jìn)出口差壓低于允許低限,則自動(dòng)減煤；若進(jìn)出口差壓高于允許高限，則自動(dòng)加煤；否則執(zhí)行步驟C2;C2.判斷磨煤機(jī)出口溫度是否在允許范圍內(nèi)；若出口溫度超出允許高限，則自動(dòng)加煤；若出口溫度低于允許低限，則自動(dòng)減煤；否則執(zhí)行步驟C3;C3.通過微調(diào)給煤量，確保磨出口溫度維持在最優(yōu)定值上。所述磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量解耦控制包括以下步驟Dl.當(dāng)開大熱風(fēng)門時(shí)，通過解耦環(huán)節(jié)及時(shí)開大冷風(fēng)門，使磨煤機(jī)入口的溫度基本保持不變；反之，當(dāng)關(guān)小熱風(fēng)門時(shí)，應(yīng)同時(shí)關(guān)小冷風(fēng)門開度；D2.當(dāng)開大冷風(fēng)門時(shí)，則通過解耦環(huán)節(jié)及時(shí)關(guān)小熱風(fēng)門，以保證磨煤機(jī)入口負(fù)壓基本保持不變；反之，當(dāng)關(guān)小冷風(fēng)門時(shí)，應(yīng)同時(shí)適當(dāng)開大熱風(fēng)門開度。所述磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量解耦控制中設(shè)有相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>其中動(dòng)態(tài)放大系數(shù)a=35;阻尼系數(shù)4=0.71;時(shí)間常數(shù)T=0.30.5T，T為被控過程的慣性時(shí)間。所述智能控制中還包括智能倒風(fēng)控制，根據(jù)鍋爐一次風(fēng)的壓力情況、排粉機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)門及排粉機(jī)進(jìn)口乏氣門的閥位情況及磨煤機(jī)狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)確定制粉系統(tǒng)是否滿足倒風(fēng)條件，若滿足條件，則給出自動(dòng)倒風(fēng)信號(hào)，運(yùn)行人員按下啟動(dòng)倒風(fēng)按鈕后，控制系統(tǒng)能記憶倒風(fēng)啟動(dòng)信號(hào)，并開始進(jìn)行自動(dòng)倒風(fēng)。有益效果與現(xiàn)有制粉系統(tǒng)的控制方法相比，本發(fā)明的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法有以下優(yōu)點(diǎn)(1)將制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化工況的研究與制粉系統(tǒng)的自動(dòng)控制有機(jī)地聯(lián)系起來，從制粉系統(tǒng)整體優(yōu)化的角度去研究、設(shè)計(jì)及實(shí)施制粉控制系統(tǒng)，降低制粉電耗達(dá)2-3度電/每磨1噸粉。(2)整個(gè)制粉系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)能全部長期、穩(wěn)定地投入運(yùn)行，并具有制粉系統(tǒng)斷煤或堵煤時(shí)的自動(dòng)處理功能，有效地減輕了運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度，并使制粉系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)十分平穩(wěn)，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性。圖1是基于運(yùn)行人員操作經(jīng)驗(yàn)的磨煤機(jī)負(fù)荷智能控制方法。圖2是磨煤機(jī)和排粉機(jī)電流的非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)。圖3是中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4是基于多變量控制技術(shù)的磨煤機(jī)入口參數(shù)控制方法。圖5是制粉系統(tǒng)自動(dòng)倒風(fēng)智能控制方法;5(a)是啟動(dòng)制粉系統(tǒng)時(shí)的自動(dòng)倒風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，5(b)是停止制粉系統(tǒng)時(shí)的自動(dòng)倒風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本實(shí)施例的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，采用優(yōu)化制粉系統(tǒng)的運(yùn)行工況和制粉系統(tǒng)的工況優(yōu)化控制來進(jìn)行低能耗的制粉系統(tǒng)運(yùn)行控制。本實(shí)施例提出的智能控制方法如附圖l所示，本發(fā)明主要分為兩個(gè)方面一是在建立制粉系統(tǒng)運(yùn)行工況模型的基礎(chǔ)上，通過非線性優(yōu)化確定最優(yōu)運(yùn)行工況，即為控制系統(tǒng)提供最優(yōu)的參數(shù)設(shè)定值。