鍋爐長吹灰器控制邏輯分析與優(yōu)化

魏 霞，劉 波，郭軍強(qiáng)，王貞衛(wèi)

(1.新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830047；2.華電新疆發(fā)電有限公司烏魯木齊熱電廠，新疆 烏魯木齊 830065)

蒸汽吹灰器因其技術(shù)成熟、吹灰用時(shí)短、效果好而被火力發(fā)電廠廣泛用于清除鍋爐“四管”積灰及結(jié)焦。但由于吹灰器，特別是長吹灰器，數(shù)量眾多、工作環(huán)境較為惡劣，運(yùn)行中吹灰器本體極易發(fā)生卡澀，使其無法正常進(jìn)、退到位，或出現(xiàn)提升閥長期因高溫蒸汽沖刷產(chǎn)生內(nèi)漏等缺陷，且因很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能導(dǎo)致高溫蒸汽長時(shí)間對吹鍋爐受熱面管道，最終造成受熱面管道減薄、爆裂等惡性事件。

1 長吹灰器常見故障及其原因

(1) 因長吹灰器本體卡澀造成電機(jī)過流，電機(jī)熱保護(hù)動(dòng)作，使吹灰器槍管無法正常進(jìn)、退到位。

長吹灰器在進(jìn)、退過程中，若槍管長時(shí)間受熱產(chǎn)生變形或現(xiàn)場粉塵進(jìn)入吹灰器減速機(jī)傳動(dòng)導(dǎo)軌造成其進(jìn)、退不暢，將導(dǎo)致電機(jī)過流，電機(jī)熱繼電器動(dòng)作，電機(jī)“進(jìn)”、“退”交流接觸器控制回路斷開，電機(jī)失電，長吹灰器槍管將無法直接對吹鍋爐再熱器或過熱器管道。如果運(yùn)行人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類缺陷，被吹傷的管道一般在1～2天后將減薄、爆裂，并將吹傷其附近受熱面管道，使事故擴(kuò)大。

由于長吹灰器布置在水平煙道及尾部受熱面，更換此受熱面管道的工作量非常大，需將鍋爐本體溫度降低到50 ℃后，檢修人員才能進(jìn)入爐膛搭設(shè)檢修平臺(tái)，才可進(jìn)行檢查及消缺工作，一般消缺時(shí)間為4～5天。以1臺(tái)330 MW機(jī)組為例，檢修時(shí)間加上停、開機(jī)時(shí)間，損失電量近3 000萬kW?h，經(jīng)濟(jì)損失近300萬元。

(2) 長吹灰器在進(jìn)、退過程中因其本體振動(dòng)較大，引起“退到位”行程開關(guān)誤動(dòng)，使吹灰器槍管無法正常進(jìn)、退到位。

長吹灰器在進(jìn)、退過程中，槍管內(nèi)的高溫蒸汽隨著槍管旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)入爐膛，引起吹灰器本體振動(dòng)。特別是在吹灰器進(jìn)到位開始回退時(shí)，因槍管要反向轉(zhuǎn)動(dòng)，吹灰器本體振動(dòng)加劇，可能引起“退到位”行程開關(guān)誤動(dòng)，吹灰器“退”交流接觸器控制回路誤認(rèn)為吹灰器已到位，控制回路斷開，而吹灰器實(shí)際停在中間位置，直接對吹鍋爐受熱面管道。此種現(xiàn)象雖然發(fā)生幾率較少，但對鍋爐受熱面管道的破壞程度較(1)中所述更為嚴(yán)重，修復(fù)時(shí)間更長。

(3) 長吹灰器提升閥內(nèi)漏造成吹灰器退到位后繼續(xù)向爐膛噴射高溫蒸汽，造成長吹灰器進(jìn)口處管道減薄、爆裂。

吹灰器啟動(dòng)后，長吹灰器提升閥在一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)通過高溫蒸汽，其運(yùn)行天數(shù)及使用次數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后就可能造成提升閥密封面受損，產(chǎn)生閥門內(nèi)漏。如果泄漏量較小，尚不足以對受熱面產(chǎn)生損壞；但如果泄漏量較大，將會(huì)使吹灰器入口處受熱面管道減薄、爆裂。

2 控制邏輯存在的問題

隨著DCS系統(tǒng)的發(fā)展，早期基于PLC的吹灰器程控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能已逐漸納入機(jī)組DCS系統(tǒng)，吹灰器廠家只配套提供吹灰器動(dòng)力配電柜和接觸器柜。但DCS系統(tǒng)廠家和調(diào)試單位對吹灰器本體設(shè)備性能了解較少，對吹灰器長期運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的各類問題及對應(yīng)的解決辦法不清楚，以致DCS系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的吹灰器控制邏輯過于簡單，無法適應(yīng)各類異常工況。以華電新疆發(fā)電有限公司烏魯木齊熱電廠長吹灰器單體控制邏輯為例，其控制邏輯如圖1所示。

