陳 琳

(大唐三門峽發(fā)電有限責任公司，河南 三門峽472143)

撈渣機作為鍋爐主要輔機之一，其安全、可靠、穩(wěn)定運行與否，直接影響到鍋爐的安全［1］. 運行實踐表明，撈渣機常見故障有傳動鏈卡鏈、繃斷，斜升段軌道損壞、粉料盤損壞、減速機損壞、鋼結構梁升段軌道損壞等［2］. 隨著近幾年煤炭市場的大幅波動，幾乎全國所有火電廠難以長期燃用設計煤種，實際燃用煤質遠遠偏離設計煤種［3－4］，鍋爐渣量遠大于設計值.為防止撈渣機因渣量大，出現過載跳閘或設備損壞事件的發(fā)生，電廠將撈渣機轉速人為提高，以保證其安全運行. 但撈渣機常出現空載或小荷載運行，增加電耗，使經濟性降低，磨損加劇，可靠性降低，維護費用增加，使用壽命大大縮短［5］.

三門峽電廠二期兩臺600 MW 前后對沖燃煤鍋爐機組，每套鍋爐設置一臺刮板撈渣機.撈渣機刮板設計運行速度為0.50 ～1.94 m/min，出力為7 ～27 t/h，由于鍋爐燃用煤種長期偏離設計煤種，撈渣機長期處于超負荷運行狀態(tài)，其刮板實際運行速度為3 ～8 m/min，實際出力為30 ～80 t/h.長期運行結果表明，機組經濟性下降，煤耗量提高15.45 ～75.45 t/h;撈渣機磨損大，磨損點主要在刮板和鏈條處.為提高電廠安全經濟性和有效降低撈渣機磨損，筆者針對三門峽電廠600 MW 機組撈渣機運行控制進行優(yōu)化，研究撈渣機轉速自動控制策略，實現轉速調節(jié)與渣量適應的自動控制.

1 撈渣機轉速與渣量關系

設鏈條運行速度在V0時，撈渣機的出力W1正好等于鍋爐排渣量W2，則V0為對應負荷下撈渣機鏈條基準速度，即當鏈條速度等于V0時，有

如圖1和圖2所示，撈渣機正常運行時，刮板所送灰渣通常形成三角形，根據實際稱量，圖1所示的渣量等量于圖2的渣量. 計算中將圖2所示的渣量作為撈渣機正常運行時刮板的渣量，其外形可看成三菱柱體.

圖1 實際刮板撈渣型圖

圖2 刮板撈渣等量型圖

圖2中:α 為刮板工作面的高度，m;l 為刮板工作面的寬度，m;β 為撈渣機傾斜段(或稱脫水段)與水平線的夾角，(°).

正常運行時渣量為

式中ρ 為刮板上灰渣的密度，t/m3.

由每板刮板渣量Q1，便可求出撈渣機的出力為

式中L 為刮板間的距離，m.

鍋爐排渣量W2，即煤中的灰分經燃燒后產生的焦渣量，

式中:Q 為鍋爐每小時燃煤量，t;A 為分析基煤的平均灰分;Φ 為煤中的灰分經燃燒后轉變成焦渣的比例，%，可根據燃煤量、灰分以及每小時的產渣量計算.Φ 值一般取10% ～15%，如煤質好，鍋爐燃燒工況優(yōu)良，可取10%.

由式(1)可推出:

根據式(6)可求出任意鍋爐負荷下已知煤質時的鏈條基準速度.

為了便于監(jiān)控觀察，在設備運行畫面中將撈渣機轉速以百分數v 的形式表示，即

式中:r 為鏈條速度，m/min;d 為液壓馬達驅動輪直徑，m.

分析式(6)發(fā)現，撈渣機轉速和渣量呈線性關系.由此可根據負荷、煤質分析和實際渣量擬合撈渣機轉速表.實際設置轉速時考慮1.1 ～1.2 倍的余度，以保證撈渣機安全運行.

2 轉速控制策略

三門峽電廠二期600 MW 機組的撈渣機設計由液壓馬達驅動，油泵電機在無負荷下啟動到額定轉速.油泵是軸向柱塞變量泵，由4 ～20 mA 電流信號控制油泵的比例閥，從而控制流量輸出.流量輸出決定馬達運轉的速度.機組在正常運轉情況下，通過調節(jié)液壓馬達的轉動速度來調節(jié)撈渣機的排渣量.調節(jié)撈渣機控制速度的方式有就地調速及遠程調速2 種.遠程調速由遠程除灰渣控制系統(tǒng)發(fā)出的4 ～20 mA信號直接輸入SPIDER 控制器.就地調速在SPIDER 控制器上實現.就地控制為純電氣回路，回路中串連油泵電機過載，SPIDER 實現液壓馬達保護.

轉速控制完全由運行人員根據當前渣量大小憑個人經驗設置滿足出渣量的轉速.若設置轉速過低，會造成撈渣機溢渣，甚至造成撈渣機過載跳閘;若設置轉速過高，撈渣機各部件磨損加劇，降低使用壽命.一般轉速設置量都偏高，撈渣機常過負荷運行.