二是針對中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并將制粉系統(tǒng)中的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)控制到最優(yōu)的參數(shù)設(shè)定值，從而確保制粉系統(tǒng)能在較好的工況下運(yùn)行。在建立制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化工況方面，本發(fā)明首先提出一種結(jié)構(gòu)簡單的補(bǔ)償遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)制粉系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用補(bǔ)償遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對磨電流模型和排電流模型分別進(jìn)行建模計(jì)算。補(bǔ)償遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如附圖2，對該網(wǎng)絡(luò)模型的說明如下第一層輸入層。該層神經(jīng)元的主要作用就是將輸入數(shù)據(jù)傳給第二層神經(jīng)元。'第二層模糊化和遞歸層。該層的每一個(gè)神經(jīng)元包含如下計(jì)算過程，首先將前一時(shí)刻保存的該神經(jīng)元的輸出值乘以一定的比例系數(shù)加到當(dāng)前時(shí)刻的輸入中，然后根據(jù)隸屬度函數(shù)進(jìn)行輸入變量的模糊化。隸屬度函數(shù)采用高斯函數(shù)，該層的輸出為、2ct*J式中，o力伙)是當(dāng)前時(shí)刻連接第/個(gè)輸入和第7'條模糊規(guī)則的模糊神經(jīng)元的輸出；而c^(A:-1)則為該神經(jīng)元在前一時(shí)刻的輸出；q、、》^分別是該神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即中心、寬度值和遞歸環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)。第三層模糊推理層。該層主要根據(jù)模糊規(guī)則庫進(jìn)行模糊推理，每一個(gè)神經(jīng)元代表一條模糊規(guī)則，用來匹配模糊規(guī)則的前件，完成模糊運(yùn)算。模糊規(guī)則的形式如下第j'條規(guī)貝U:IfisF〃，ais......,x"isi^.,Then",is=該層的運(yùn)算結(jié)果為式中，0乃估)是第7條模糊規(guī)則的推理結(jié)果，w為輸入向量的維數(shù)。第四層補(bǔ)償運(yùn)算層。該層對模糊規(guī)則的輸出進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。消極推理的結(jié)果C/p和積極推理的結(jié)果C/。分別為Kf/》"(f/。)10^c^wyw"，"A二…'丄式中，0。伙)為該層的輸出，》為第/'條模糊規(guī)則對應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)。因此模糊規(guī)則演變?yōu)榈跅l規(guī)則[Ifx7isx2is……，xisi^]1—伊，Then為is,_/=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>第五層歸一化層。該層神經(jīng)元將補(bǔ)償之后的輸出結(jié)果進(jìn)行歸一化運(yùn)算，并輸出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>戶i式中，Ow乂A)為該層的輸出。第六層輸出層。計(jì)算歸一化之后所有輸出之和。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>丄為該層的加權(quán)系數(shù)。另外，可將第五層和第六層合并為一層，合并后的計(jì)算表達(dá)式如下所示:順=|>O。W對上面補(bǔ)償遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，主要分為兩步一是結(jié)構(gòu)辨識(shí)，二是參數(shù)逼近。結(jié)構(gòu)辨識(shí)的主要任務(wù)是確定模糊規(guī)則的條數(shù)及其各個(gè)高斯函數(shù)的中心C和寬度O的初始值。在結(jié)構(gòu)辨識(shí)確定了網(wǎng)絡(luò)各參數(shù)的初始值后，接著采用改進(jìn)的BP算法對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行進(jìn)一步的訓(xùn)練，可將最小二乘算法和傳統(tǒng)BP算法有機(jī)結(jié)合起來，從而對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速的學(xué)習(xí)，最終獲得相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型，為非線性優(yōu)化提供模型基礎(chǔ)。某電站9號(hào)鍋爐甲側(cè)制粉系統(tǒng)在某一段時(shí)間內(nèi)記錄的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)如下表1所示。