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基于振动频谱分析的球磨机存煤量测控与优化

朱明  
【摘要】:随着我国市场经济的不断发展和完善,各类企业都十分重视产品的高质量、低成本,以求提高自身的市场竞争力和经济效益,电力行业中的燃煤发电厂也不例外。目前电厂的制粉系统普遍处于低效益运行状态,其原因在于制粉系统的球磨机筒内存煤量缺少有效检测手段,不能自动稳定地在线实时监测与优化,并且筒内钢球工况的监测技术至今一直是空白,因此对钢球的加载量、球径配比、添加时机缺少明确有效的指导。这些问题使得制粉系统的优化运行缺少可靠的依据,造成自动投运率低、制粉电耗高、磨煤效率低、钢球消耗大、经济效益差。 制粉系统是燃煤发电厂重要的子系统,在节能优化方面具有很大的潜力,针对上述存在问题,本文完成了以下工作: 1、根据球磨机的工作原理和筒内物料的运动过程,分析了筒内存煤量物理模型;探讨振动监测存煤量机理,提出了用快速傅立叶变换(FFT)的数字信号处理方法对振动信号进行频谱分析。为存煤量监测试验的展开奠定了坚实基础。 2、利用球磨机存煤量监测系统,在某电厂2号机组甲磨进行了历时半年的跟踪工程试验,对试验的大量振动数据进行离线处理和数据分析,从实践上证明了使用球磨机轴承振动信号反映球磨机筒内存煤量变化准确实时,与试验过程相吻合;分析了球磨机加煤和减煤阶跃的响应过程,对非正常故障工况做出了判断。 3、阐述了利用振动信号频谱分析诊断球磨机筒内钢球工况的原理,提取了能够用于进行钢球工况诊断的相关频谱信息:中心频率和分频段振动功率百分比。对不同试验日期的筒内钢球的磨损、钢球直径配比变化做出的诊断完全符合实际运行情况。实践证明了振动频谱分析能够准确诊断筒内钢球配比、磨损工况,并据此建立了钢球添加的优化策略,针对实际运行给出了添加操作的合理建议。 4、综合制粉系统运行的DCS数据,利用多数据融合完成对球磨机存煤量的工程监测,实现了振动信号到存煤量的转换显示。为球磨机负荷控制新增的存煤量调控参数。根据新增的存煤量测点,在球磨机的运行控制中引入了振动功率作控制变量,将球磨机相互耦合的系统简化为两个控制系统:单独闭合的球磨机负荷控制回路,入口负压和出口温度形成双输入双输出的耦合控制系统。提出了球磨机负荷、入口负压和出口温度的控制框架。 5、分析了中储式球磨机制粉系统的存煤量优化、钢球优化以及通风量优化要求。针对直吹式制粉系统与中储式制粉系统的区别,根据直吹式制粉系统一次风量作为首控参数的特殊性,得出了双进双出球磨机筒内存煤量优化的要求。在解决了存煤量监测的基础上,建立了存煤量优化决策规则。并结合球磨机存煤量监测系统,设计了神经网络和优化规则并重的制粉系统优化方案。 本论文通过大量的现场试验和分析研究,引入现代数字信号处理技术,对球磨机轴承振动信号进行频谱分析,实现存煤量监测与筒内钢球装载与球径分布的诊断,填补技术空白,初步解决了球磨机测控优化中的关键问题,在此基础上,给出了优化决策和控制方案。以上成果对电厂节能降耗、节省人力资源、提高制粉系统自动投运、减少故障、降低生产成本、提高经济效益、增强企业竞争能力等方面都有重要的现实意义。


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