鄧勇剛

（大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南 湘潭 411102）

0 引言

近年來(lái)，陸續(xù)發(fā)生多起除塵器灰斗垮塌事件，造成了嚴(yán)重的人身傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失：2005年1月，湖北蒲圻電廠1號(hào)300MW機(jī)組除塵器整體坍塌事故；2005年內(nèi)蒙古某鋁電公司自備電廠一期3號(hào)機(jī)組“4.9”灰斗脫落事故；2013年某煉鐵廠除塵器突發(fā)坍塌，一電氣點(diǎn)檢員被困死亡；2014年唐山某公司“9.23”電除塵器灰斗坍塌事故造成3人死亡；2017年，內(nèi)蒙古某電廠發(fā)生除塵器坍塌；2019年某水泥廠布袋收塵器灰斗塌落事故；2021年9月，華銀電力株洲電廠4號(hào)鍋爐A除塵器發(fā)生坍塌，造成4人死亡重大事故；2022年2月15日，上海外高橋電廠A側(cè)除塵器發(fā)生器坍塌，造成6人死亡[1]。

除塵器灰斗安全問(wèn)題變得極為重要，同時(shí)，國(guó)資委、國(guó)家能源局以及各大電力集團(tuán)對(duì)于除塵器灰斗、灰斗運(yùn)行管理、灰斗料位計(jì)等，提出了具體明確的要求[2]。在落實(shí)執(zhí)行過(guò)程中，有不少的優(yōu)化措施可以采取，極大地提高了灰斗料位測(cè)量的可靠性，為灰斗的安全運(yùn)行保駕護(hù)航[3]。

1 灰斗系統(tǒng)情況

不管是布袋除塵器還是電除塵，在除塵器下方均必須有灰斗收集煙氣中的灰分。圖1是某電除塵的框架圖，灰斗就是下部的金屬材質(zhì)三角錐體。圖2是灰斗料位計(jì)安裝示意圖。機(jī)組運(yùn)行中灰斗內(nèi)系統(tǒng)負(fù)壓2kPa左右，溫度達(dá)到160℃左右，灰斗中的灰無(wú)法直接觀測(cè)到。按照《防除塵器坍塌重點(diǎn)要求》，灰斗一般設(shè)置有高低兩個(gè)料位計(jì)，壁溫測(cè)點(diǎn)以及負(fù)壓取樣裝置監(jiān)測(cè)灰斗的運(yùn)行狀況[2]?；叶分姓Ｇ闆r下有一定的灰量，過(guò)多會(huì)導(dǎo)致灰斗承重過(guò)載，過(guò)少會(huì)導(dǎo)致輸灰設(shè)備出力不夠，浪費(fèi)能源。因此，需要可靠監(jiān)測(cè)灰斗中的灰位，確?？刂苹椅辉谝粋€(gè)合適的位置。

圖1 某電除塵框架圖Fig.1 Frame diagram of an electrostatic precipitator

圖2 灰斗料位計(jì)安裝示意圖Fig.2 Schematic diagram of the installation of the ash hopper level gauge

2 主要存在的問(wèn)題

2.1 原料位計(jì)問(wèn)題多，可靠性不高

原來(lái)本廠#1、#2機(jī)組（300MW）采用的是機(jī)械式料位計(jì)，該種料位計(jì)需要線圈帶磁間斷動(dòng)作或者電機(jī)間斷動(dòng)作來(lái)判斷料位開(kāi)關(guān)量信號(hào)。缺點(diǎn)就是要插入灰斗內(nèi)部，有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并且動(dòng)作很頻繁，非常容易發(fā)生故障，維修更換必須停機(jī)并清空灰斗才能進(jìn)行。

