晉能控股電力集團(tuán)有限公司 郭永紅 梁 萌

某電廠300MW 機(jī)組鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1060/17.5-YM31型亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐。采用一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配有五臺ZGM95G型中速磨，正常運(yùn)行時四運(yùn)一備。

該廠鍋爐二次風(fēng)速測量裝置使用的是插入式多候徑文丘里測量裝置。風(fēng)量計(jì)安裝在左右側(cè)二次風(fēng)風(fēng)道上，其探頭插入風(fēng)道，當(dāng)管內(nèi)有風(fēng)流動時上風(fēng)向受煙氣流速沖刷，形成高壓區(qū)，其壓力常稱為“高壓”，裝置下風(fēng)向未受氣流沖刷，受到的壓力未風(fēng)道內(nèi)的靜壓，其壓力稱為“靜壓”，高壓減去靜壓就是動壓，動壓的大小與煙氣風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越大動壓越大，風(fēng)速小動壓也小，也就是說得到動壓值，依據(jù)伯努利方程，就能準(zhǔn)確地測量出管內(nèi)風(fēng)速。

由于二次風(fēng)經(jīng)過空預(yù)器，風(fēng)內(nèi)含灰量大導(dǎo)致測量裝置經(jīng)常堵塞，進(jìn)而影響風(fēng)量的測量，磨煤機(jī)風(fēng)量自動調(diào)節(jié)甚至造成了送風(fēng)系統(tǒng)的超調(diào)，引起鍋爐MFT 保護(hù)誤動作，為此對該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套自動反吹裝置來改善堵塞的處理效果及效率[1]。

1 改造必要性

2021年3月8日11:00許，該廠#1鍋爐發(fā)生MFT保護(hù)動作，跳閘首出“爐膛壓力高高”。隨機(jī)調(diào)取了歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，鍋爐保護(hù)動作前各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常，機(jī)組投入AGC 運(yùn)行，負(fù)荷指令210MW 無較大變化，負(fù)荷209MW，無重大操作和調(diào)整，送風(fēng)機(jī)投入自動，引風(fēng)機(jī)手動。10:57至10:59鍋爐總量參數(shù)發(fā)現(xiàn)異常趨勢，由630T/h 下降至553T/h，總風(fēng)量設(shè)定值630T/h，由于送風(fēng)機(jī)動葉自動運(yùn)行，由于鍋爐總風(fēng)量下降，送風(fēng)自動控制系統(tǒng)根據(jù)送風(fēng)量設(shè)定值與實(shí)際風(fēng)量的偏差開始打開送風(fēng)機(jī)動葉。鍋爐送風(fēng)量測量值持續(xù)減少，送風(fēng)自動控制系統(tǒng)繼續(xù)打開送風(fēng)機(jī)動葉，當(dāng)時引風(fēng)機(jī)動葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)置于手動態(tài)，運(yùn)行值班員未及時發(fā)現(xiàn)總風(fēng)量及送風(fēng)機(jī)動葉的異常，也為對引風(fēng)機(jī)動葉進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致鍋爐爐膛負(fù)壓持續(xù)增加，引起“爐膛壓力高高”MFT 保護(hù)動作。

通過對事發(fā)前一段時間的各重要參數(shù)歷史曲線分析，當(dāng)鍋爐實(shí)際風(fēng)量大于風(fēng)量給定值時，送風(fēng)機(jī)自動控制系統(tǒng)關(guān)小動葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)，減少風(fēng)量，空預(yù)器出口二次風(fēng)壓力同步降低，鍋爐實(shí)際風(fēng)量小于風(fēng)量給定值時，送風(fēng)機(jī)自動控制系統(tǒng)開大動葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)，增加風(fēng)量，空預(yù)器出口二次風(fēng)壓力同步升高，反映出的動葉指令的變化趨勢是正確的。但本次事件過程中實(shí)際總風(fēng)量不增加反而減少，而且空預(yù)器出口二次風(fēng)壓的變化與動葉動作趨勢背離，說明送風(fēng)機(jī)動葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)及風(fēng)機(jī)本身是正常工作的。參數(shù)異常明顯表明，鍋爐風(fēng)量的測量值明顯出現(xiàn)了偏差。