表l甲側(cè)制粉系統(tǒng)的一組運(yùn)行參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>i)磨煤機(jī)電流模型的建模首先，對表1中各個(gè)變量分別進(jìn)行歸一化處理，選取5個(gè)輸入變量作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，磨電流作為網(wǎng)絡(luò)的輸出。通過結(jié)構(gòu)辨識(shí)，得到7條模糊規(guī)則，其相關(guān)參數(shù)——高斯函數(shù)的中心c、寬度。如表2所示。表2磨煤機(jī)電流模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)辨識(shí)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>根據(jù)結(jié)構(gòu)辨識(shí)的結(jié)果，采用改進(jìn)的BP算法對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的逼近。最終磨煤機(jī)電流模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊化層的中心"寬度。值如表3所示。表3磨煤機(jī)電流模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊化層的中心c、寬度ff值<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>ii)排粉機(jī)電流模型的建模選取5個(gè)輸入變量作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，排電流作為網(wǎng)絡(luò)的輸出。通過結(jié)構(gòu)辨識(shí)，得到7條模糊規(guī)則，其相關(guān)參數(shù)——高斯函數(shù)的中心c、寬度。如表4所示。表4排粉機(jī)電流模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)辨識(shí)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>根據(jù)結(jié)構(gòu)辨識(shí)的結(jié)果，采用改進(jìn)的BP算法對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的逼近。最終排粉機(jī)電流模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊化層的中心c、寬度a值如表5所示。表5排粉機(jī)電流模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊化層的中心c、寬度ff值<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>iii)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)的計(jì)算針對上面建立的磨電流和排電流模型，采用非線性粒群優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化求解。定義直接反映了制粉系統(tǒng)的制粉電耗的指標(biāo)函數(shù)式中，/,為磨煤機(jī)的電流；/2為排粉機(jī)電流；給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速指令。采用非線性粒群優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化求解，從確保制粉系統(tǒng)安全運(yùn)行的角度考慮，優(yōu)化過程中制粉系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)還應(yīng)限制在允許的范圍內(nèi)。因此，問題就歸結(jié)為如下帶約束條件的優(yōu)化問題c/0=min約束條件t;,薩《磨入口溫度《7;加y，尸誦《磨入口負(fù)壓《尸_，7;誦《磨出l，max2,min口溫度《t^^，ap皿n《磨進(jìn)出口差壓《a^^。通過優(yōu)化求解，可以獲得使制粉系統(tǒng)制粉單耗較低的一系列運(yùn)行參數(shù)，即可獲得節(jié)能的參數(shù)化運(yùn)行工況。優(yōu)化過程中制粉系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)還應(yīng)限制在允許的范圍內(nèi)。針對現(xiàn)場實(shí)際情況，約束條件選為17(TC《磨入口溫度《22(TC，-950Pa《磨入口負(fù)壓《-250Pa，68。C《磨出口溫度《74。C，-2500Pa《磨進(jìn)出口差壓《-1400Pa，60%《給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速指令《80%。采用粒群優(yōu)化后所獲得的制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)如表6所示。表6制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>最小的指標(biāo)《/。