原來(lái)本廠#3、#4機(jī)組（600MW）采用的是電容式料位計(jì)。缺點(diǎn)也是要插入灰斗內(nèi)部，由于料位計(jì)本身掛灰等原因?qū)е陆?jīng)常誤報(bào)，同樣的原因故障時(shí)必須停機(jī)清空灰斗拆出來(lái)檢查或更換，在線運(yùn)行時(shí)無(wú)法判斷其工作情況。

2.2 無(wú)源核子料位計(jì)的不足

2009年開(kāi)始，本廠逐步將原來(lái)的機(jī)械式料位計(jì)和電容式料位計(jì)更換為無(wú)源核子料位計(jì)，整體使用情況較好。由于是較早使用新產(chǎn)品，也還存在以下不足：

1）煤種變化，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)。

2）故障時(shí)無(wú)法遠(yuǎn)方報(bào)警。部分型號(hào)料位計(jì)開(kāi)關(guān)量報(bào)警信號(hào)是常開(kāi)節(jié)點(diǎn)報(bào)警，在料位計(jì)故障或者停電時(shí)無(wú)法發(fā)出報(bào)警信號(hào)，存在誤導(dǎo)運(yùn)行人員灰斗沒(méi)有料位的可能。

3）存在“堆料輻射衰減”物理現(xiàn)象而不報(bào)警。

4）無(wú)源核子料位計(jì)的校準(zhǔn)問(wèn)題。暫時(shí)沒(méi)有電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法執(zhí)行校驗(yàn)和整定工作。

3 問(wèn)題產(chǎn)生原因分析

3.1 原料位計(jì)問(wèn)題多可靠性不高

本廠使用的機(jī)械式料位計(jì)和電容式料位計(jì)，以及部分電廠使用的射頻導(dǎo)納料位計(jì)和旋阻式料位計(jì)均是需要插入式安裝，測(cè)量部分需要插入灰斗的灰中，容易導(dǎo)致在料位計(jì)插入處掛灰。由于灰斗的高溫特性，在檢修維護(hù)中拔出料位計(jì)就是風(fēng)險(xiǎn)很大的工作。當(dāng)灰斗內(nèi)壁上部分掛灰時(shí)，以上料位計(jì)就會(huì)誤報(bào)警，機(jī)組運(yùn)行中又不便拆下來(lái)確認(rèn)和維護(hù)。

3.2 無(wú)源核子料位計(jì)的不足

1）煤種變化，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)是其工作原理決定的。無(wú)放射源核子料位計(jì)工作原理是：不需要人工放射源，充分利用自然環(huán)境中廣泛存在的微量天然放射性核數(shù)。當(dāng)物料位置發(fā)生變化，物料數(shù)量的多少與探測(cè)器距離的遠(yuǎn)近發(fā)生變化時(shí)，探測(cè)器檢測(cè)到的物料自身γ射線是不同的。由于物料的屏蔽作用，當(dāng)物料位置發(fā)生變化時(shí)，穿過(guò)容器的γ射線強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化。NAK系列無(wú)放射源核子料位計(jì)就是根據(jù)探測(cè)器測(cè)量到的γ射線的變化，采用了隨機(jī)小信號(hào)識(shí)別技術(shù)和專用的信號(hào)處理程序，有效地將物位信號(hào)從噪聲中提取出來(lái)，從而判斷物料的位置。其測(cè)量的真正對(duì)象是煤炭燃燒后粉煤灰中含有的放射性雜質(zhì)釋放的Y射線能量。不同煤炭中含有的放射性雜質(zhì)比例、特性存在顯著的差異性和不規(guī)則性，任何一體化無(wú)源核子料位計(jì)在缺乏外部料種修正儀協(xié)助的情況下，事實(shí)與理論上都不具備料種變化的修正能力。

2）故障無(wú)法遠(yuǎn)方報(bào)警的原因是部分型號(hào)料位計(jì)開(kāi)關(guān)量報(bào)警信號(hào)是常開(kāi)節(jié)點(diǎn)報(bào)警，在料位計(jì)故障或者停電時(shí)無(wú)法發(fā)出報(bào)警信號(hào)，存在誤導(dǎo)運(yùn)行人員灰斗沒(méi)有料位的可能。

