中速磨煤机系统的动态建模

论文总字数：27101字

摘 要

中速磨煤机是制粉系统的重要组成，本文首先研究了中速磨煤机的工作原理，并根据其代数关系式建立了对应的数学模型。然后以此为基础在Matlab平台上采用集总参数法建立了面向控制的中速磨煤机系统的动态模型。

直吹式中速磨煤机制粉系统的结构复杂系统特性时变性强，其工作状况会直接影响到锅炉运行的安全性与经济性。为保证锅炉的良好运行，建立精确的磨煤机模型可以帮助我们改进控制方案，改善发电厂的运行状况。磨煤机的运行过程复杂，内部变化较大，因此本文采用了集中参数法建立动态数学模型。在对MPS-190型中速磨煤机的运行机理进行深入研究与分析后，可以根据磨煤机的输入与输出，能量平衡方程，质量平衡方程建立磨煤机数学模型，然后根据相关文献及历史数据确定相关参数，使其动态特性能够符合实际磨煤机的运行特性。

最后，根据建立的数学模型在Simulink平台上仿真建模，然后采用常规的PID控制方案对模型进行仿真控制试验。分析仿真结果的合理性以改善控制品质，为下一步研究和验证的先进控制策略，以及煤粉细度等过程参数的软测量打下基础。

关键词：中速磨煤机，机理分析，动态建模，Simulink仿真，PID控制

COAL MILL DYNAMIC MODELING AND SIMULATION

Abstract

In this thesis, the medium speed coal mill of milling system as a research subject. By researching the MPS type coal mill works, analyze its mechanism and establish its mathematical model. Then as a basis, building a medium speed coal mill dynamic model in Matlab platform for oriented control by using lumped parameter method.

The structure of direct blowing milling system is complex, and its operation conditions would affect the health of the boiler directly. To ensure good operation of the boiler, building an accurate coal mill model would help improve the quality of control scheme and ameliorate plant operating conditions. As a result of the coal mill’s operation and thermodynamic calculation are complicated, we adopt lumped parameter method to model the coal mill. After deep research and careful analysis of the MPS type coal mill’s mechanism, we are able to build the mathematic model according to the conservation of mass and energy between coal mill’s input and output. Based on the related document and history data, we could make sure the relevant parameters so that the model’s dynamic characteristics in line with the actual coal mill.

Finally, based on the mathematic model, building the simulation model in Simulink platform. And utilizing the conventional PID control scheme to control model obtained the simulation result. For further research and validation of advanced control strategies, rational analysis of simulation results to improve control quality, which is also the foundation for process parameters such as coal fineness measured.

KEY WORDS: medium speed coal mill, mechanism analysis, dynamic modeling, Simulink simulation, PID control

目 录

摘要 ………………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………………………Ⅱ

1. 绪论 ……………………………………………………………………………………1

1.1 引言 ……………………………………………………………………………………1

1.2 中速磨煤机建模的研究现状 …………………………………………………………1

1.3 中速磨煤机的仿真控制 ………………………………………………………………2

1.3.1磨煤机的自动控制 ………………………………………………………………2

1.3.2 Simulink仿真系统 ………………………………………………………………3

1.4 本文的研究目的和主要研究内容 ……………………………………………………4

1. 中速磨煤机的运行机理及数学模型 ……………………………………………………5

2.1 引言 ……………………………………………………………………………………5

2.2 中速磨煤机的工作原理 ………………………………………………………………5

2.2.1直吹式制粉系统的工作原理及特点 …………………………………………5

2.2.2 MPS型中速磨煤机的工作原理及结构特点 ……………………………………6

2.3 中速磨煤机的数学模型 ………………………………………………………………7

2.4 本章小结 ………………………………………………………………………………11

1. 中速磨煤机仿真运行及常规控制 ……………………………………………………12

3.1 引言 ……………………………………………………………………………………12

3.2 基于Simulink的仿真建模 ………………………………………………………………12

3.2.1磨煤机性能参数模型 …………………………………………………………12

3.2.2磨煤机出口温度模型 …………………………………………………………13

3.3 中速磨煤机对象特性分析 ………………………………………………………………13

3.3.1给煤量阶跃扰动实验 …………………………………………………………13

3.3.2磨煤机风门开度阶跃扰动实验 ………………………………………………15

3.3.3中速磨煤机动态特性小结 ……………………………………………………18

3.4 中速磨煤机常规控制系统 ………………………………………………………………18

3.4.1多变量控制系统解耦 …………………………………………………………19

3.4.2 PID控制系统的参数整定 ……………………………………………………20

3.5 仿真结果及分析 …………………………………………………………………………21

3.5.1磨煤机出口温度自动控制 ……………………………………………………21

3.5.2磨煤机入口风量自动控制 ……………………………………………………22

3.6 本章小结 ………………………………………………………………………………23

…………………

结论 ………………………………………………………………………………………………24

致谢 ………………………………………………………………………………………………25

参考文献（References） …………………………………………………………………………26

1. 绪 论

1.1 引言

我国是以火力发电为主的国家，火电机组是我国发电厂的主要发电设备，其中煤炭是火电机组发电的主要能源，随着经济不断发展，我国的总体用电量也在不断增加，火电机组容量逐年扩大。尤其是随着近几年的电力工业的发展，600MW以上的机组，超临界以及超超临界机组早已屡见不鲜。到2014年底为止，我国火电机组的装机总容量已达到13.6亿千瓦，火电装机突破9亿千瓦，达9.16亿千瓦，占比67%左右。火电机组单机容量的不断突破也同时带来了生产效率的问题，因此如何经济安全的运行这种大容量机组就显得尤为重要。发电厂主要由锅炉系统燃烧系统、汽水系统、电气系统以及辅助系统，而制粉系统作为主要的辅助系统其用电量可占到全厂用电量的15%-25%。所以改进制粉系统运行，可以改善电厂生产状况。保持锅炉需求的给粉量以及温度的同时，减少消耗可以提高整个电厂的运营状况。

另一方面，燃煤发电是我国大气污染的主要来源，2014年我国的SO₂排放量约为2000万吨，烟尘排放量约850万吨，其中85%的SO₂以及70%的烟尘均来自煤炭燃烧。因此在我国目前仍然以煤炭为主要能源的前提下，提高煤炭燃烧效率，脱硫脱硝是减少大气污染的必然选择。目前的脱硫技术成本仍然较高，对于一般火电厂而言并不划算。然而碾磨原煤时，由于煤粉中存在大量杂质，因此会回到磨煤机内反复碾磨，提高了磨煤机的循环倍率，降低了磨煤机的出力。并且这部分燃料有高灰分高硫分的特点，最终进入炉膛燃烧后的排放物对大气造成严重污染。因此通过模拟磨煤机的运行，能够帮助我们改进磨煤机的运行特性，提高磨煤机出力提高效率，较少污染物的排放。

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