=1.638上述優(yōu)化后的參數(shù)可作為智能控制系統(tǒng)的設(shè)定值，只要將實(shí)際的運(yùn)行參數(shù)維持在此定值上，就能保證較低的制粉單耗。建模和優(yōu)化計(jì)算的過程在電廠的MIS或SIS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，后將計(jì)算獲得的制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)傳回到分散控制系統(tǒng)DCS中。確定了最佳工況的參數(shù)值后，采用先進(jìn)的智能控制方法確保制粉系統(tǒng)運(yùn)行在節(jié)能的運(yùn)行工況上。所包括的控制方法包括在給煤機(jī)斷煤或磨煤機(jī)出口堵粉非正常工況下的自動(dòng)控制及制粉系統(tǒng)在正常工況下的自動(dòng)控制二大部分。對于正常工況下的自動(dòng)控制又分為磨煤機(jī)入口負(fù)壓和入口溫度的多變量解耦控制及基于運(yùn)行人員操作經(jīng)驗(yàn)的給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制。智能控制方法完全在電廠的分散控制系統(tǒng)DCS中實(shí)現(xiàn)，鍋爐中儲(chǔ)式鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。①給煤機(jī)斷煤工況的判別，判別方法為條件戶<尸加且『>乙是否成立？式中，尸是磨煤機(jī)入口負(fù)壓；r是磨煤機(jī)出口溫度；^i，4a根據(jù)制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況確定，對大多數(shù)制粉系統(tǒng)，可取^=—8M戸，L-78。C。若上面條件成立，則可判斷出給煤機(jī)出現(xiàn)斷煤，可采用如下斷煤時(shí)的控制方法i)保持給煤機(jī)轉(zhuǎn)速不變；ii)關(guān)小磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門開度且開大入口冷風(fēng)門開度，確保磨出口溫度不再升高；iii)待斷煤狀態(tài)消除后，冷、熱風(fēng)門先恢復(fù)到斷煤前的位置，后參與正常調(diào)節(jié)；若上面條件不成立，則可判斷出給煤機(jī)沒有斷煤，自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一步；②判別磨煤機(jī)出口是否堵粉，方法為條件AP〈A^,且r〈;，是否成立？式中，AP是磨煤機(jī)的進(jìn)、出口的差壓(差壓為負(fù)值)；r是磨煤機(jī)出口溫度；^^^'，^'根據(jù)制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況確定，對大多數(shù)制粉系統(tǒng)，可取APm,=-3500戸，rmi=68°C;若上面條件成立，則可判斷出磨煤機(jī)出口存在堵粉，可采用如下堵粉時(shí)的控制方法-i)快速減給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，若磨出口堵粉嚴(yán)重，則可停給煤機(jī)；ii)堵粉消除后，快速增加給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速至接近堵粉前的轉(zhuǎn)速，后給煤機(jī)轉(zhuǎn)速正常調(diào)節(jié)；若上面條件不成立，則可判斷出磨煤機(jī)出口沒有堵粉，自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一步；③制粉系統(tǒng)處于正常運(yùn)行工況，采用制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的控制方法，將運(yùn)行參數(shù)維持在通過優(yōu)化所獲得的最佳工況的參數(shù)值上，具體包括正常工況下基于運(yùn)行人員操作經(jīng)驗(yàn)的給煤量智能控制及磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量控制；采用正常工況下基于運(yùn)行人員操作經(jīng)驗(yàn)的給煤量智能控制，方法如下i)判斷磨煤機(jī)進(jìn)出口差壓是否在允許范圍內(nèi)，若進(jìn)出口差壓低于允許低限(一般低限在一3100至一3300pa左右)，則自動(dòng)減煤；若進(jìn)出口差壓高于允許高限(一般高限在一2100至一2300pa左右)，則自動(dòng)加煤，否則執(zhí)行第ii)步；ii)判斷磨煤機(jī)出口溫度是否在允許范圍內(nèi)，若出口溫度超出允許高限(一般高限在74'C左右)，則自動(dòng)加煤；若出口溫度低于允許低限(一般低限在68。C左右)，則自動(dòng)減煤，否則執(zhí)行第iii)步；iii)磨煤機(jī)出口溫度在允許范圍內(nèi)，通過微調(diào)給煤量，確保磨出口溫度維持在最優(yōu)定值上，具體為若磨煤機(jī)出口溫度與最優(yōu)定值之間的偏差在規(guī)定的死區(qū)范圍內(nèi)(一般死區(qū)為0.5'C)，保持給煤量不變；若偏差超出死區(qū)且出口溫度大于定值，則適當(dāng)加煤；若偏差超出死區(qū)且出口溫度小于定值，則適當(dāng)減煤；⑤采用多變量解耦控制技術(shù)，維持制粉系統(tǒng)的干燥出力，即通過調(diào)整磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門和冷風(fēng)門的開度，維持磨煤機(jī)入口負(fù)壓和入口溫度在最優(yōu)定值上，控制方法參見附圖4。