胡文飛，安 鋼，高 峰，秦金波

(1.吉林電力股份有限公司四平熱電公司，吉林 四平 136001;2.吉林松花江熱電有限公司，吉林 吉林 132002)

火力發(fā)電廠的給煤機(jī)作為制粉系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，擔(dān)負(fù)著向鍋爐輸送燃料的重要作用，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于直吹式制粉系統(tǒng)的原煤倉一般采用錐形結(jié)構(gòu)，受煤質(zhì)成分、季節(jié)、氣候等因素影響，在下煤過程中經(jīng)常發(fā)生落煤不暢或堵塞。該現(xiàn)象在各燃煤電廠中普遍存在，所涉及的檢修工作量大、費(fèi)用高，經(jīng)常造成給煤量波動(dòng)，燃燒不穩(wěn)，影響燃料向爐膛的正常輸入。如果未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷煤或處理不當(dāng)，可能造成磨組跳閘，機(jī)組被迫緊急降負(fù)荷甚至鍋爐滅火等惡劣后果，對整個(gè)機(jī)組的安全構(gòu)成了極大的威脅。

1 存在的問題

吉林電力股份有限公司四平熱電公司(以下簡稱四平熱電公司)4號鍋爐設(shè)計(jì)為正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置5套輥式中速磨煤機(jī)，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)和鍋爐額定蒸發(fā)量(BECR)工況時(shí)均投入4套，另外1套備用，給煤機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)稱重式給煤機(jī)。自2010年機(jī)組投運(yùn)以來，制粉系統(tǒng)斷煤問題一直未能得到有效治理。特別是在冬季，由于環(huán)境溫度低，原煤濕度高、黏度大，極易在原煤倉下部粘成大塊堵塞落煤口，導(dǎo)致落煤不暢造成給煤機(jī)斷煤，需要大量搶修人員現(xiàn)場敲打落煤口進(jìn)行緊急處理。

頻繁的斷煤嚴(yán)重影響了鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為解決制粉系統(tǒng)頻繁斷煤的問題，2015年對4號鍋爐進(jìn)行了改造，在每套制粉系統(tǒng)原煤倉下部與給煤機(jī)入口閘板之間加裝了立式單回轉(zhuǎn)煤倉清堵疏通裝置。該裝置由可編程邏輯控制器(PLC)控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、疏通機(jī)構(gòu)組成，斷煤時(shí)裝置自動(dòng)啟動(dòng)，疏通機(jī)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)清掃煤倉壁，破壞煤倉堵塞的基礎(chǔ)，達(dá)到疏通煤倉，解決落煤口堵塞的目的。

清堵疏通裝置投入運(yùn)行后，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，在2015年冬季制粉系統(tǒng)發(fā)生的多次斷煤中，疏通裝置的及時(shí)啟動(dòng)有效解決了大部分煤倉下部發(fā)生的堵塞，保證了煤倉原煤的順利下滑，避免了事故進(jìn)一步擴(kuò)大。然而，也發(fā)生了多次疏通裝置在自動(dòng)模式下拒啟動(dòng)和啟動(dòng)后未能清堵疏通的情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年12月，因疏通裝置拒啟動(dòng)或清堵失敗，5臺給煤機(jī)共發(fā)生不同程度斷煤17次，造成磨煤機(jī)停運(yùn)1次，鍋爐被迫投油穩(wěn)燃1次，主、再熱汽溫超標(biāo)等異常情況4次。鑒于煤倉疏通裝置在自動(dòng)模式下存在的隱患，為保證疏通機(jī)啟動(dòng)的及時(shí)性和可靠性，機(jī)組冬季斷煤高發(fā)期，不得不設(shè)置專人專職在就地負(fù)責(zé)疏通裝置的操作，大大增加了運(yùn)行維護(hù)工作量。

2 原因分析

2.1 疏通裝置拒啟現(xiàn)象分析

疏通裝置的控制分為現(xiàn)場手動(dòng)、定時(shí)啟動(dòng)和自動(dòng)控制三種模式。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，疏通裝置通常采用自動(dòng)控制模式。該模式下不需人為干預(yù)，裝置接受給煤機(jī)斷煤報(bào)警器發(fā)出的斷煤信號控制，一旦給煤機(jī)斷煤信號發(fā)出，設(shè)備立即聯(lián)鎖啟動(dòng)，連續(xù)運(yùn)行90 s后自動(dòng)停止。

