球磨機主要是用來對各種礦石物料進(jìn)行研磨、磨碎，其制粉系統(tǒng)直接影響著球磨機的研磨成果，對制粉系統(tǒng)的研究分析能有效控制其研磨后成品的規(guī)格質(zhì)量。今天豫暉專家就對球磨機制粉系統(tǒng)的特性分析、影響制粉系統(tǒng)運行的因素、控制算法設(shè)計及應(yīng)用實例與效果分析的問題展開系統(tǒng)地講解。
       1、球磨機制粉系統(tǒng)特性分析
       球磨機中貯式制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1i所示以給煤為例。

         通常采用1爐2臺球磨機配置，根據(jù)鍋爐負(fù)荷需要和球磨機制粉能力，運行其中的1臺或2臺球磨機。球磨機出力主要由研磨出力、干燥出力、通風(fēng)出力3個因素決定，制粉系統(tǒng)出力取決于3個出力中的較小值，因此本文對制粉系統(tǒng)的動態(tài)特性進(jìn)行分析，針對球磨機的負(fù)荷、出口溫度、入口負(fù)壓3個回路展開。
         研磨出力指球磨機在單位時間內(nèi)磨制磨粉的能力，其出力的大小與球磨機的存煤量、鋼球量、鋼球級配、襯板磨損等有關(guān)。在鋼球、襯板等條件一定時，存在一個較佳負(fù)荷，此時研磨出力較大，電耗較低，對應(yīng)的研磨單耗較低。球磨機存煤量的改變對系統(tǒng)風(fēng)溫和風(fēng)壓有一定影響，隨著球磨機負(fù)荷的增加，其出口溫度會降低，出入口壓差增大。在正常工況下運行調(diào)整時，由于該影響較小，可以作為其它2個回路的擾動處理。干燥出力指制粉系統(tǒng)將濕磨粉烘干加熱到規(guī)定溫度的能力。煤只有被完全干燥后才便于研磨和輸送。在增大熱風(fēng)門開度增加球磨機干燥出力時，球磨機通風(fēng)出力也隨之增強。通風(fēng)出力指制粉系統(tǒng)的攜粉能力，通風(fēng)量越大，系統(tǒng)所能輸送的磨粉量也就越大，但風(fēng)量過大會導(dǎo)致攜帶磨粉過粗。通風(fēng)出力通過調(diào)整再循環(huán)風(fēng)門開度(熱風(fēng)送粉系統(tǒng))進(jìn)行控制。由于干燥出力和通風(fēng)出力2個回路是通過熱風(fēng)門和再循環(huán)風(fēng)門調(diào)整、相互間有較強的耦合作用，在控制算法中必須進(jìn)行解耦才能取得較好的控制效果。
        綜上所述，對制粉系統(tǒng)實施自動控制需考慮以下問題。
        (1)大慣性、大滯后，表現(xiàn)為球磨機負(fù)荷設(shè)定值變化后，球磨機存煤量并不是立即改變，而是緩慢變化。
        (2)強耦合，表現(xiàn)為調(diào)整干燥出力和通風(fēng)出力時，在增大熱風(fēng)門開度提高球磨機出口溫度的同時也會使通風(fēng)量增加；在增大再循環(huán)風(fēng)門開度增加通風(fēng)量的同時會導(dǎo)致球磨機出口溫度降低，干燥出力減小。
        (3)模型時變，制粉系統(tǒng)在運行過程中存在很多可變因素，有些因素會導(dǎo)致系統(tǒng)整體的變化，進(jìn)而改變系統(tǒng)運行工況。如鋼球、襯板的磨損，執(zhí)行機構(gòu)的老化，風(fēng)門線性度變差，通風(fēng)管道漏風(fēng)，球磨機軸承漏粉等。隨系統(tǒng)工況改變，原較優(yōu)工況發(fā)生變化，需及時調(diào)整控制器參數(shù)。
        2、影響制粉系統(tǒng)經(jīng)濟運行的因素
        球磨機、排粉機是制粉系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備，系統(tǒng)正常運行時其電耗不會有明顯變化。制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟運行主要為提高系統(tǒng)的出力來降低制粉單耗。在正常情況下，影響制粉系統(tǒng)出力的主要因素有：(1)通風(fēng)量太小時，不能及時將磨粉送出，使得部分粉過度磨制，系統(tǒng)出力降低；通風(fēng)量太大，使排粉機電耗增加，且?guī)ё叩哪シ圯^粗。
        (2)通風(fēng)溫度太低，磨粉得不到充分干燥，將使磨粉的可磨性變差，系統(tǒng)出力降低；通風(fēng)溫度過高時，又容易引起球磨機內(nèi)爆。
        (3)球磨機存煤量過小，鋼球下落的動能只有一部分用于研磨，另一部分消耗于鋼球的空撞磨損；球磨機存煤量過大時則鋼球下落高度減小，鋼球間煤層加厚，部分能量消耗于煤層的變形，研磨出力降低，嚴(yán)重時將造成筒體堵塞。
         3、控制算法設(shè)計
         從對球磨機中貯式制粉系統(tǒng)經(jīng)濟運行影響因素的分析中可以看出，制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制的關(guān)鍵在于通過自動控制，自動調(diào)節(jié)給粉量使球磨機負(fù)荷位于較優(yōu)工作點附近。同時，調(diào)整熱風(fēng)門和再循環(huán)風(fēng)門，獲得與研磨出力相匹配的干燥出力和通風(fēng)出力，使制粉系統(tǒng)的出力維持在較大狀態(tài)。本文設(shè)計的球磨機中貯式制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)如圖2i所示。