多變量解耦控制的設(shè)計(jì)原則是i)當(dāng)開大熱風(fēng)門時(shí)，通過解耦環(huán)節(jié)及時(shí)開大冷風(fēng)門，使磨煤機(jī)入口的溫度基本保持不變；反之，當(dāng)關(guān)小熱風(fēng)門時(shí)，應(yīng)同時(shí)關(guān)小冷風(fēng)門開度；ii)當(dāng)開大冷風(fēng)門時(shí)，則通過解耦環(huán)節(jié)及時(shí)關(guān)小熱風(fēng)門，以保證磨煤機(jī)入口負(fù)壓基本保持不變；反之，當(dāng)關(guān)小冷風(fēng)門時(shí)，應(yīng)同時(shí)適當(dāng)開大熱風(fēng)門開度。為改善磨煤機(jī)入口溫度的控制品質(zhì)，系統(tǒng)中加入了相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中a為動(dòng)態(tài)放大系數(shù)；；為阻尼系數(shù)；T為時(shí)間常數(shù)；a=4;4=0.9;=0.4T;設(shè)計(jì)了冷風(fēng)門的強(qiáng)開保護(hù)回路，當(dāng)磨出口溫度超過某一限值時(shí)，強(qiáng)開磨冷風(fēng)門，磨出口溫度回落后，冷風(fēng)門恢復(fù)正常調(diào)節(jié)。通過上面的智能控制方法，可將制粉系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)控制在通過優(yōu)化所獲得的最優(yōu)定值上，在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)在啟動(dòng)或停止過程中的智能倒風(fēng)控制。對乏氣送粉的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)，在制粉系統(tǒng)的啟、停過程中又必須要進(jìn)行乏氣和熱風(fēng)的切換，熱風(fēng)和乏氣的切換過程就稱為倒風(fēng)過程。由于在閥門的開關(guān)過程中其流量特性是不相同的，因此，倒風(fēng)過程中一定會(huì)引起鍋爐一次風(fēng)壓的波動(dòng)，從而會(huì)影響鍋爐的穩(wěn)定燃燒。特別是手動(dòng)倒風(fēng)，若操作人員操作不當(dāng)，必定會(huì)造成鍋爐一次風(fēng)壓的大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起鍋爐的熄火，而采用智能化的自動(dòng)倒風(fēng)控制系統(tǒng)，不僅可有效減輕運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度，而且由于控制系統(tǒng)具有嚴(yán)格的一次風(fēng)壓力自動(dòng)閉鎖功能及智能化的風(fēng)壓調(diào)節(jié)功能，確保在制粉系統(tǒng)的倒風(fēng)過程中，其鍋爐的一次風(fēng)壓嚴(yán)格控制在很小的范圍內(nèi)，從而可完全避免由于倒風(fēng)而引起的如鍋爐熄火等事故的發(fā)生。智能倒風(fēng)控制系統(tǒng)可分為啟動(dòng)制粉系統(tǒng)時(shí)的倒風(fēng)控制系統(tǒng)(如附圖5(a))和停止制粉系統(tǒng)時(shí)的倒風(fēng)控制系統(tǒng)(如附圖5(b))，以啟動(dòng)制粉系統(tǒng)時(shí)的倒風(fēng)過程對控制系統(tǒng)進(jìn)行說明如下首先控制系統(tǒng)可以根據(jù)鍋爐一次風(fēng)的壓力情況、排粉機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)門及排粉機(jī)進(jìn)口乏氣門的閥位情況及磨煤機(jī)狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)確定制粉系統(tǒng)是否滿足倒風(fēng)條件，若滿足條件，則提示運(yùn)行人員可以開始進(jìn)行自動(dòng)倒風(fēng)，運(yùn)行人員按下啟動(dòng)倒風(fēng)按鈕后，控制系統(tǒng)能記憶倒風(fēng)啟動(dòng)信號(hào)，并開始進(jìn)行自動(dòng)倒風(fēng)。首先，控制系統(tǒng)使排粉機(jī)的熱風(fēng)進(jìn)口門斷續(xù)關(guān)小，以便逐步減少熱風(fēng)的流量。同時(shí)，排粉機(jī)進(jìn)口乏氣門將根據(jù)鍋爐一次風(fēng)的壓力情況，通過智能閉環(huán)控制系統(tǒng)不斷調(diào)整，以便保持鍋爐的一次風(fēng)壓基本不變。隨著排粉機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)門不斷關(guān)小，一次風(fēng)壓會(huì)適當(dāng)減小，而智能閉環(huán)控制系統(tǒng)會(huì)迅速開大排粉機(jī)進(jìn)口乏氣門，立即恢復(fù)一次風(fēng)的壓力到設(shè)定值。