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)電廠的給煤機作為制粉系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，擔負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)濟運行。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、費用高，經(jīng)常造成給煤量波動，燃燒不穩(wěn)，影響燃料向爐膛的正常輸入。如果未能及時發(fā)現(xiàn)斷煤或處理不當，可能造成磨組跳閘，機組被迫緊急降負荷甚至鍋爐滅火等惡劣后果，對整個機組的安全構(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)計為正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置5套輥式中速磨煤機，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)和鍋爐額定蒸發(fā)量(BECR)工況時均投入4套，另外1套備用，給煤機采用變頻調(diào)節(jié)稱重式給煤機。自2010年機組投運以來，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斷煤，需要大量搶修人員現(xiàn)場敲打落煤口進行緊急處理。

頻繁的斷煤嚴重影響了鍋爐的安全穩(wěn)定運行，為解決制粉系統(tǒng)頻繁斷煤的問題，2015年對4號鍋爐進行了改造，在每套制粉系統(tǒng)原煤倉下部與給煤機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)、疏通機構(gòu)組成，斷煤時裝置自動啟動，疏通機上下往復(fù)運動清掃煤倉壁，破壞煤倉堵塞的基礎(chǔ)，達到疏通煤倉，解決落煤口堵塞的目的。

清堵疏通裝置投入運行后，經(jīng)實踐檢驗，在2015年冬季制粉系統(tǒng)發(fā)生的多次斷煤中，疏通裝置的及時啟動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，避免了事故進一步擴大。然而，也發(fā)生了多次疏通裝置在自動模式下拒啟動和啟動后未能清堵疏通的情況。據(jù)統(tǒng)計，2015年12月，因疏通裝置拒啟動或清堵失敗，5臺給煤機共發(fā)生不同程度斷煤17次，造成磨煤機停運1次，鍋爐被迫投油穩(wěn)燃1次，主、再熱汽溫超標等異常情況4次。鑒于煤倉疏通裝置在自動模式下存在的隱患，為保證疏通機啟動的及時性和可靠性，機組冬季斷煤高發(fā)期，不得不設(shè)置專人專職在就地負責疏通裝置的操作，大大增加了運行維護工作量。

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、定時啟動和自動控制三種模式。鍋爐正常運行時，疏通裝置通常采用自動控制模式。該模式下不需人為干預(yù)，裝置接受給煤機斷煤報警器發(fā)出的斷煤信號控制，一旦給煤機斷煤信號發(fā)出，設(shè)備立即聯(lián)鎖啟動，連續(xù)運行90 s后自動停止。

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行了詳細分析，在記錄的11次拒啟現(xiàn)象中，發(fā)現(xiàn)有9次是給煤機發(fā)生斷煤后，斷煤報警器未能正常發(fā)出斷煤信號所致。給煤機斷煤報警器的可靠性差是造成疏通裝置拒啟的直接原因。

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

a.該斷煤報警器擋板長期與給煤機內(nèi)部煤流直接接觸，工作環(huán)境惡劣，受磨損、腐蝕嚴重，導(dǎo)致斷煤報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，斷煤報警開關(guān)不能有效做出反應(yīng)，及時地判斷斷煤情況。

2.2 疏通裝置PLC聯(lián)鎖邏輯設(shè)計分析

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，疏通裝置自動模式下聯(lián)鎖啟動進行90 s清堵后，有時斷煤現(xiàn)象仍然存在，而疏通裝置卻不再自動啟動。需將疏通裝置由自動模式切至現(xiàn)場手動模式繼續(xù)手動啟動疏通機，通常清堵2～3 min后落煤方能正常，給煤機斷煤現(xiàn)象消除;另外，在雨季發(fā)生斷煤時，隨著疏通裝置聯(lián)鎖啟動，斷煤現(xiàn)象隨即消除，90 s疏通機停止運行后，馬上又會再次發(fā)生斷煤?？梢姡柰ㄑb置自動模式下設(shè)置的運行90 s的時間并不合理。在煤倉堵塞較嚴重時，90 s的運行時間不能徹底瓦解煤倉堵塞;而在煤濕度、粘度較大時，疏通機自動運行時間內(nèi)只能暫時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，提出以下2種綜合判斷給煤機斷煤的新思路。