從控制回路和邏輯組態(tài)兩方面入手，對2016年1、2月份發(fā)生的疏通裝置拒啟情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，在記錄的11次拒啟現(xiàn)象中，發(fā)現(xiàn)有9次是給煤機(jī)發(fā)生斷煤后，斷煤報(bào)警器未能正常發(fā)出斷煤信號所致。給煤機(jī)斷煤報(bào)警器的可靠性差是造成疏通裝置拒啟的直接原因。

給煤機(jī)斷煤信號是通過安裝在給煤機(jī)箱體內(nèi)靠近出口的DL-02型斷煤報(bào)警器發(fā)出的，該型斷煤報(bào)警器主要由機(jī)械擋板和電氣觸頭開關(guān)構(gòu)成。它的工作原理是:當(dāng)給煤機(jī)皮帶有煤時(shí)，擋板接觸煤流，皮帶上運(yùn)動(dòng)的煤粉推動(dòng)擋板的轉(zhuǎn)動(dòng)，使與擋板同軸的凸輪旋轉(zhuǎn)，釋放觸頭開關(guān)，接點(diǎn)斷開;給煤機(jī)皮帶無煤時(shí)擋板垂直于給煤機(jī)皮帶，凸輪壓住觸頭開關(guān)，接點(diǎn)閉合，發(fā)出斷煤報(bào)警信號至分布式控制系統(tǒng)(DCS)報(bào)警和煤倉疏通裝置PLC。導(dǎo)致給煤機(jī)斷煤報(bào)警器可靠性差的原因如下。

a.該斷煤報(bào)警器擋板長期與給煤機(jī)內(nèi)部煤流直接接觸，工作環(huán)境惡劣，受磨損、腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致斷煤報(bào)警器不能長期可靠工作。

b.原煤中經(jīng)常夾帶其他雜物撞擊擋板，造成斷煤報(bào)警器損壞，誤發(fā)或拒發(fā)斷煤信號。

c.受其結(jié)構(gòu)和工作原理限制，在煤倉未完全堵塞落煤量減少時(shí)，斷煤報(bào)警開關(guān)不能有效做出反應(yīng)，及時(shí)地判斷斷煤情況。

2.2 疏通裝置PLC聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)分析

現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)在多次緊急處置斷煤的過程中，尤其是在冬季發(fā)生斷煤時(shí)，疏通裝置自動(dòng)模式下聯(lián)鎖啟動(dòng)進(jìn)行90 s清堵后，有時(shí)斷煤現(xiàn)象仍然存在，而疏通裝置卻不再自動(dòng)啟動(dòng)。需將疏通裝置由自動(dòng)模式切至現(xiàn)場手動(dòng)模式繼續(xù)手動(dòng)啟動(dòng)疏通機(jī)，通常清堵2～3 min后落煤方能正常，給煤機(jī)斷煤現(xiàn)象消除;另外，在雨季發(fā)生斷煤時(shí)，隨著疏通裝置聯(lián)鎖啟動(dòng)，斷煤現(xiàn)象隨即消除，90 s疏通機(jī)停止運(yùn)行后，馬上又會再次發(fā)生斷煤?？梢姡柰ㄑb置自動(dòng)模式下設(shè)置的運(yùn)行90 s的時(shí)間并不合理。在煤倉堵塞較嚴(yán)重時(shí)，90 s的運(yùn)行時(shí)間不能徹底瓦解煤倉堵塞;而在煤濕度、粘度較大時(shí)，疏通機(jī)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)只能暫時(shí)保證落煤口的下煤通暢，并不能起到徹底清理煤倉的作用。