3）“堆料輻射衰減”是當(dāng)灰斗內(nèi)物料增加到一定程度后，由于下部密度增加，導(dǎo)致該測(cè)量位置無(wú)源核子料位計(jì)實(shí)際測(cè)量到輻射能量下降。從而出現(xiàn)灰斗實(shí)際灰位增加，但是無(wú)源核子料位計(jì)報(bào)警信號(hào)消失，連續(xù)料位下降現(xiàn)象。該現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行人員對(duì)于灰斗灰位狀態(tài)和變化趨勢(shì)的錯(cuò)判，給生產(chǎn)安全帶來(lái)極為嚴(yán)重的安全隱患。

4）無(wú)源核子料位計(jì)的校準(zhǔn)問(wèn)題是由于其特性決定的，屬于新設(shè)備，相關(guān)的校準(zhǔn)和監(jiān)測(cè)儀器儀表沒(méi)有普及推廣，無(wú)法像壓力和溫度一樣每個(gè)廠均可以自己檢定。

4 改進(jìn)的措施

針對(duì)以上問(wèn)題和原因逐步改進(jìn)，并在后續(xù)工作中也安排了徹底改造的計(jì)劃。具體內(nèi)容如下：

4.1 將老式料位計(jì)更換為無(wú)放射源核子料位計(jì)，料位計(jì)改模擬量監(jiān)控

無(wú)源核子料位計(jì)的工作可靠性，從原理上來(lái)說(shuō)比機(jī)械式料位計(jì)、電容式料位計(jì)、射頻導(dǎo)納料位計(jì)和旋阻式料位計(jì)有很大的優(yōu)勢(shì)，并且具有無(wú)放射源、非接觸測(cè)量、抗掛料、抗粉塵、長(zhǎng)壽命，適應(yīng)各種煤種，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，采用灰斗體外安裝，隨時(shí)可以進(jìn)行安裝和維護(hù)的特點(diǎn)。本廠從2009年開(kāi)始就逐步將灰斗料位計(jì)更換為無(wú)源核子料位計(jì)（見(jiàn)圖3），可靠性得到了較充分的驗(yàn)證。現(xiàn)在的產(chǎn)品更是能夠?qū)崿F(xiàn)灰斗料位的模擬量監(jiān)控，直接用信號(hào)壞質(zhì)量判斷就可以確定是否料位計(jì)正常。通過(guò)分析灰斗模擬量料位的變化趨勢(shì)與機(jī)組運(yùn)行工況、輸灰狀況的關(guān)系，可以很容易判斷出來(lái)料位測(cè)量是否準(zhǔn)確。

圖3 核子料位計(jì)替換原電容料位計(jì)Fig.3 The nuclear level gauge replaces the original capacitor level gauge

4.2 核子料位計(jì)檢查、校準(zhǔn)、比對(duì)、核實(shí)

核子料位計(jì)具有免維護(hù)的特性[4]，但是并不是不要去管它。定期的巡視檢查和比對(duì)，以及集中檢修期間的核對(duì)工作是必不可少的[5]。為此，特意采購(gòu)了一套便攜式核子料位計(jì)（見(jiàn)圖4），帶移動(dòng)電源和伸縮桿，可以方便現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)。每周現(xiàn)場(chǎng)巡視一次，主要查看安裝位置是否變動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)電源和顯示是否正常。每年集中檢修期間進(jìn)行比對(duì)和空倉(cāng)核對(duì)，檢修記錄表格見(jiàn)表1。日常運(yùn)行中懷疑有料位誤報(bào)警或者不報(bào)警時(shí)也進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)，必要時(shí)更換料位計(jì)核實(shí)測(cè)量是否正常。通過(guò)以上工作，雖然不能校準(zhǔn)核子料位計(jì)，但基本可以確保核子料位計(jì)的測(cè)量可靠。

