350MW机组吹灰控制系统存在问题及改进

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  摘要:针对戴蒙德公司监控原吹灰控制系统存在的IR-3D吹灰器卡在吹扫位无报警等一系列问题进行了分析、研究,实施了控制系统改造,运行实践证明改造后的控制系统具有很强的实用性,有效改善了吹灰运行安全性。
  关键词:吹灰控制系统;趋势图;控制逻辑;报警逻辑
  作者简介:原小宁(1973-),男,山西永济人,阳城国际发电有限责任公司发电部,工程师;原瑞红(1971-),女,山西永济人,中国电力投资集团公司山西临汾热电有限公司,技师。(山西 临汾 041000)
  中图分类号:TK227.3     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2011)12-0131-02
  
  锅炉吹灰系统对于清洁受热面,避免结焦,提高受热面吸热,降低排烟温度,保障锅炉运行安全和提高锅炉效率有着重要意义。但吹灰系统工作环境恶劣,其运行不当直接威胁着锅炉安全,一个良好的监控系统有利于发挥吹灰系统作用,确保吹灰系统故障及时发现并得到处理。
  一、吹灰热力设备及监控系统概述
  某电厂 350MW机组锅炉吹灰器系统由美国戴蒙德公司设计并提供,其吹灰系统分为炉本体吹灰及空预吹灰,炉膛配备22支IR-3D短枪,屏过及高过间配备8支IK545型长枪,水平烟道高过、高再区域配备8支IK546型和8支IK547型长枪,尾部烟道低过、低再区配备8支IK548型长枪及8支IKEL-525型半长枪(后来为减少受热面吹损,取消部分半长枪改为南京通用的乙炔脉冲吹灰,单独配有控制系统),省煤器配备8支EL-526型半长枪;两台空预冷、热端分别各设有一台IKAH-500型吹灰枪。该厂原监控系统配置采用IPC+PLC+MCC(上位机+下位机+执行部分)方式,上位机是一台Dell PC机,PLC下位机为美国AB LOGIX PLC,IPC配置美国戴蒙德公司监控软件BOS,监控控制逻辑功能绝大部分在BOS内完成,PLC仅作为输入、输出接口。吹灰系统运用总体情况良好,但由于戴蒙德吹灰器本身设计结构及设备逐步老化,运行中也逐渐暴露出一些问题、缺陷,极大地制约着锅炉安全运行,这些问题一定程度上与监控系统息息相关,通过监控系统改进完全可以弥补、减小损失。
  1.原有监控系统的存在盲区、不足及分析
  (1)炉膛IR-3D短枪传动轴固定销断卡在吹扫位,监控画面无报警,长时间吹损水冷壁。炉膛吹灰器结构设计巧妙,紧凑,它的传动系统由电动机、蜗轮蜗杆减速箱和一组开式传动齿轮及驱动销和螺纹管等组成,整体固定在鹅颈阀上,吹灰时,固定在尾部的电机转动经蜗轮蜗杆减速后,由一传动轴输出至前置开式传动齿轮组,前端大齿轮顺时针方向转动,大齿轮通过固定在内孔内两个驱动销带动喷头、螺纹管及后部的凸轮同方向转动,转动一定角度后,凸轮的导向槽导入后棘爪和导向杆,凸轮等不再转动而沿导向杆直线前移,喷头及螺纹管伸出。当螺纹管伸至前极限位置时,凸轮脱开导向杆拨开前棘爪,使喷嘴、螺纹管和凸轮一起随大齿轮旋转,随之凸轮打开阀门吹灰开始,吹灰过程由尾部的蜗轮蜗杆减速箱带动的反馈齿轮上撞销控制。完成预定的吹灰圈数后撞销B压到前限行程开关使电机控制回路断电,电机反转回路通电,吹灰器的喷头、螺纹管和凸轮同时反转,吹灰器本体阀门关闭,停止吹扫。当凸轮的导向槽导入前棘爪和导向杆,喷头、螺纹管、凸轮停止转动而退回到后极限位置,凸轮脱开导向杆拨开后棘爪继续作逆时针方向转动,直到撞销A压到后限行程开关使电机电源断开,凸轮停在起始位置。吹灰器完成一次吹灰过程。IR-3D结构决定了它的前限位(吹扫)、后极限位(停止)都是由反馈齿轮上撞销间接反馈,一旦中间传动薄弱环节有问题,则反馈失真。而蜗轮蜗杆减速箱低速输出轴与传动轴连接销子即为一薄弱处,使用IR-3D的多个电厂曾出现传动轴销子断裂吹灰枪卡在吹扫位,造成水冷壁爆管,监控画面却无报警。