3 優(yōu)化措施

3.1 提高斷煤信號的可靠性

目前，制粉系統(tǒng)斷煤的檢測手段多種多樣，主要分為直接檢測和間接檢測。通過考察發(fā)現(xiàn)，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中受工作環(huán)境、煤質(zhì)等因素的影響，長期使用效果都不理想。針對四平熱電廠斷煤信號可靠性差，結(jié)合制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況，技術(shù)人員經(jīng)大量分析、論證后，通過深入發(fā)掘2種檢測方式的優(yōu)點(diǎn)，提出以下2種綜合判斷給煤機(jī)斷煤的新思路。

a.方案1:稱重式給煤機(jī)的瞬時(shí)給煤量是通過給煤機(jī)轉(zhuǎn)速與稱重傳感器測得的單位距離皮帶上原煤的重量計(jì)算得出的，它可以直觀地反映出給煤機(jī)皮帶上煤量的多少。當(dāng)發(fā)生斷煤時(shí)，瞬時(shí)給煤量變化非常明顯。利用DCS輸出至給煤機(jī)的給煤指令與瞬時(shí)給煤量反饋信號進(jìn)行比較，當(dāng)給煤指令一定而瞬時(shí)給煤量突降至某一定值或偏差較大時(shí)，判斷為給煤機(jī)發(fā)生斷煤。同時(shí)，保留原有給煤機(jī)斷煤報(bào)警器的斷煤檢測方式，間接檢測與直接檢測兩種方式相結(jié)合，綜合判斷斷煤情況。根據(jù)四平熱電公司鍋爐各種工況下給煤機(jī)瞬時(shí)給煤量的變化趨勢綜合分析，設(shè)置當(dāng)給煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，給煤指令大于10 t/h且瞬時(shí)給煤量小于5 t/h時(shí)，經(jīng)DCS邏輯判斷為給煤機(jī)斷煤，DCS輸出斷煤信號報(bào)警同時(shí)輸出聯(lián)鎖啟動(dòng)信號至疏通裝置PLC。

b.方案2:給煤機(jī)電流能直接反映給煤機(jī)負(fù)載的變化，給煤機(jī)斷煤后電流應(yīng)隨皮帶存煤量逐漸減少而不斷下降，因此，可以根據(jù)不同工況下給煤機(jī)運(yùn)行時(shí)和斷煤時(shí)電流的大小，選取一個(gè)合適的電流值作為間接判斷給煤機(jī)是否斷煤的定值，通過DCS的低限邏輯判斷使實(shí)際電流值與定值相比較，判斷斷煤現(xiàn)象，輸出斷煤信號。同樣結(jié)合原有給煤機(jī)斷煤報(bào)警器的斷煤信號，綜合判斷。

將2套方案分別實(shí)施在2臺給煤機(jī)上，在持續(xù)跟蹤實(shí)施效果時(shí)發(fā)現(xiàn)方案2存在的一些不足:由于給煤機(jī)運(yùn)行時(shí)接受鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)給煤量以滿足鍋爐燃燒情況的需要。當(dāng)某臺煤倉落煤量減小或斷煤時(shí)，鍋爐總?cè)剂狭肯陆?，為了維持負(fù)荷，控制系統(tǒng)自動(dòng)增大各給煤機(jī)的給煤指令，使轉(zhuǎn)速上升導(dǎo)致電流增大，因此，斷煤后相應(yīng)的給煤機(jī)電流變化趨勢是一個(gè)先增大后減小的過程;另外，給煤機(jī)設(shè)計(jì)額定出力100 t/h，減速電機(jī)額定功率2.2 kW，額定電流為4.95 A，功率較小。正常運(yùn)行時(shí)，電流值隨變頻器輸出頻率變化，通過查詢給煤機(jī)電流在不同工況下的歷史曲線，斷煤時(shí)與正常運(yùn)行時(shí)對應(yīng)變頻電流一般在1.5～2.2 A，變化效果不是很明顯。同時(shí)在邏輯判斷中需要排除給煤機(jī)下落重物或皮帶跑偏、機(jī)械卡澀等現(xiàn)象引起的電流波動(dòng)，因此，通過給煤機(jī)電流判斷斷煤的方法受諸多因素影響，在DCS邏輯上要實(shí)現(xiàn)正確判斷比較復(fù)雜，且準(zhǔn)確性易受影響。