a.方案1:稱重式給煤機的瞬時給煤量是通過給煤機轉(zhuǎn)速與稱重傳感器測得的單位距離皮帶上原煤的重量計算得出的，它可以直觀地反映出給煤機皮帶上煤量的多少。當發(fā)生斷煤時，瞬時給煤量變化非常明顯。利用DCS輸出至給煤機的給煤指令與瞬時給煤量反饋信號進行比較，當給煤指令一定而瞬時給煤量突降至某一定值或偏差較大時，判斷為給煤機發(fā)生斷煤。同時，保留原有給煤機斷煤報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瞬時給煤量的變化趨勢綜合分析，設(shè)置當給煤機運行時，給煤指令大于10 t/h且瞬時給煤量小于5 t/h時，經(jīng)DCS邏輯判斷為給煤機斷煤，DCS輸出斷煤信號報警同時輸出聯(lián)鎖啟動信號至疏通裝置PLC。

b.方案2:給煤機電流能直接反映給煤機負載的變化，給煤機斷煤后電流應(yīng)隨皮帶存煤量逐漸減少而不斷下降，因此，可以根據(jù)不同工況下給煤機運行時和斷煤時電流的大小，選取一個合適的電流值作為間接判斷給煤機是否斷煤的定值，通過DCS的低限邏輯判斷使實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)合原有給煤機斷煤報警器的斷煤信號，綜合判斷。

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

顯然，在準確性和靈活性上利用瞬時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臺給煤機斷煤判斷邏輯全部進行優(yōu)化，采用原有機械擋板式斷煤報警器直接檢測，結(jié)合瞬時給煤量間接判斷的方式綜合判斷斷煤情況。

給煤機運行時，當就地機械擋板式斷煤報警器發(fā)出信號或當給煤機指令不小于10 t/h而瞬時給煤量反饋不大于5 t/h時，邏輯判斷為給煤機發(fā)生斷煤，輸出兩個數(shù)字輸出(DO)點。一個DO點作為DCS斷煤報警信號，而另一個DO點激勵DCS繼電器線圈，繼電器相應(yīng)常開觸點閉合，送至對應(yīng)的煤倉疏通裝置PLC中，通過PLC內(nèi)部邏輯最終實現(xiàn)疏通機的聯(lián)鎖啟動，提高斷煤信號的可靠性。

3.2 疏通機PLC邏輯優(yōu)化

煤倉疏通機的控制是通過PLC內(nèi)部邏輯組態(tài)實現(xiàn)。自動模式下，當斷煤報警開關(guān)量信號由0變?yōu)?時，產(chǎn)生90 s脈沖信號控制疏通機運行。

由于自動模式下疏通裝置設(shè)置90 s的啟動時間不能滿足現(xiàn)場實際需要，同時考慮煤質(zhì)粘度較大時，疏通機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斷開算法，并設(shè)置180 s延時。即在自動控制模式下，當優(yōu)化后的斷煤報警信號發(fā)出，觸發(fā)PLC內(nèi)部繼電器，閉合相應(yīng)觸點，聯(lián)鎖啟動疏通裝置工作，直至“斷煤信號”消失后，疏通裝置將繼續(xù)運行180 s后自動停止。優(yōu)化后的斷煤報警判斷及疏通裝置聯(lián)鎖啟動邏輯見圖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)化實施至今，取得了很好的效果。以2016年冬季為例，5臺給煤機發(fā)生的多次斷煤中，除D給煤機轉(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，疏通裝置及時啟動后斷煤現(xiàn)象很快得以消除，未再發(fā)生過設(shè)備停運或減負荷的嚴重事故。給煤機斷煤信號可靠性得到明顯提高，從而保障了制粉系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

根據(jù)給煤量變化間接判斷給煤機斷煤可有效提高給煤機斷煤檢測的可靠性，并據(jù)此實現(xiàn)原煤倉斷煤的自動處理。該方案邏輯簡單清晰、判斷準確;通過準確的判斷斷煤實現(xiàn)原煤倉疏通裝置的自動控制，不僅能及時發(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行人員的干擾，極大減輕了勞動強度，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)濟性。