本發(fā)明專利的智能倒風(fēng)控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)①閥門開啟側(cè)采用智能閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)整所要開啟的闊門，這種控制方式，實(shí)質(zhì)上可根據(jù)鍋爐一次風(fēng)的壓力情況，改變開啟閥門的速度，以便更好地維持鍋爐的一次風(fēng)壓力，穩(wěn)定鍋爐的燃燒工況；②在倒風(fēng)開始時(shí)，動(dòng)態(tài)地提高一次風(fēng)壓力的定值，這樣可使閥門的開啟過程先于閥門的關(guān)閉過程，有效防止一次風(fēng)壓力的下跌。隨著倒風(fēng)過程的不斷進(jìn)行，一次風(fēng)壓力定值動(dòng)態(tài)地回復(fù)到定值；③控制系統(tǒng)具有十分嚴(yán)格的一次風(fēng)壓力保護(hù)邏輯，當(dāng)鍋爐一次風(fēng)壓力超過某一設(shè)定值時(shí)，閉鎖閥門的開啟過程；當(dāng)鍋爐的一次風(fēng)壓力低于某一設(shè)定值時(shí)，則閉鎖閥門的關(guān)閉過程。由于閉鎖保護(hù)邏輯十分嚴(yán)格，有效地避免了一次風(fēng)壓力在倒風(fēng)過程中的大幅波動(dòng)，從而杜絕了由于倒風(fēng)而引起的鍋爐熄火等嚴(yán)重事故的發(fā)生。權(quán)利要求1.一種中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于該方法將非線性建模方法、粒群優(yōu)化算法和智能控制方法相結(jié)合，先由非線性建模和粒群優(yōu)化算法獲得最佳工況的參數(shù)值，后通過智能控制方法，將制粉系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)維持在最佳工況的參數(shù)值上使制粉系統(tǒng)在最佳工況下運(yùn)行；首先建立制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)電流I1、排粉機(jī)電流I2與磨煤機(jī)入口溫度、入口負(fù)壓、出口溫度、進(jìn)出口差壓及給煤機(jī)轉(zhuǎn)速之間的補(bǔ)償遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，定義指標(biāo)函數(shù)J，通過帶約束條件的非線性優(yōu)化，獲得制粉系統(tǒng)的最佳工況的參數(shù)值；智能控制方法采用給煤量的智能控制和磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量解耦控制使制粉系統(tǒng)在最佳工況下運(yùn)行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于所述指標(biāo)函數(shù)J直接反映制粉系統(tǒng)單耗，J=(I1＋I(xiàn)2)/n0,式中I1為磨煤機(jī)的電流；I2為排粉機(jī)電流；n0給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速指令。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于所述智能控制方法包括以下步驟-A.判別給煤機(jī)是否斷煤，即判別P〈Pmi且T>Tmin是否成立；其中，P是磨煤機(jī)入口負(fù)壓；r是磨煤機(jī)出口溫度；Pmin和Tmin為設(shè)定值；當(dāng)判別為是，則采用斷煤時(shí)的控制方法；如果判別為否，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入步驟B;B.判別磨煤機(jī)出口是否堵粉，即判別<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>是否成成立；其中，A是磨煤機(jī)的進(jìn)、出口的差壓；r是磨煤機(jī)出口溫度；A/>m,，rmi為設(shè)定值；當(dāng)判別為是，可采用堵粉時(shí)的控制方法；當(dāng)判別為否，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入步驟C;C.制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的控制，該方法包括給煤量智能控制及磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量解耦控制；其中，給煤量智能控制通過調(diào)整給煤量維持磨煤機(jī)進(jìn)出口差壓和磨煤機(jī)出口溫度在最佳工況的參數(shù)定值上；多變量解耦控制通過調(diào)整磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門和冷風(fēng)門的開度，維持磨煤機(jī)入口負(fù)壓和入口溫度在最佳工況的參數(shù)定值上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于所述斷煤時(shí)的控制方法包括以下步驟Al.保持給煤機(jī)轉(zhuǎn)速不變；A2.關(guān)小磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門開度且開大入口冷風(fēng)門開度確保磨出口溫度不再升高；A3.