基于料位软测量的钢球磨煤机运行优化研究文献综述

文献综述

1、课题的背景及意义

火力发电厂制粉系统作为燃煤锅炉必不可少的辅助系统，它的运行决定了火力发电厂运行的经济性和安全性。其中，钢球磨煤机作为中间仓储式制粉系统中的核心设备，广泛应用于中小火力发电厂中。但球磨机是多变量系统，原煤水分、煤质等变化，钢球磨损等都会使球磨机运行特性发生变化。而对于球磨机制粉系统的运行，都希望其能在最佳工况下进行，即实现磨粉出力最大、能耗最低的经济运行。理论研究表明：球磨机制粉系统的最优运行与球磨机筒内料位有很大关系。筒内料位过低时，钢球消耗大，耗电量增加；过多时，碾磨能力降低，不能保证煤粉细度要求，同时会容易引起堵煤现象。因此，为了实现球磨机的优化运行，提高制粉效率，关键在于球磨机筒内料位的测量。

目前，火力发电厂常常采用进出口差压信号来间接表征球磨机筒内料位的高低。因此，如何测量进出口压差信号从而测量料位成为球磨机运行优化研究的关键。本次毕业设计将基于料位测量进行钢球磨机的优化研究。

2、国内外研究现状及发展趋势

钢球磨机是目前国内火电厂制粉系统中使用最多的磨煤设备,且广泛应用于采矿 、冶金等其他行业。其优点是容量大 、运行可靠、煤种适应性强、维护简单、检修费用低等;缺点是制粉电耗高 、控制优化难[1]。且中储式球磨机制粉系统是大中型燃煤火电厂中的重要辅机系统，是耗能大户，也是潜在的节能大户。要降低制粉电耗，必须要提高给煤机转速，增加筒内料位，增大制粉出力； 但如果料位太高，则容易造成球磨机堵煤[2]。因此理论上有一最大磨煤出力料位，该料位对应制粉系统出力为磨煤机的经济出力[3]。球磨机工作在旋转状态下，由于缺少直接检测内部料位的设备，经常发生饱磨、空磨和堵磨等现象，不得不经常停料或停磨，造成生产效率降低，还影响产量和质量的提高[4]。且目前以料位检测来保证球磨机处于最佳存煤献还缺乏可节的手段，大多仍为人工操作运行，致使球磨机经常牺牲经济效益运行于存煤不足的保守区，导致制粉电耗偏高。因此，有效、精确地监测料位成为降低制粉单耗、实现节能运行的关键[5]。因此为了提高球磨机的生产能力和能源效率，苏志刚等提出了一种新的方法，即对未测量的参数(料位)进行监测和诊断[6]。

目前，众多专家学者投入了钢球磨机料位测量的研究并提出了多种料位测量方法。传统方法之一是测量球磨机进出口压差的函数。随着填充水平的提高，更多的煤粉暴露在通过球磨机的气流中，并且压差增大。当填充水平降低时，相同的关系控制着相反的条件。然而，差压信号也受到其他因素的影响，如球磨机转速、使用的提升机类型及其磨损、磨粒粒度分布、地面材料的物理性质、气动输送过程中物料在空气中的浓度等[7]。康岩等针对采用传统方法建立球磨机料位软测量模型存在测量精度不高和稳定性较低的缺点，提出一种结合深度信念网络和极限学习机的软测量方法[8]。张兴等针对其滚筒内料位难以实时检测，球磨机的轴承振动信号中存在较多的冗余特征，提出了一种基于分类回归树和最小二乘支持向量机的软测量方法[9]。王恒等提出了一种机理知识和最小二乘支持向量机（LS-SVM）相结合的球磨机料位混合软测量方法[10]。针对采用振动法对球磨机料位测量时，其特征值存在非线性和随机性强的问题，引入二型模糊逻辑对球磨机料位进行概念表示，建立了基于区间二型 T-S 模糊系统的球磨机料位预测模型[11]。杜智锋等针对采用振动法测量球磨机料位时，振动信号和料位之间存在非线性和时变性，采用传统方法存在测量精度低、稳定性差的问题，提出基于 T-S模糊模型的球磨机料位表示和测量的方法[12]。黄鹏等提出了一种新的料位特征变量，通过理论计算和现场试验，建立了球磨机壳体最大振动点的料位与最大振动点的角度位置之间的关系，以减少各种因素对料位测量的影响，提高料位的测量精度[13]。寄珊珊等针对单一信息反映料位的局限性，采用基于二维云模型不确定性推理方法实现球磨机料位软测量[14]。彭木生介绍了一种新的测量方法- 料位差压测量法, 以便更有效地控制磨煤机的料位, 提高机组的自动化水平[15]。针对球磨机系统多模态复杂过程中的料位不确定性，球磨机振动信号存在非线性、噪声和外界干扰等问题，杨飞，乔铁柱等提出了一种基于改进的高斯混合回归（GMR）的球磨机料位软测量方法，解决传统高斯混合模型初始化含有噪声和异常值的数据难以聚类的问题[16]。还有些专家学者将优化后的极限学习机应用于球磨机的优化研究。柏刚等将泛优化算法应用于极限学习机输入权重和阈值的优化并将优化后的极限学习机应用于球磨机料位测量[17]。王芳等将自适应差分进化算法引入极限学习机对其改进，并将优化后的极限学习机应用于球磨机料位测量[18]。董文中等提出了将超声波应用于球磨机料位测量[19]。苏志刚等提出了将非线性 PLS 回归方法与灰色一致相关联理论相结合用于球磨机料位的软测量[20]。Francisco Pedrayes等提出了一种基于扭矩谱分析的球磨机料位测量方法[21]。此外，软测量技术还被广泛应用于估算球磨机中煤粉的负荷水平中[22]。

如今随着锅炉机组大型化的发展，制粉系统逐步采用直吹式系统，球磨机载煤负荷料位的监测越来越成为正常安全运行的需要。因此,，从经济性和安全性两方面寻找一种实用、可靠的测量煤量的方法是很有必要的[23]。近年来，随着计算机技术的发展，神经网络的理论分析和实用研究都取得了可喜的进步，王东风等提出了基于人工神经网络测量磨筒内负荷的软测量方法[24]。现阶段，料位测量的发展趋势正向着先进理论、方法和多因素联合测量方向进行[25]。