鍋爐實(shí)際總風(fēng)量是通過A/B 空預(yù)器出口二次風(fēng)量、A/B 側(cè)冷一次風(fēng)量、A/B 側(cè)熱一次風(fēng)量差壓變送器通過風(fēng)量補(bǔ)償公式計(jì)算后求和計(jì)算得來。檢查各風(fēng)量計(jì)算控制邏輯，模擬計(jì)算正確無異常；檢查六組風(fēng)量測量差壓變送器的歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)A 空預(yù)器出口二次風(fēng)量差壓變送器的歷史數(shù)據(jù)與A 空預(yù)器出口二次風(fēng)壓變化趨勢明顯相反，異常明顯。

通過上述分析認(rèn)為，該廠#1機(jī)組本次發(fā)生的鍋爐“爐膛壓力高高”MFT 異常跳閘事件，和A 空預(yù)器出口二次風(fēng)量差壓變送器異常測量值有直接關(guān)系，找出導(dǎo)致差壓變送器測量異常的原因，是弄清本次事故發(fā)生原因的關(guān)鍵。經(jīng)過現(xiàn)場檢查，A 空預(yù)器出口二次風(fēng)測量差壓變送器正負(fù)壓側(cè)取樣管均存在堵灰現(xiàn)象。

分析其根本原因，機(jī)組投運(yùn)后，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，由于二次風(fēng)經(jīng)過預(yù)熱器，不可能避免含有粉塵、固體顆粒、凝析物等物，容易堆積在壓力測量管中，緩慢堵住測量孔，導(dǎo)致差壓測量的失準(zhǔn)，二次風(fēng)測量裝置防堵效果不是很理想，無法準(zhǔn)確測量風(fēng)量，從而影響風(fēng)速的測量。測量值出現(xiàn)的跳變，導(dǎo)致CCS 調(diào)節(jié)異常，進(jìn)而影響鍋爐的調(diào)節(jié)自動，極端情況還會出現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)的反向調(diào)節(jié)現(xiàn)象。

由于二次風(fēng)量值參與鍋爐總風(fēng)量值的計(jì)算，總風(fēng)量又是總風(fēng)量低MFT 主保護(hù)的重要判斷條件，當(dāng)風(fēng)量異常時就可能造成MFT 保護(hù)的誤動作，給鍋爐運(yùn)行帶來不安全因素，尤其是機(jī)組長周期運(yùn)行后，空預(yù)器漏風(fēng)率上升，二次風(fēng)含灰量加大，經(jīng)常都要對取樣管進(jìn)行吹掃，因此如何解決風(fēng)量差壓變送器取樣管路頻繁堵塞是急需解決的問題。

2 改造方案設(shè)計(jì)

為解決上述中差壓變送器取樣測量管中出現(xiàn)積灰堵塞管路、影響差壓測量值進(jìn)而影響風(fēng)速計(jì)量的問題，本文設(shè)計(jì)了一種風(fēng)量裝置管路取樣自動反吹設(shè)備和和一套自動反吹閉鎖風(fēng)量計(jì)算邏輯，用以代替人工吹掃流程。

2.1 取樣管路自動反吹的設(shè)計(jì)

自動反吹裝置部分（圖1）,差壓變送器的正負(fù)壓連接口與高壓取樣管路和低壓取樣管路分別連接；高壓取樣管路連接至風(fēng)量裝置高壓引壓管接口，靜壓取樣管路連接至風(fēng)量裝置靜壓引壓管接口；高壓取樣管路設(shè)置有常開#1電磁閥，靜壓取樣管路上設(shè)置有#2常開電磁閥；#1電磁閥和#2電磁閥后設(shè)置連通常閉#3電磁閥；另接反吹壓縮空氣進(jìn)氣端至#1、#2電磁閥前，在高壓取樣管反吹管路上設(shè)置常閉#4電磁閥，靜壓取樣管反吹管路設(shè)置常閉#5電磁閥。