為了簡化編程，DCS系統(tǒng)定義了吹灰器專用邏輯控制塊FB-CHQ。其入口及出口參數(shù)為：R1為使能信號(hào)，M1為手動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，A1為程控啟動(dòng)信號(hào)，CBLK為吹灰器閉鎖信號(hào)，POUT為吹灰器啟動(dòng)命令。塊內(nèi)控制邏輯較為簡單。

從圖1可以看出，長吹灰器單體控制邏輯沒有任何應(yīng)對異常工況的處理措施，無法適應(yīng)現(xiàn)場出現(xiàn)的各類異常情況。

另外，設(shè)計(jì)單位未將長吹灰器“進(jìn)到位”信號(hào)引入DCS系統(tǒng)，只引入長吹灰器“退到位”、“正在進(jìn)”和“正在退”信號(hào)，引入信號(hào)不完整，極大地影響了長吹灰器單體設(shè)備控制邏輯優(yōu)化。對于已投運(yùn)機(jī)組，由于重新引入此信號(hào)工作量較大，只能通過其他信號(hào)的邏輯組合來取代此信號(hào)功能。

3 控制邏輯優(yōu)化及分析

從前面所述的長吹灰器常見故障分析可以發(fā)現(xiàn)：長吹灰器的3種常見故障的解決均需要運(yùn)行人員盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，以減輕高溫蒸汽對受熱面管道的損傷。

對于前2種故障，可通過在吹灰器單體控制邏輯中增加進(jìn)、退時(shí)間判斷報(bào)警邏輯來解決。時(shí)間是唯一不受外界因素影響的變量，如果在長吹灰器單體控制邏輯中加入進(jìn)、退時(shí)間判斷報(bào)警邏輯，可及時(shí)、可靠地發(fā)現(xiàn)吹灰器槍管進(jìn)、退不到位缺陷。對于提升閥內(nèi)漏缺陷，因無法通過常規(guī)設(shè)計(jì)中的信號(hào)邏輯組合來判斷，只能通過在提升閥前進(jìn)汽管道上加裝壁溫測點(diǎn)，并增加泄漏量判斷邏輯來解決。

3.1 長吹灰器“進(jìn)超時(shí)”報(bào)警

長吹灰器“進(jìn)超時(shí)”報(bào)警的控制邏輯如圖2所示。其中，QD為長吹灰器手動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，T1為以長吹灰器實(shí)際進(jìn)到位時(shí)間為參考設(shè)定的“進(jìn)超時(shí)”時(shí)間，JFV為“正在退”信號(hào)(因無“進(jìn)到位”信號(hào)，只能將“正在退”信號(hào)取反后作為“進(jìn)到位”信號(hào)，由“吹灰器進(jìn)”交流接觸器輔助觸點(diǎn)送來)，MFV為報(bào)警復(fù)位信號(hào)。

當(dāng)運(yùn)行人員在DCS系統(tǒng)啟動(dòng)長吹灰器后，脈沖發(fā)生器TP1將產(chǎn)生脈寬為(T1+2) s的脈沖，此脈沖與JFV取反信號(hào)作與運(yùn)算，其結(jié)果觸發(fā)定時(shí)器TON1進(jìn)行時(shí)間累積。如果在T1時(shí)間內(nèi)JFV信號(hào)一直為0，即DCS系統(tǒng)在T1時(shí)間內(nèi)未收到長吹灰器“正在退”信號(hào)，定時(shí)器1動(dòng)作，RS1觸發(fā)器置位，長吹灰器“進(jìn)超時(shí)”報(bào)警，提醒運(yùn)行人員緊急處理。

3.2 長吹灰器“退超時(shí)”和“過早退”報(bào)警

長吹灰器“退超時(shí)”和“過早退”的控制邏輯如圖3所示。其中，TZV為“正在退”信號(hào)(由吹灰器“退”交流接觸器輔助觸點(diǎn)送來)，TFV為“退到位”信號(hào)(原位行程開關(guān))，T2為以實(shí)際退到位時(shí)間為參考設(shè)定的超時(shí)時(shí)間，T3為以長吹灰器實(shí)際退到位時(shí)間為參考設(shè)定的吹灰器退到位最小所需時(shí)間，MFV為報(bào)警復(fù)位信號(hào)。

當(dāng)長吹灰器進(jìn)到位后，吹灰器“退”交流接觸器帶電吸合，吹灰器開始退操作，TZV信號(hào)為“1”，RS1觸發(fā)器置位并觸發(fā)定時(shí)器TON1進(jìn)行時(shí)間累積。如果在T2時(shí)間內(nèi)TFV信號(hào)一直為0，即DCS系統(tǒng)在T2時(shí)間內(nèi)未收到長吹灰器“退到位”信號(hào)，定時(shí)器1動(dòng)作，RS2觸發(fā)器置位，長吹灰器“退超時(shí)”報(bào)警，提醒運(yùn)行人員緊急處理。

