姜烈偉

(廣東省韶關(guān)市韶關(guān)發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 512132)

0 引言

廣東省韶關(guān)發(fā)電廠10號(hào)機(jī)組為300 MW燃煤機(jī)組，所配鍋爐為DG1025/18.2-II10型燃用無(wú)煙煤的燃煤爐。該鍋爐是東方鍋爐廠根據(jù)引進(jìn)的美國(guó)福斯特·惠勒公司的技術(shù)所制造的。它是一種具有亞臨界參數(shù)、單汽包自然循環(huán)、雙拱爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道、露天布置、全鋼全懸吊結(jié)構(gòu)、固態(tài)排渣、“W”型火焰燃燒方式的鍋爐。鍋爐使用的制粉系統(tǒng)由福斯特·惠勒生產(chǎn)的D-11D型雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)和輔助設(shè)備組成，主要包括磨煤機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、盤車裝置、加球裝置、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、齒輪噴油系統(tǒng)、密封風(fēng)系統(tǒng)、煤位測(cè)量系統(tǒng)和一次風(fēng)總風(fēng)門。

本文通過(guò)對(duì)磨煤機(jī)總風(fēng)門的故障分析，在優(yōu)化總風(fēng)門控制回路的基礎(chǔ)上，提出了解決氣缸內(nèi)活塞在全開位置不固定的方案。該方案解決了氣缸內(nèi)磁性活塞開位置不固定所帶來(lái)的問(wèn)題。2011年8月，韶關(guān)電廠10號(hào)爐磨煤機(jī)總風(fēng)門控制回路等相關(guān)改造工作已完成。該方案應(yīng)用至今，效果顯著。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介及控制原理

1.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

氣缸內(nèi)活塞示意圖如圖1所示。

圖1 氣缸內(nèi)活塞示意圖Fig.1 Schematic diagram of the piston in air cylinder

10號(hào)爐使用的制粉系統(tǒng)為正壓直吹式制粉系統(tǒng)。在一次風(fēng)進(jìn)入磨煤機(jī)前，設(shè)有一次風(fēng)總風(fēng)門。該門具有隔斷、快關(guān)的雙重功能，其作用是在磨煤機(jī)停止運(yùn)行、跳閘或內(nèi)部檢修時(shí)隔斷熱風(fēng)，防止由于一次風(fēng)泄漏過(guò)大而對(duì)磨煤機(jī)、鍋爐或檢修人員的安全產(chǎn)生影響。當(dāng)磨煤機(jī)內(nèi)著火時(shí)，一次風(fēng)總風(fēng)門快速關(guān)閉，切斷一次風(fēng)的熱風(fēng)來(lái)源，以防止磨煤機(jī)內(nèi)的煤粉發(fā)生爆燃［1］。按照設(shè)計(jì)要求，總風(fēng)門應(yīng)關(guān)閉嚴(yán)密、靈活可靠，在冷、熱狀態(tài)下都不會(huì)出現(xiàn)卡澀。一次風(fēng)總風(fēng)門采用壓縮空氣為動(dòng)力，推動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞動(dòng)作，通過(guò)與擋板連接的軸帶動(dòng)擋板移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)總風(fēng)門開關(guān)。

1.2 控制原理

改造前后的控制原理如圖2所示。

圖2 改造前后控制原理圖Fig.2 Control principles before and after retrofit

圖2中，A601與N601之間為220 VAC電源，K為小型斷路器，ZJ為電源監(jiān)視繼電器，ZJ1～ZJ4為中間繼電器。一次總風(fēng)門打開和關(guān)閉過(guò)程具體介紹如下。

①總風(fēng)門打開過(guò)程

分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)發(fā)出打開總風(fēng)門指令(open demand，OD)，則氣缸松開，電磁閥線圈SV2帶電，同時(shí)繼電器ZJ1動(dòng)作，并通過(guò)自保持回路松開氣缸。氣缸松開到位后，總風(fēng)門松開到位，磁性行程開關(guān)SR1接通;然后總風(fēng)門打開，電磁閥線圈SV4帶電，直到總風(fēng)門打開到位后總風(fēng)門打開到位。磁性行程開關(guān)SR2接通，并復(fù)位DCS打開總風(fēng)門指令OD，同時(shí)繼電器ZJ2閉合，繼電器ZJ3得電動(dòng)作;繼電器ZJ3發(fā)出總風(fēng)門打開狀態(tài)信號(hào)并自保持，完成整個(gè)總風(fēng)門打開過(guò)程。