原撈渣機轉速控制是通過各信號進入除灰系統(tǒng)PLC 來實現的，不便于分析問題，而且只能由運行人員不間斷地巡檢，根據負荷、渣量的多少，手動調節(jié)轉速，往往容易將撈渣機的轉速調節(jié)得過大，加劇磨損程度，降低撈渣機的使用壽命.

2.1 自動控制方案

撈渣機轉速自動控制嚴格按照3#，4#爐撈渣機轉速控制的改造方案執(zhí)行，在2 ×600 MW 脫硫DCS增加3#，4#爐除渣系統(tǒng)畫面，并且制作撈渣機的轉速控制畫面(如圖3所示)，編寫自動控制邏輯，制作轉速偏差大報警、轉速低聲光報警，通過主機傳送的實時總煤量信號換算出撈渣機的轉速指令，取消了原600 MW 機組除渣系統(tǒng)畫面上的轉速控制內容、轉速偏差大報警、轉速低報警的內容.

圖3 600 MW 鍋爐撈渣機轉速控制畫面圖

2.2 編譯組態(tài)邏輯

撈渣機轉速百分比與渣量具有線性關系，撈渣機的相關參數見表1.

表1 撈渣機相關參數

根據理論計算和實際測試，建立鍋爐實時給煤信號與轉速之間的函數關系式，給定轉速調節(jié)指令與鍋爐給煤信號的對應關系，編譯自動調節(jié)撈渣機轉速的控制程序，同時增加手動自動切換調節(jié)方式.經過調試后測得撈渣機轉速自動控制指令與渣量對應關系為

式中:Q'為渣量，t/h;M 為總煤量，t/h.

以額定煤量55 t/h 計算，灰分以37%計算，得到撈渣機自動轉速指令與渣量對應關系見表2.

表2 撈渣機轉速自動控制指令與渣量對應關系

2.3 轉速自動控制邏輯

在不改變就地SPIDER 控制器對轉速的控制方式下，嚴格依照設計原理及原理圖編寫，轉速自動控制邏輯如圖4所示.

圖4 600 MW 鍋爐撈渣機(3#)轉速控制邏輯圖

具體自動控制邏輯如下:

1)正常情況下，撈渣機處于自動控制狀態(tài)，撈渣機根據煤量折算出的渣量自動對應轉速.

2)當遇到機組煤質大幅波動時，運行人員可根據渣量通過調整煤質灰分設定達到自動調整撈渣機轉速的目的.

3)為了防止機組啟動過程中煤量過低導致撈渣機轉速過低，因此設定了當煤量信號對應的轉速指令小于15%時，切換為手動控制方式，同時發(fā)出撈渣機轉速自動控制切手動報警信號.

4)當撈渣機液壓馬達系統(tǒng)出現故障時可能造成撈渣機指令與反饋出現偏差，會造成撈渣機撈渣不及時或轉速過快等異常情況，因此在邏輯中設定了若指令反饋偏差大于15%時，自動將其切換至手動操作方式，同時發(fā)出切換手動報警信號.

5)遇到鍋爐掉焦、開關液壓關斷門等特殊情況時，運行人員可根據實際情況手動調節(jié)撈渣機轉速.

機組燃燒運行產生的爐渣經過鍋爐渣斗排放至輸送帶上，通過液壓馬達驅動撈渣機的刮板將渣輸送至A 和B 渣倉. 圖3控制畫面中顯示有機組負荷、轉速指令、轉速反饋、總煤量、驅動轉速、鏈條速度，運行人員通過查看總煤量的大小來調節(jié)轉速指令，控制液壓馬達的驅動速度大小，從而控制排放渣速度.

3 結 語

為了保證撈渣機的安全穩(wěn)定運行，即在脫硫系統(tǒng)復雜，灰硫運行人員配備緊湊，操作任務繁重的同時，能正確、合理、有效地調節(jié)撈渣機的轉速，避免運行人員操作不及時而溢渣，造成撈渣機停運，影響鍋爐的安全運行，同時對周圍的環(huán)境衛(wèi)生也造成不良影響.

通過對撈渣機轉速控制策略的研究，能夠實現實時自動的轉速調節(jié)，確保撈渣機在合理的轉速條件下運行，在節(jié)能及提高撈渣機使用壽命等多方面達到了預期的效果，有效降低了撈渣機刮板的磨損，使主機處于安全、穩(wěn)定、健康的運行狀態(tài).

［1］周強泰.鍋爐原理［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］呂大慶.刮板式撈渣機常見故障分析及處理［J］.華中電力，2010(6):67－69.

［3］陳剛，夏季，彭鵬，等.火電機組混煤摻燒全程動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)與應用［J］.中國電力，2011，44(4):50－54.

［4］陳文，段學農，陳一平，等.混煤摻燒中晉城無煙煤對飛灰含碳量的影響及控制措施［J］.電站系統(tǒng)工程，2010，26(4):17－19.

［5］戴榮，張斌. 火電廠刮板撈渣機防磨損探討［EB/OL］.［2010－12－28］http://www.cectech.org.cn/.