        圖2i中R1為球磨機負(fù)荷設(shè)定值，R2為球磨機出口溫度設(shè)定值，R3為球磨機入口負(fù)壓設(shè)定值。將球磨機負(fù)荷回路作為主控回路，采用采樣PI控制克服負(fù)荷回路大滯后、大慣性的特點，用模糊控制器作為自適應(yīng)機構(gòu)；根據(jù)制粉系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)整采樣PI控制器的PI參數(shù)，采用動態(tài)自尋優(yōu)算法克服系統(tǒng)模型時變的影響，保證負(fù)荷回路實時跟蹤較優(yōu)工況；風(fēng)溫、風(fēng)壓回路采用了雙入雙出的模糊控制器實現(xiàn)解耦控制，保證控制過程穩(wěn)定可靠。圖2i制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于制粉系統(tǒng)存在強耦合作用，為了取得較好的控制效果，必須進(jìn)行解耦。系統(tǒng)的耦合作用主要表現(xiàn)在風(fēng)溫、風(fēng)壓回路，即熱風(fēng)門、再循環(huán)風(fēng)門的調(diào)整對球磨機出口溫度、入口負(fù)壓的影響。對此，傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)模型分析的方法難以適用。本文仿照人工操作邏輯思維，設(shè)計了一種智能解耦模糊控制方法，利用模糊規(guī)則對耦合回路進(jìn)行解耦。
        本文設(shè)計的雙入雙出模糊解耦控制器，在控制時不再簡單地將球磨機出口溫度與熱風(fēng)門開度對應(yīng)，入口負(fù)壓與再循環(huán)風(fēng)門開度對應(yīng)，而是把各個參數(shù)之間的相互影響作為一個整體來考慮。例如，球磨機入口負(fù)壓偏高且出口溫度偏低時，若按單回路考慮，則分別減小再循環(huán)風(fēng)門開度以降低負(fù)壓，增大熱風(fēng)門開度以升高溫度。但是，由于回路之間的耦合作用，在負(fù)壓己經(jīng)較高時再增大熱風(fēng)門開度勢必造成系統(tǒng)正壓增大。這時只要適當(dāng)減小再循環(huán)風(fēng)門開度，就既降低了負(fù)壓，又升高了溫度(圖3模糊解耦控制系統(tǒng))。
 

         圖3i中R1為球磨機出口溫度設(shè)定值，R2為球磨機入口負(fù)壓設(shè)定值。模糊控制器輸出分別控制球磨機熱風(fēng)門開度和再循環(huán)風(fēng)門開度。控制規(guī)則見表1、表2，e1和e2分別代表球磨機出口溫度偏差和入口負(fù)壓偏差。在實際運行中，采用離線計算獲得模糊輸出查詢表，根據(jù)采集的溫度偏差和入口負(fù)壓偏差，可查相關(guān)表獲得控制輸出值�？紤]到實際運行中風(fēng)門具有較大的延遲，并且風(fēng)門大幅度動作對鍋爐燃燒有影響。因此，控制輸出采用增量式算法，這樣能夠與執(zhí)行機構(gòu)較好的配合，獲得滿意的控制效果。
        U1(n)=ΔU1+U1(n-1)=k1×Y1+U1(n-1)        U2(n)=ΔU2+U2(n-1)=k2×Y2+U2(n-1)
        式中:U1(n)———熱風(fēng)門的控制輸出結(jié)果；U2(n)———再循環(huán)風(fēng)門的控制輸出結(jié)果；k1———熱風(fēng)門輸出控制量的比例因子；k2———再循環(huán)風(fēng)門輸出控制量的比例因子；Y1———熱風(fēng)門模糊控制器輸出；Y2———再循環(huán)風(fēng)門模糊控制器輸出。
         4、應(yīng)用實例與效果分析
         本文所設(shè)計的制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于河南豫暉礦山機械有限公司5號爐制粉系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入使用后取得明顯效果，制粉系統(tǒng)出力(2臺球磨機)平均提高了6 t/h。與未使用前的同負(fù)荷水平相比，提高制粉出力15%。投入自動控制后，制粉系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行，杜絕了球磨機堵粉和空球磨機運行現(xiàn)象，增加了整個制粉系統(tǒng)運行的安全性。制粉系統(tǒng)安裝優(yōu)化控制系統(tǒng)前后運行對比見表3i。安裝制粉優(yōu)化控制系統(tǒng)后，磨粉細(xì)度提高，磨粉均勻性指標(biāo)n值約為0。8，飛灰可燃物指標(biāo)在2%～4%以內(nèi)。經(jīng)過一段時間運行后，鍋爐燃燒狀況良好，各項污染物指標(biāo)均正常。安裝前后數(shù)據(jù)對比見表4i。

        球磨機制粉系統(tǒng)的研究控制對球磨機的生產(chǎn)有著重要意義，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)且符合規(guī)格的礦粒是球磨機廠家的一致目標(biāo)，學(xué)習(xí)本次關(guān)于球磨機制粉系統(tǒng)的特性分析、影響制粉系統(tǒng)運行的因素、控制算法設(shè)計及應(yīng)用實例與效果分析等相關(guān)知識，希望對您系統(tǒng)了解球磨機的制粉系統(tǒng)能有所幫助！河南豫暉真誠歡迎您的到來耐心細(xì)心為您解決困惑！