圖1 取樣管路自動反吹裝置結(jié)構(gòu)圖

2.2 取樣管路自動反吹的電氣控制回路設(shè)計(jì)

自動反吹裝置電氣控制回路（圖2），該控制回路采用220VAC 電源，包括：空氣開關(guān)QF1、狀態(tài)切換開關(guān)SA1，#1繼電器，時間繼電器#2～#2、#1常開電磁閥、#2常閉電磁閥、#3常開電磁閥、#4常閉電磁閥和#5常閉電磁閥。該控制回路能實(shí)現(xiàn)就地遠(yuǎn)方切換操作功能，能自動實(shí)現(xiàn)反吹的全程自動控制。工作過程如下：

圖2 自動反吹裝置電氣控制回路（部分）

按下常開控制啟動按鈕a1（或遠(yuǎn)方狀態(tài)下發(fā)出啟動指令），#10時間繼電器的第2常閉觸點(diǎn)導(dǎo)通后#1繼電器線圈帶電，第2常開觸點(diǎn)閉合，線路1達(dá)到自鎖。

#1繼電器的第3常開觸點(diǎn)閉合，線路2導(dǎo)通，#2時間繼電器線圈帶電，開始計(jì)時，延時5s 后，#2時間繼電器的第2常開觸點(diǎn)閉合，線路3導(dǎo)通，同時#3時間繼電器的第3常開觸點(diǎn)閉合，#1常開電磁閥得電，#1常開電磁閥閉合，切斷動壓取樣管道取壓。

線路3導(dǎo)通，#3時間繼電器線圈帶電導(dǎo)通，開始計(jì)時，延時2s 后，#3時間繼電器的第2常開觸點(diǎn)閉合，線路4導(dǎo)通，同時#3時間繼電器的第3常開觸點(diǎn)閉合，#2常閉電磁閥得電，#2常閉電磁閥打開，平衡差壓變送器高低壓取樣口之間的壓力。

線路4導(dǎo)通，#4時間繼電器線圈帶電，開始計(jì)時，延時3s 后，#4時間繼電器第2常開觸點(diǎn)閉合，線路5導(dǎo)通，同時#4時間繼電器第3常開觸點(diǎn)閉合，#3常開電磁閥得電，#3常開電磁閥閉合，解列壓差變送器工作狀態(tài)。

線路5導(dǎo)通，#5時間繼電器帶電，開始計(jì)時，延時3s 后，#5時間繼電器第2常開觸點(diǎn)閉合，線路6導(dǎo)通，同時#5時間繼電器第3常開觸點(diǎn)閉合，#4常閉電磁閥和#5常閉電磁閥均得電，#4常閉電磁閥和#5常閉電磁閥均打開，開始反吹，吹掃高壓取樣管道和靜壓取樣管道中的雜物。

線路6導(dǎo)通，#6時間繼電器線圈帶電，開始計(jì)時，延時30s 后，#6時間繼電器第2常開觸點(diǎn)閉合，線路6自鎖，此刻#6繼電器第4常閉觸點(diǎn)斷開，線路5失電，#5時間繼電器失電，#5時間繼電器第3常開觸點(diǎn)斷開，#4常閉電磁閥和#5常閉電磁閥均失電，停止反吹，將第一反吹管路4隔離出該裝置，同時#6時間繼電器第3常開觸點(diǎn)閉合。

線路7導(dǎo)通，#7時間繼電器導(dǎo)通，開始計(jì)時，延時3s 后，#7時間繼電器第2常開觸點(diǎn)閉合，線路7自鎖，此刻#7時間繼電器第4常閉觸點(diǎn)斷開，線路4失電，#4時間繼電器失電，#4時間繼電器第3常開觸點(diǎn)斷開，#3常開電磁閥失電，同時#7時間繼電器第3常開觸點(diǎn)閉合。