圖4 便攜式無(wú)源核子料位計(jì)Fig.4 Portable passive nuclear level gauge

表1 核子料位計(jì)比對(duì)核對(duì)記錄表Table 1 Nuclear level meter comparison check record table

4.3 開(kāi)關(guān)量核子料位計(jì)報(bào)警的優(yōu)化

由于使用核子料位計(jì)比較早，大部分均是開(kāi)關(guān)量報(bào)警，改模擬量信號(hào)[6]需要料位計(jì)升級(jí)和DCS增加模擬量通道，費(fèi)用太高，只能逐步實(shí)施。針對(duì)目前情況采取了一些技術(shù)措施[7]：①報(bào)警回路接常閉節(jié)點(diǎn)，高料位報(bào)警、料位計(jì)故障、失電情況下節(jié)點(diǎn)閉合，定期對(duì)料位計(jì)停電看來(lái)不來(lái)報(bào)警信號(hào)，確認(rèn)整個(gè)控制回路是否正常，避免了因?yàn)榛芈穯?wèn)題、電源問(wèn)題導(dǎo)致的料位計(jì)不報(bào)警；②料位計(jì)提供二對(duì)接點(diǎn)，用于高高位和高位報(bào)警，在有DI空余通道和電纜備用芯的電廠，可以通過(guò)設(shè)置兩個(gè)不同的報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)一個(gè)核子料位計(jì)在兩個(gè)不同的料位均可以報(bào)警。

4.4 料位計(jì)異常報(bào)警

增加了智能邏輯判斷功能，在機(jī)組和除塵設(shè)備正常運(yùn)行，而輸灰設(shè)備或輸灰過(guò)程故障時(shí)，超過(guò)一定時(shí)間應(yīng)該產(chǎn)生料位信號(hào)報(bào)警而沒(méi)有產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，觸發(fā)光字牌報(bào)警提醒運(yùn)行人員該料位計(jì)可能有故障，要聯(lián)系控制人員檢測(cè)核實(shí)。

4.5 壁溫輔助判斷料位計(jì)

輸灰設(shè)備或過(guò)程正常，但實(shí)際某個(gè)灰斗堵灰，可以通過(guò)壁溫的周期波動(dòng)和一段時(shí)間內(nèi)是否有不正常的溫度降低來(lái)判斷灰斗是否在正常的下灰。如果壁溫判斷灰斗堵灰而料位計(jì)沒(méi)有高料位報(bào)警時(shí)，也觸發(fā)光字牌報(bào)警，提醒運(yùn)行人員該料位計(jì)可能有故障?！岸蚜陷椛渌p”物理現(xiàn)象而不報(bào)警的料位計(jì)也能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

4.6 負(fù)壓取樣裝置輔助確認(rèn)

在料位計(jì)安裝的附近位置，灰斗開(kāi)孔安裝負(fù)壓取樣管和閥門。在需要核實(shí)灰斗料位時(shí)打開(kāi)閥門，負(fù)壓吸入空氣說(shuō)明該處無(wú)灰，無(wú)負(fù)壓流出干灰即表示灰位至少已經(jīng)到了該處。

5 結(jié)論及建議

1）通過(guò)以上一系列的改進(jìn)措施，能夠極大地提高灰斗料位計(jì)測(cè)量的可靠性。

2）具備條件的電廠可以安裝核子料位計(jì)配套的煤質(zhì)修正儀，能夠很好地提高料位計(jì)模擬量測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3）γ射線強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)源或者標(biāo)準(zhǔn)儀器各電廠建標(biāo)困難，建議參考振動(dòng)保護(hù)探頭或質(zhì)量流量計(jì)，統(tǒng)一外送有資質(zhì)單位檢定。

4）開(kāi)發(fā)出更直觀、更直接、更可靠的灰斗料位計(jì)測(cè)量?jī)x表。