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球磨机节能优化的总结与展望

球磨机系统具有煤种适应性广、可靠性高等优点,是制粉系统的主要设备之一,其安全、经济运行与整个电厂的安全、经济运行有着密切的关系。热工过程的自动控制是保证热力设备安全和经济运行的有效技术措施,但由于球磨机系统是一个非线性、大滞后、大惯性、强耦合,以及具有多种不确定性扰动的典型多变量对象,再加上料位检测手段的限制,造成了目前球磨机 系统优化控制难以有效实现,系统的节能和经济运行长期得不到很好的解决。因此,分析研究球磨机的优化控制策略具有很重要的理论意义和实用价值。这里针对球磨机系统的自身特性,重点研究了基于料位信息的球磨机系统节能优化与控制方面的问题,主要研究了以下几个方面:

1、研究了球磨机系统建模算法及其应用。在现场进行了球磨机动态特性测试试验,分别研究了调节量冷风门开度、热风门开度和给煤量在阶跃扰动下,被控量入口负压、出口温度和球磨机负荷的阶跃响应特性。在动态特性试验的基础上,基于最小二乖法辨识算法,获得了系统在稳态工作点附近的传递函数矩阵,并根据多变量控制的回路配对原理研究了球磨机系统的耦合配对问题;针对机理建模法的缺点,提出了一种将机理知识和最小二乘支持向量机相融合的球磨机出力混合建模算法。针对建模对象可描述部分采用机理模型建模,用最小二徒乘支持向量机算法和对机理建模的不精确部分进行校正。结果表明混合模型对球磨机系统的非线性特点和传统建模算法的不足,研究了一种基于T-S模型的球磨机非线性模型。在建模过程中,提出了一种基于递阶模糊C均值类聚类的T-S模型建模算法。该算法的主要思想是先用熵聚类算法对输入样本进行划分,得到初始模糊聚类数;然后基于FCM算法进一步优化模糊聚类,确定前提部分输入变量的隶属度函数分布。结合球磨机系统的机理分析和灰色关联度算法,确定出模型的输入变量、根据递阶模糊聚类算法确定模糊模型的前提结构和参数、由最小二乘法辨识误差平方最小意义下的最优结论参数。通过对球磨机料位、出口温度和入口负压的建模结果表明了该模型的有效性和实用性。

2、研究了融合料位信息的球磨机系统运行节能优化方法。研究了球磨机系统优化目标,分析了制粉单耗的影响因素;针对某电厂球磨机系统,通过现场优化调整试验,获得了最佳钢球装载量、最佳通风量和最大制粉出力等优化工艺参数和设备参数,为系统优化运行提供了指导;针对传统优化算法的不足,引入神经网络非线性在线建模技术,提出了一种融合料位信息的球磨机系统在线优化算法。该睡莲法基于资源分配钢络非线性在线建模技术,提出了一种融合料位信息的球磨机系统在线优化算法。该算法基于资源分配网络获得制粉单耗与料位、给煤量等过程参数之间的非线性映射关系,在此基础上,建立了球磨机系统在线寻找模型,并利用遗传算法获得优化运行参数。实例分析表明,该算法能有效地降低制粉单耗,较之传统优化算法更为简单实用,并且获得料位、入品负压和出口温度等可控变量参数的优化值;提出了球磨机系统优化控制策略,通过设计优化计算层和过程控制层,将优化问题与自动控制相结合,为实现系统优化控制奠定了基础。

3、研究了基于料位信息的球磨机系统控制算法。根据球磨机系统的特点和料位信息,将控制系统划分为一个单回路控制和一个两输入、两输出的耦合回路控制,简化了控制系统设计的难度。针对球磨机负荷单回路控制,分析了现有单冲量控制算法的不足,提出了一种融合料位、进出口压差和出口温度的三冲量加权模糊控制算法。即通过引入料位、进出口压差和出口温度三个信号,经过控制算法的作用共同控制给煤机,实现对球磨机负荷的控制。仿真结果表明该算法有效地提高了系统自适应能力,克服了单冲量PID控制器难以适应对象变化的缺点,为球磨机负荷控制提供了一条潜在的应用途径。研究了球磨机出口温度、入口负压的模糊解耦控制算法。通过总结和归纳操作人员的手动操作经验,制定了模糊控制器的控制规划,设计了相应的模糊解耦控制器,实现了出口温度和入口负压耦合回路的解耦,并采用参数自调整的自适应模糊控制,即根据误差大小的不同,选择不同的量化因子和比例因子对系统进行控制。通过仿真验证了提出的自适应模糊解耦控制算法对出口温度、入口负压解耦控制的有效性。球磨机系统具有时变性和多扰动的特点,对象的动态特性和模型参数随工况的变化而变化。针对模型参数的不确定性,研究了鲁棒控制在球磨机系统中的应用。在压差单回路控制的基础上,引入料位控制回路,通过合理选取加权函数,提出了一种基于混合灵敏度理论的球磨机负荷串级控制算法。针对球磨机出口温度和入口负压耦合回路,将解耦问题与混合灵敏度权函数设计相结合,提出了一种耦合回路的鲁棒解耦控制算法。仿真结果表明,该算法有效地提高了球磨机关于系统摄动及模型参数不确定性的鲁棒性,基于混合灵敏度理论解决了系统干扰抑制、耦合问题和控制器输出结约束问题。

4、研究了球磨机系统模糊控制的工程应用,包括对系统现有控制方案的分析、模糊优化控制系统的工程设计方法、算法的测试情况以及实施后的控制效果分析。通过仿真和测试试验,验证了所设计的控制系统的有效性。球磨机优化控制实现,有效实现了系统的节能降耗。

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