炉膛吹灰器所处区域为高温、高灰环境,吹灰器填料磨损、预空阀吹扫时漏汽、鹅颈阀与蒸汽管道连接法兰漏汽等,灰与蒸汽的共同作用下,结成垢并积在轴承箱里,既加大了轴承生锈的可能,又使轴承的滚动受到了更大的阻力,高温也使得轴承润滑恶化,最终使电机旋转阻力矩增大,传动轴固定弹性圆柱销受到剪切力增大,久而久之,造成断裂,喷头、螺纹管、凸轮停止旋转保留在原位,而蜗轮轴传动的反馈齿轮转动正常,后极限位行程开关动作返回,画面吹灰器状态无异常。传动轴销子断裂时恰在吹扫位最为不幸,若在前进、后退行程中则对锅炉无威胁,无论传动轴销子断裂在什么时刻,蒸汽流量上都会反映,断裂时恰在吹扫位,则其他吹灰枪运行蒸汽流量画面显示会上升一个台阶。断裂时在螺纹管前行过程,则该枪运行时蒸汽流量无起伏,发“低流量”报警;断裂时在螺纹管后退过程,则该吹灰器下次运行会报“低流量”报警。监控画面若组态有流量曲线图,则可看到炉膛吹灰器顺序运行时形成一个个有规律的间隔起伏波,对比IR-3D吹灰器运行前后基准平台值,流量波形,即可一目了然察明销子断裂变化。因此,除了机务加强巡视、维护力度,控制系统需对此作出改进。
  (2)IK型长枪、半长枪退限位行程开关故障,造成电机线圈烧、机架损坏。IK型长枪、半长枪退限位行程开关坏,枪退到极限位,电机仍旧无法断电,进而堵转烧毁电机,损坏机架。此故障当时无报警,只能顺延数分钟后依赖迟到的“超时报警”,且纵使运行人员现场发现也无能为力,缺乏停运手段。我们研究了IK型长枪的控制回路(见图1)、工作原理,找到了退限位行程开关故障的有效判据。吹灰时,监控系统发出远方命令Dline带电或就地按下“start”按钮,远启时,经Dline(+)—“Reverse”常闭接点—LSF行程开关触点(LSF为前限位行程开关跑车至前限位LSF行程开关触点断开)—(后退接触器)常闭触点R—前行接触器—Eline(—)构成回路,前行接触器带电(串在后退接触器回路中前行接触器常闭接点断开,闭锁后退接触器线圈加励),电机电源接通,跑车前进(离开退限位后,退限位行程开关LSR触点闭合),远启命令或按下“start”按钮即可解除,此时经A2LINE(+)—前行接触器常开接点(自保持)—“Reverse”常闭接点—LSF行程开关触点—(后退接触器)常闭触点—前行接触器—Eline(—)构成回路,吹灰枪管一同前进,随即跑车带动拉杆、开启阀门、吹灰开始。当跑车前进触及前端的行程开关时,前行接触器失电,前行接触器常闭接点F闭合,后退接触器带电,电机反转,跑车退回并使吹灰枪缩回,退至终点、跑车推动拉杆关闭蒸汽阀门、触及后限行程开关,LSR触点断开,电机停运,吹灰器完成一次吹灰过程可以看到跑车退至终点有两个接续行为:关闭蒸汽阀门;触发后限行程开关动作。二者时间相隔甚短,因此可以通过蒸汽流量的回落至零来判断出跑车退至位。
  (3)吹灰运行中电源故障,吹灰器停运无报警。吹灰总电源取自炉MCCI段一空气断路器下口,然后经炉12m电流变送器柜分为三分支,炉膛吹灰器、空预吹灰器共用一路电源,左\右侧IK长枪电源各为一分支,每一分支装有电流变送器,用于监视和保护该控制组吹灰器。吹灰器露天布置,加之炉侧环境相对较差,风吹、日晒、雨淋、灰尘,绝缘老化,吹灰运行中总电源空气断路器易故障保护顶掉,吹灰枪在中途停运,而此时监控系统无报警,只能等到超时报警发,运行人员才能觉察。运行中不仅仅是接地、短路过流断路器跳,长枪弹性电缆还常发生行进中被拉断现象,也会造成吹灰枪运行停运。锅炉长枪枪管长达12m之多,悬停在炉中,在重力长期作用下发生弯曲,极难退出,断裂后甚至造成捞渣机卡被迫停炉,因此监控系统保护逻辑设计对长枪予以极大关注,设置了低流量保护退、过流保护退等功能,但对上述情况却未考虑。