②總風(fēng)門關(guān)閉過(guò)程

DCS發(fā)出關(guān)閉總風(fēng)門指令(close demand，CD)，則關(guān)閉總風(fēng)門電磁閥，線圈SV3帶電，關(guān)閉到位后總風(fēng)門關(guān)閉到位，磁性行程開關(guān)SR3接通;然后鎖緊總風(fēng)門電磁閥，線圈SV5得電動(dòng)作，鎖緊氣缸鎖緊到位后總風(fēng)門鎖緊到位，磁性行程開關(guān)SR4接通，同時(shí)繼電器ZJ4閉合，并發(fā)出總風(fēng)門鎖緊狀態(tài)信號(hào)，完成總風(fēng)門關(guān)閉過(guò)程。

2 設(shè)備現(xiàn)狀及故障分析

2.1 設(shè)備現(xiàn)狀

在實(shí)際應(yīng)用中，磨煤機(jī)總風(fēng)門經(jīng)常在該開時(shí)開不了、該關(guān)時(shí)關(guān)不了。一旦磨煤機(jī)出現(xiàn)故障，檢修人員處理故障的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有時(shí)甚至需要操作人員到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)打開總風(fēng)門，從而導(dǎo)致磨煤機(jī)不能正常啟停，使機(jī)組負(fù)荷不能滿足要求;有時(shí)總風(fēng)門在磨煤機(jī)運(yùn)行中突然關(guān)閉，導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘。這不僅嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還增加了檢修、運(yùn)行人員的工作量［2］。同時(shí)，總風(fēng)門出現(xiàn)故障后，為了穩(wěn)定燃燒，運(yùn)行人員必須投入油槍，這必然增加了燃油量，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下降。

通過(guò)查閱DCS系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備缺陷記錄和運(yùn)行操作記錄，統(tǒng)計(jì)了10號(hào)爐4臺(tái)磨煤機(jī)總風(fēng)門的故障類型和次數(shù)，具體如表1所示。

表1 故障類型及次數(shù)Tab.1 Fault type and number

2.2 故障分析

2010年，10號(hào)爐的空預(yù)器漏風(fēng)率為10.92%。由于機(jī)組空預(yù)器漏灰，導(dǎo)致熱一次風(fēng)帶灰較嚴(yán)重。磨煤機(jī)總風(fēng)門內(nèi)積灰嚴(yán)重，造成其機(jī)械部分卡澀［3］，使氣缸內(nèi)磁性活塞在打開位置不固定，磁性行程開關(guān)SR2無(wú)法正常檢測(cè)到其開到位狀態(tài)。這就使總風(fēng)門的打開過(guò)程不能順暢地執(zhí)行，導(dǎo)致總風(fēng)門開失敗。

通過(guò)調(diào)取DCS的歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行中總風(fēng)門突然關(guān)閉前，打開指令、關(guān)閉指令和關(guān)閉失敗報(bào)警同時(shí)存在。在查看磨煤機(jī)總風(fēng)門的DCS邏輯控制圖后發(fā)現(xiàn)，在總風(fēng)門發(fā)出關(guān)閉指令18 s后，若鎖緊到位狀態(tài)信號(hào)沒有返回至DCS，即總風(fēng)門在18 s內(nèi)沒有關(guān)閉，則總風(fēng)門操作畫面顯示關(guān)閉失敗報(bào)警。經(jīng)檢查，總風(fēng)門的DCS邏輯控制圖正確無(wú)誤，執(zhí)行關(guān)閉指令的繼電器動(dòng)作可靠、觸點(diǎn)良好。由此可以斷定，總風(fēng)門在運(yùn)行中發(fā)生突然關(guān)閉是設(shè)備和控制回路故障的表現(xiàn)［4］。

經(jīng)檢查現(xiàn)場(chǎng)的接線發(fā)現(xiàn)，各個(gè)接線處積灰多、接線易松動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)沒有端子箱、接線裸露。一次風(fēng)溫為310℃左右，現(xiàn)場(chǎng)溫度較高，電纜芯線發(fā)生不同程度的絕緣層老化和絕緣層脫落，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)接線直接接地并引起總風(fēng)門跳閘［5］。2010年11月26日22∶17，運(yùn)行人員通知值班人員10號(hào)爐A磨煤機(jī)在運(yùn)行中突然跳閘，機(jī)組負(fù)荷由290 MW減至220 MW。經(jīng)值班人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，A磨煤機(jī)的跳閘原因是失去總風(fēng)門電源，而機(jī)組負(fù)荷降低的原因是由于爐內(nèi)溫度高，開到位磁性行程開關(guān)的引線表皮已經(jīng)融化。由于總風(fēng)門開到位磁性行程開關(guān)的引線與總風(fēng)門的門體相接觸，且磁性行程開關(guān)的工作電壓為交流220 V，從而導(dǎo)致總風(fēng)門交流220 V電源通過(guò)磁性行程開關(guān)裸露的引線與門體接觸而直接接地，最終造成總風(fēng)門跳閘。