待斷煤狀態(tài)消除后，冷、熱風(fēng)門先恢復(fù)到斷煤前的位置，后參與正常調(diào)節(jié)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于所述堵粉時(shí)的控制方法包括以下步驟Bl.快速減給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，若磨出口堵粉嚴(yán)重，則可停給煤機(jī)；B2.堵粉消除后，快速增加給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速至接近堵粉前的轉(zhuǎn)速，后正常調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于所述給煤量智能控制包括以下步驟Cl.判別磨煤機(jī)進(jìn)出口差壓是否在允許范圍內(nèi)；若進(jìn)出口差壓低于允許低限，則自動(dòng)減煤；若進(jìn)出口差壓高于允許高限，則自動(dòng)加煤；否則執(zhí)行步驟C2;C2.判斷磨煤機(jī)出口溫度是否在允許范圍內(nèi)；若出口溫度超出允許高限，則自動(dòng)加煤；若出口溫度低于允許低限，則自動(dòng)減煤；否則執(zhí)行步驟C3;C3.通過微調(diào)給煤量，確保磨出口溫度維持在最優(yōu)定值上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于所述磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量解耦控制包括以下步驟Dl.當(dāng)開大熱風(fēng)門時(shí)，通過解耦環(huán)節(jié)及時(shí)開大冷風(fēng)門，使磨煤機(jī)入口的溫度基本保持不變；反之，當(dāng)關(guān)小熱風(fēng)門時(shí)，應(yīng)同時(shí)關(guān)小冷風(fēng)門開度；D2.當(dāng)開大冷風(fēng)門時(shí)，則通過解耦環(huán)節(jié)及時(shí)關(guān)小熱風(fēng)門，以保證磨煤機(jī)入口負(fù)壓基本保持不變；反之，當(dāng)關(guān)小冷風(fēng)門時(shí)，應(yīng)同時(shí)適當(dāng)開大熱風(fēng)門開度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于所述磨煤機(jī)入口參數(shù)的多變量解耦控制中設(shè)有相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為r,、flW+2a力+1『0)=~22，g~7~rY+2《s+1其中動(dòng)態(tài)放大系數(shù)a=35;阻尼系數(shù)；=0.71;時(shí)間常數(shù)t=0.30.5T，T為被控過程的慣性時(shí)間。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，其特征在于所述智能控制中還包括智能倒風(fēng)控制，根據(jù)鍋爐一次風(fēng)的壓力情況、排粉機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)門及排粉機(jī)進(jìn)口乏氣門的閥位情況及磨煤機(jī)狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)確定制粉系統(tǒng)是否滿足倒風(fēng)條件，若滿足條件，則給出^動(dòng)倒風(fēng)信號(hào)，運(yùn)行人員按下啟動(dòng)倒風(fēng)按鈕后，控制系統(tǒng)能記憶倒風(fēng)啟動(dòng)信號(hào)，并開始進(jìn)行自動(dòng)倒風(fēng)。全文摘要中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能控制方法，首先通過采集制粉系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立制粉系統(tǒng)制粉單耗與各運(yùn)行參數(shù)之間的非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，然后通過帶約束條件的非線性優(yōu)化，獲得使制粉單耗較低的磨煤機(jī)入口負(fù)壓、入口溫度及磨煤機(jī)出口溫度，以此作為控制系統(tǒng)的設(shè)定值；通過基于操作經(jīng)驗(yàn)的給煤機(jī)轉(zhuǎn)速智能控制、磨入口參數(shù)多變量解耦控制及智能倒風(fēng)控制技術(shù)對整個(gè)制粉系統(tǒng)實(shí)施全局優(yōu)化控制，確保制粉系統(tǒng)嚴(yán)格工作在最佳工況的附近，有效降低制粉單耗。本發(fā)明能有效抑制一次風(fēng)壓力在制粉系統(tǒng)啟、停過程中的波動(dòng)，杜絕由于倒風(fēng)而引起的鍋爐熄火等嚴(yán)重事故的發(fā)生，并有效減輕運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度。文檔編號(hào)B02C17/00GK101269350SQ20081002533公開日2008年9月24日申請日期2008年4月25日優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日發(fā)明者呂劍虹,科吳,亮趙申請人:東南大學(xué)