  (4)空预吹灰减压站故障超压无法当即退出。锅炉正常运行时,空预吹灰减压站汽源取自主汽为高差压减压。长时间运行阀芯磨损严重,以及基调工作特性不好,减压站投入时、空预吹灰枪退回气动蒸汽阀关闭时,减压站母管压力往往超压,且一旦超压,基调调节品质严重恶化,造成安全门反复动作、回座,管道振动,但集控室内集控人员却无法监视到,只能靠外界人员听到安全门动作声音告知,监控画面在空预吹灰枪进、退行程中闭锁退出减压站,只能等到空预吹灰枪退出到位方能在画面退出减压站,而一支空预吹灰枪进退行程时间长达45分钟,为了避免事故扩大,往往冒险将减压站电动截止门打到“就地位控制”关闭。事实上空预吹灰枪设计为运行前进中气动蒸汽阀打开吹扫,后退时气动蒸汽阀关闭,运行数年一直正常。证明空预吹灰枪管材完全不存在无蒸汽烧坏之虞。空预吹灰枪运行中闭锁退出减压站完全可解除。
  2.原有系统基础上逻辑修改、增加的困难
  (1)监控控制逻辑功能绝大部分在监控软件BOS内完成,PLC仅作为I/O接口卡件。BOS软件出于版权、技术保密考虑,开放性差,无法针对上述缺陷及将进行逻辑修改及增加激波脉冲吹灰控制。
  (2)BOS软件原趋势图功能在选模块内,当时未购买,而目前该软件已停产。
  (3)BOS软件只能运行在windows95 下,而原有上位机Dell PC机老化化严重亟待升级。
  二、改造方案实施
  在2005年厂里决定技改,将蒸汽、脉冲两套吹灰控制系统整合,配置依旧采用IPC+PLC+MCC(上位机+下位机+执行部分)方式,上位机采用北京亚控公司工控软件组态王,控制逻辑改在PLC完成,借此机会,在保留原有可靠合理控制逻辑的基础上,针对长期困扰运行的问题做了分析研究,实施了改进。
  (1)利用组态王趋势图功能增加了本体、空预吹灰蒸汽流量趋势图。
  (2)设置炉膛吹灰程序运行初始、终结流量差异常报警逻辑:取炉膛吹灰程序初始时刻(暖管正常、压力温度正常)蒸汽流量与炉膛吹灰结束时蒸汽流量作差,若差值大于2400kg/h,则发“流量异常”报警,运行人员可查看流量曲线图,根据有规律的波形起伏,结合吹灰器运行顺序,则可准确判断出基准平台值明显上升前运行的单支吹灰器(单吹)或双吹中的某支吹灰器卡在吹扫位。同鹅颈阀后加装热电偶相比,判断枪管滞留炉膛,存在发现及时,投资小的巨大优势。
  (3)借助系统原有“motor stall”保护动作通道,在画面增加IK型长枪、半长枪“stop”按钮,当IK型长枪在正常进退行程时间后,退限位未返回,且蒸汽流量小于300,发“行程开关异常”报警,同时激活“stop”按钮,运行人员可根据流量趋势图判断、现场查看情况,按下stop按钮,A2LINE(+)失电,及时停转电机,避免因为长时间堵转损坏电机、机架。平时“stop”按钮不生效,防止人员误动造成中途停运枪管烧坏。
  (4)IK型长枪增加了如下逻辑:IK吹灰枪退限位未返回且电流为零,延时5s发“吹灰电源故障”报警。
  (5)吹灰动力电缆分布全炉各个角落,查找故障、接地点较为困难,吹灰电源只一个总断路器,一旦动作无法确定区域位置,查找、处理故障通常必须把总断路器断,造成整体吹灰都无法进行,这给运行打来极大的不便。尤其夏季高峰期,往往只能利用后夜低谷短暂几小时吹灰,一旦发生接地、短路,吹灰迟延严重影响白天接带高负荷。为了解决此问题,我们此次在电流变送器柜三路分支上各加一个三相断路器(型号),这样既有利于故障定位,又便于分别隔离处置。
  (6)取消了减压站基地调节仪,充分利用了PLC的pid控制功能,消除了减压站调节品质不佳,安全门动作的现象。
  三、结论
  通过增加吹灰流量、电流趋势图,报警、逻辑修改、完善,消除以往控制系统的弊病,便于运行人员分析、发现问题,大大提高了异常处理的及时性,有效地保护吹灰器的安全运行。
  
  参考文献:
  [1]李天晓,解其林.锅炉吹灰器的故障分析与处理[J].江西电力,2006,(5).
  (责任编辑:苏宇嵬)
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