3 方案設(shè)計(jì)及分析

由上述分析不難看出，可以通過(guò)優(yōu)化總風(fēng)門控制回路、改善現(xiàn)場(chǎng)接線情況，解決氣缸內(nèi)磁性活塞在打開位置不固定的問(wèn)題，以減少總風(fēng)門發(fā)生故障的頻率。

3.1 磁性活塞及回路優(yōu)化

由于總風(fēng)門打開到位行程開關(guān)信號(hào)與控制回路聯(lián)系密切，所以在設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要同時(shí)解決優(yōu)化控制回路和氣缸內(nèi)的磁性活塞在打開位置不固定這兩個(gè)問(wèn)題。根據(jù)改造前的控制原理圖可知，幾個(gè)容易出故障的中間環(huán)節(jié)都會(huì)導(dǎo)致開關(guān)過(guò)程失敗。

若SR1不通，則SV4不能帶電，總風(fēng)門打開過(guò)程無(wú)法執(zhí)行;若SR2檢測(cè)不正常，則會(huì)導(dǎo)致總風(fēng)門打開失敗。由于總風(fēng)門內(nèi)部積灰造成機(jī)械部分卡澀，所以每次擋板打開時(shí)，磁性活塞的位置不確定，而SR2行程開關(guān)檢測(cè)的范圍有限，這是導(dǎo)致總風(fēng)門打開失敗的主要原因。由于繼電器ZJ3具有自保持功能，因此，SR2曾瞬間接通，則ZJ3閉合發(fā)出總風(fēng)門打開到位狀態(tài)信號(hào)。由于時(shí)間太短不能復(fù)位開指令OD，此時(shí)又有關(guān)閉指令CD到來(lái)，則在打開、關(guān)閉電磁閥線圈時(shí)，SV4和SV3同時(shí)得電;而打開、關(guān)閉電磁閥同時(shí)控制一個(gè)閥芯，使電磁閥的閥芯處于中間狀態(tài)，因此導(dǎo)致總風(fēng)門關(guān)閉失?。?］。運(yùn)行中出現(xiàn)SV3和SV4同時(shí)帶電的情況是很危險(xiǎn)的。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備振動(dòng)的原因?qū)е耂R2接通，則復(fù)位打開指令OD，使SV4失電，而此時(shí)SV3是帶電的，因此，電磁閥的閥芯移動(dòng)，導(dǎo)致總風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉。

針對(duì)以上分析，對(duì)總風(fēng)門控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后如果SR2能夠正常接通，則繼電器ZJ2閉合并自保持，同時(shí)發(fā)送打開狀態(tài)信號(hào)到DCS顯示其狀態(tài)，并復(fù)位指令OD，使SV4失電，而原來(lái)的控制回路只有在SR2長(zhǎng)期接通的情況下才能復(fù)位指令OD。因此，控制原理在改動(dòng)后不會(huì)出現(xiàn)SV4和SV3同時(shí)帶電的情況，避免了總風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉。

針對(duì)氣缸內(nèi)磁性活塞在打開位置不固定這一問(wèn)題，由于總風(fēng)門的改造費(fèi)用太大，同時(shí)也沒有找到合適的替代產(chǎn)品，故只能從完善行程開關(guān)的檢測(cè)方式和改善總風(fēng)門內(nèi)部積灰情況入手。

①完善行程開關(guān)的檢測(cè)方式。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)量，磁性活塞的最大變化范圍為25 cm，而實(shí)際上，行程開關(guān)的檢測(cè)范圍為3 cm，這使磁性行程開關(guān)無(wú)法檢測(cè)到磁性活塞的動(dòng)作位置，從而導(dǎo)致總風(fēng)門打開失敗。事實(shí)上，因?yàn)榇判曰钊麆?dòng)作范圍為25 cm，目前尚沒有磁性行程開關(guān)可以對(duì)如此大的動(dòng)作范圍進(jìn)行檢測(cè)。查找總風(fēng)門的說(shuō)明書與圖紙后得知，擋板長(zhǎng)度為142 cm，活塞長(zhǎng)度為173.5 cm，兩者差值為31.5 cm，接近測(cè)量的磁性活塞開位置活動(dòng)范圍為25 cm?？紤]一定的間隙、連接距離，把SR2行程開關(guān)固定在磁性活塞處于全開位置前的28 cm處。這個(gè)位置的開度對(duì)應(yīng)的熱風(fēng)流量達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

②改善總風(fēng)門內(nèi)部積灰情況。由于積灰均在總風(fēng)門擋板底部，考慮到一次風(fēng)壓力為6.5 kPa左右，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查和研究，在總風(fēng)門的門體底部打開三個(gè)圓孔。該圓孔必須保證總風(fēng)門門體底部的內(nèi)外貫通，將螺母電焊至圓孔處。為了防止一次風(fēng)泄漏，用與之配套的螺栓鎖緊，通過(guò)圓孔定期將擋板底部的積灰排掉，以避免機(jī)械部分卡澀，從而使總風(fēng)門開、關(guān)過(guò)程順暢。具體步驟如下。