線路8導(dǎo)通，#8時間繼電器帶電，開始計(jì)時，延時2s 后，#8時間繼電器的第2常開觸點(diǎn)閉合，線路8自鎖，此刻#8時間繼電器第4常閉觸點(diǎn)斷開，線路3失電，#3時間繼電器失電，#3時間繼電器第3常開觸點(diǎn)斷開，#2常閉電磁閥失電，同時#8時間繼電器的第3常開觸點(diǎn)閉合。

線路9導(dǎo)通，#9時間繼電器帶電，開始計(jì)時，延時3s 后，#9時間繼電器第2常開觸點(diǎn)閉合，線路9自鎖，此刻#9時間繼電器第4常閉觸點(diǎn)斷開，線路2失電，#2時間繼電器線圈失電，#2時間繼電器第3常開觸點(diǎn)斷開，#1常開電磁閥失電，#1常開電磁閥打開，壓差變送器恢復(fù)正常測量狀態(tài)。

同時，#9時間繼電器第3常開觸點(diǎn)閉合，#10時間繼電器帶電，計(jì)時5s 后，#10時間繼電器第2常閉觸點(diǎn)斷開，#11時間繼電器帶電，計(jì)時5s 后，#11時間繼電器第2～第5常閉觸點(diǎn)斷開，整個電路恢復(fù)原始狀態(tài)。

2.3 自動反吹閉鎖風(fēng)量計(jì)算邏輯介紹

通過DCS 系統(tǒng)畫面按鈕及邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)啟動吹掃自動退出磨煤機(jī)風(fēng)量自動，保持原風(fēng)量測量值，吹掃結(jié)束后人工確認(rèn)吹掃正常，恢復(fù)原保護(hù)狀態(tài)及風(fēng)量正常計(jì)算狀態(tài)。自動反吹閉鎖風(fēng)量計(jì)算邏輯圖（圖3）。

圖3 自動反吹閉鎖風(fēng)量計(jì)算邏輯圖

當(dāng)運(yùn)行值班員發(fā)現(xiàn)風(fēng)量值擺動等不正常現(xiàn)象時，按下DCS 操作畫面“吹掃啟動按鈕”，“吹掃進(jìn)行中”被置位為TRUE，閉鎖退出磨煤機(jī)風(fēng)量低保護(hù)邏輯，并自動保持風(fēng)量計(jì)算值為啟動吹掃前的示值（圖4），因自動反吹只影響單一風(fēng)量裝置的測量值，故不影響鍋爐主保護(hù)的正常投入。與此同時發(fā)出自動反吹裝置電氣控制“遠(yuǎn)方啟動”指令脈沖信號。啟動自動反吹裝置。

圖4 自動反吹閉鎖風(fēng)量計(jì)算邏輯圖

圖4中SEL 01左側(cè)1、2、3為輸入引腳，右側(cè)4為輸出引腳，引腳1為FALSE 時、輸出4=輸入2，引腳1為TRUE 時、輸出4=輸入3。即吹掃未進(jìn)行時，風(fēng)量引用變送器正常測量值計(jì)算，吹掃進(jìn)行中，風(fēng)量引用吹掃前示值進(jìn)行計(jì)算。

自動反吹裝置按照設(shè)定的時間吹掃完成后，KA1繼電器的一組接點(diǎn)KA1.4置位“電氣完成信號”為TRUE。運(yùn)行值班員檢查風(fēng)量示值是否恢復(fù)正常，確認(rèn)后按下DCS 操作畫面“吹掃完成確認(rèn)”。兩個條件均為TRUE，“吹掃進(jìn)行中”被復(fù)位為FALSE，自動投入磨煤機(jī)風(fēng)量低保護(hù)邏輯，并恢復(fù)風(fēng)量計(jì)算值為實(shí)際測量值。

通過風(fēng)量變送器取樣管路及電磁閥改造、自動反吹裝置電氣控制回路的設(shè)計(jì)安裝，以及DCS 端控制邏輯自動閉鎖的修改完善，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)風(fēng)量裝置被粉灰堵塞后的全自動吹掃恢復(fù)功能。