顯然，在準(zhǔn)確性和靈活性上利用瞬時(shí)給煤量判斷斷煤情況更簡單、更有優(yōu)勢。經(jīng)研究決定，將A、B、C、D、E5臺給煤機(jī)斷煤判斷邏輯全部進(jìn)行優(yōu)化，采用原有機(jī)械擋板式斷煤報(bào)警器直接檢測，結(jié)合瞬時(shí)給煤量間接判斷的方式綜合判斷斷煤情況。

給煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)就地機(jī)械擋板式斷煤報(bào)警器發(fā)出信號或當(dāng)給煤機(jī)指令不小于10 t/h而瞬時(shí)給煤量反饋不大于5 t/h時(shí)，邏輯判斷為給煤機(jī)發(fā)生斷煤，輸出兩個(gè)數(shù)字輸出(DO)點(diǎn)。一個(gè)DO點(diǎn)作為DCS斷煤報(bào)警信號，而另一個(gè)DO點(diǎn)激勵(lì)DCS繼電器線圈，繼電器相應(yīng)常開觸點(diǎn)閉合，送至對應(yīng)的煤倉疏通裝置PLC中，通過PLC內(nèi)部邏輯最終實(shí)現(xiàn)疏通機(jī)的聯(lián)鎖啟動(dòng)，提高斷煤信號的可靠性。

3.2 疏通機(jī)PLC邏輯優(yōu)化

煤倉疏通機(jī)的控制是通過PLC內(nèi)部邏輯組態(tài)實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)模式下，當(dāng)斷煤報(bào)警開關(guān)量信號由0變?yōu)?時(shí)，產(chǎn)生90 s脈沖信號控制疏通機(jī)運(yùn)行。

由于自動(dòng)模式下疏通裝置設(shè)置90 s的啟動(dòng)時(shí)間不能滿足現(xiàn)場實(shí)際需要，同時(shí)考慮煤質(zhì)粘度較大時(shí)，疏通機(jī)工作停止后極易再次發(fā)生斷煤，為鞏固疏通效果，徹底瓦解原煤與煤倉筒壁形成的堆積，將原邏輯中PLC發(fā)出的90 s單脈沖信號改為長指令延時(shí)斷開算法，并設(shè)置180 s延時(shí)。即在自動(dòng)控制模式下，當(dāng)優(yōu)化后的斷煤報(bào)警信號發(fā)出，觸發(fā)PLC內(nèi)部繼電器，閉合相應(yīng)觸點(diǎn)，聯(lián)鎖啟動(dòng)疏通裝置工作，直至“斷煤信號”消失后，疏通裝置將繼續(xù)運(yùn)行180 s后自動(dòng)停止。優(yōu)化后的斷煤報(bào)警判斷及疏通裝置聯(lián)鎖啟動(dòng)邏輯見圖1。

圖1 優(yōu)化后的斷煤判斷及PLC聯(lián)鎖邏輯

4 應(yīng)用效果

邏輯優(yōu)化實(shí)施至今，取得了很好的效果。以2016年冬季為例，5臺給煤機(jī)發(fā)生的多次斷煤中，除D給煤機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障引起轉(zhuǎn)速異常，導(dǎo)致斷煤信號誤發(fā)1次外，其余均是煤倉落煤口堵塞所致，斷煤信號異?，F(xiàn)象得到明顯抑制，疏通裝置及時(shí)啟動(dòng)后斷煤現(xiàn)象很快得以消除，未再發(fā)生過設(shè)備停運(yùn)或減負(fù)荷的嚴(yán)重事故。給煤機(jī)斷煤信號可靠性得到明顯提高，從而保障了制粉系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

根據(jù)給煤量變化間接判斷給煤機(jī)斷煤可有效提高給煤機(jī)斷煤檢測的可靠性，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)原煤倉斷煤的自動(dòng)處理。該方案邏輯簡單清晰、判斷準(zhǔn)確;通過準(zhǔn)確的判斷斷煤實(shí)現(xiàn)原煤倉疏通裝置的自動(dòng)控制，不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決斷煤問題，鞏固了煤倉疏通效果，還減少了斷煤信號異常對運(yùn)行人員的干擾，極大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，有效減少了制粉系統(tǒng)斷煤對鍋爐燃燒的影響，提高了鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。