首先，在離擋板內(nèi)導(dǎo)軌水平距離6.5 cm處，開直徑為3.7 cm的三個(gè)圓孔(距離門體底部?jī)蛇?5 cm處各一個(gè)，門體底部中點(diǎn)位置一個(gè))。

其次，將與外六角螺栓(外六角螺栓規(guī)格等級(jí)為8.8級(jí)、最大外徑34 mm、最大內(nèi)徑22 mm、長(zhǎng)度28 mm)配套的標(biāo)準(zhǔn)螺母(螺母外徑為32.95 mm)放在開好的圓孔處，進(jìn)行電焊處理，保證焊縫連續(xù)且螺母不變形［7］。為避免一次風(fēng)大量泄漏，需保證筒體壓力，再將外六角螺栓擰緊。

最后，每個(gè)月進(jìn)行一次放灰操作，即將三個(gè)螺栓松開，清除存在擋板底部的積灰。這樣就能夠保證SR2接通，解決了總風(fēng)門打開失敗的最主要瓶頸問(wèn)題。

在完善行程開關(guān)的檢測(cè)方式，并改善總風(fēng)門內(nèi)部積灰情況后，只要?dú)飧谆钊拈_位置超過(guò)全開位置前的28 cm，SR2就可以檢測(cè)到活塞的動(dòng)作。通過(guò)改造可以看出，由于繼電器ZJ2的自保持功能，只要SR2接通，則ZJ2閉合發(fā)出總風(fēng)門打開到位狀態(tài)信號(hào)，這就使總風(fēng)門打開控制過(guò)程可以順暢地執(zhí)行完畢，不會(huì)出現(xiàn)總風(fēng)門打開失敗的故障，保證了總風(fēng)門的正常開關(guān)操作。

為了檢驗(yàn)優(yōu)化后的控制回路的效果，利用繼電器與行程開關(guān)等其他設(shè)備，根據(jù)修改后的控制原理圖進(jìn)行接線。試驗(yàn)結(jié)果表明，控制回路均沒有出現(xiàn)開失敗和自動(dòng)關(guān)閉等誤動(dòng)和拒動(dòng)的故障現(xiàn)象，初步達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，優(yōu)化了控制回路，解決了由于氣缸內(nèi)磁性活塞在打開位置不固定所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，消除了總風(fēng)門打開失敗和自動(dòng)關(guān)閉的故障，簡(jiǎn)化了控制原理，回路動(dòng)作可靠。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)布線改善

為改善現(xiàn)場(chǎng)接線凌亂的狀況，杜絕由于電纜芯線裸露而導(dǎo)致總風(fēng)門電源跳閘［8］，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，可在現(xiàn)場(chǎng)加裝密封性能好的端子箱(規(guī)格為30 cm×20 cm×10 cm)，端子箱的防水、防塵效果好。同時(shí)，為裸露的控制電纜加裝金屬軟管，整治絕緣層老化的芯線，將電纜引入端子箱接線，以減少總風(fēng)門發(fā)生故障的中間環(huán)節(jié)。

4 方案實(shí)施

在機(jī)組檢修期間，按照上述設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了控制回路改造和打開到位磁性行程開關(guān)安裝，加裝了防塵密封端子箱，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)接線進(jìn)行了整治?，F(xiàn)場(chǎng)端子箱安裝、接線和電纜整治完成后，經(jīng)測(cè)試，電纜對(duì)地電阻均達(dá)到500 MΩ以上，絕緣性能良好［9］，布線整齊、美觀，接線牢固，接線不再裸露、松脫。

5 效果檢查

經(jīng)過(guò)六個(gè)多月的使用和觀察，總風(fēng)門沒有再出現(xiàn)由控制回路故障而引起的系列問(wèn)題。在實(shí)際使用過(guò)程中，總風(fēng)門動(dòng)作順暢，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的［10］。在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，該方案也解決了設(shè)備安全隱患問(wèn)題，使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)300 MW燃煤機(jī)組的磨煤機(jī)總風(fēng)門的故障，重新設(shè)計(jì)了總風(fēng)門控制回路;并通過(guò)完善行程開關(guān)的檢測(cè)方式和改善總風(fēng)門內(nèi)部積灰情況，徹底解決了由于氣缸內(nèi)磁性活塞開位置不固定所帶來(lái)的系列問(wèn)題。實(shí)際運(yùn)行證明，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔，控制回路動(dòng)作可靠，極大地減少了機(jī)組運(yùn)行、檢修人員的工作量。

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