當(dāng)長吹灰器進(jìn)到位后，“吹灰器退”交流接觸器帶電吸合，吹灰器開始退操作，TZV信號(hào)為“1”，脈沖發(fā)生器TP1將產(chǎn)生脈寬為T3s的脈沖，此脈沖與TFV信號(hào)執(zhí)行“與”運(yùn)算。如果在T3時(shí)間段內(nèi)吹灰器本體設(shè)備振動(dòng)導(dǎo)致“退到位”行程開關(guān)誤動(dòng)后，TFV信號(hào)為1，RS2觸發(fā)器置位，長吹灰器“過早退”報(bào)警，提醒運(yùn)行人員緊急處理。

MFV為報(bào)警手動(dòng)復(fù)位信號(hào)。當(dāng)報(bào)警RS2觸發(fā)器置位后，點(diǎn)擊復(fù)位按鈕，MFV信號(hào)為1，產(chǎn)生脈寬為3 s的復(fù)位脈沖，使RS2觸發(fā)器復(fù)位。

需要注意的是定時(shí)器預(yù)設(shè)值T1、T2和T3之間的關(guān)系。在鍋爐熱態(tài)運(yùn)行期間測定吹灰器進(jìn)到位時(shí)間為t1，退到位時(shí)間為t2，則可取：

t1+10

3.3 提升閥內(nèi)漏缺陷判斷及泄漏量判斷邏輯

判斷提升閥內(nèi)漏缺陷較為簡單的辦法是，在長吹灰器退到位后，用便攜式測溫槍檢測提升閥后的管道溫度。由于長吹灰器數(shù)量眾多，采用此種方法將大大增加運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，因此可通過監(jiān)測提升閥進(jìn)汽管道壁溫來判斷提升閥是否內(nèi)漏。

在長吹灰器提升閥進(jìn)口蒸汽管道上加裝管道壁溫測點(diǎn)，并將其引入DCS系統(tǒng)。當(dāng)長吹灰器正常退到位后，提升閥將在壓桿作用下關(guān)閉。如果提升閥無內(nèi)漏缺陷，在提升閥關(guān)閉一定時(shí)間后，管壁溫度將持續(xù)下降；如果有內(nèi)漏缺陷，管壁溫度將保持不變或下降趨勢不明顯(按內(nèi)漏量大小而定)。通過此原理可判斷提升閥是否內(nèi)漏，但每臺(tái)吹灰器實(shí)際的管壁溫度下降趨勢不同，需要逐臺(tái)測定。管道壁溫測點(diǎn)安裝如圖4所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果

在鍋爐熱態(tài)工況下，選擇處于不同位置的6臺(tái)長吹灰器、6臺(tái)半長吹在器進(jìn)行試驗(yàn)，方法如下。

(1) 在吹灰器進(jìn)過程中，將其就地控制箱內(nèi)的控制回路空氣開關(guān)斷開，模擬電機(jī)熱保護(hù)動(dòng)作斷開“吹灰器進(jìn)”接觸器控制回路故障。在到達(dá)“進(jìn)超時(shí)”定時(shí)器設(shè)定值后，若操作員站發(fā)出“吹灰器進(jìn)超時(shí)”報(bào)警，則試驗(yàn)結(jié)果符合改造要求。

(2) 在吹灰器退過程中，將“退到位”行程開關(guān)撥回，模擬吹灰器“退到位”行程開關(guān)因本體設(shè)備振動(dòng)誤發(fā)故障。若“退到位”信號(hào)在指定時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)，操作員站發(fā)出“吹灰器早到位”報(bào)警，則試驗(yàn)結(jié)果符合改造要求。

(3) 在吹灰器退過程中，將就地控制箱內(nèi)的吹灰器控制回路空氣開關(guān)斷開，模擬電機(jī)熱保護(hù)動(dòng)作斷開“吹灰器退”接觸器控制回路故障。在到達(dá)“退超時(shí)”定時(shí)器設(shè)定值后，若操作員站發(fā)出“吹灰器退超時(shí)”報(bào)警，則試驗(yàn)結(jié)果符合改造要求。

(4) 在吹灰器退到位后，將提升閥前蒸汽管道壁溫取樣模擬為蒸汽溫度正常值，這就模擬了提升閥內(nèi)漏故障。當(dāng)?shù)竭_(dá)“提升閥內(nèi)漏”定時(shí)器設(shè)定值后，若操作員站發(fā)出“提升閥內(nèi)漏”報(bào)警，則試驗(yàn)結(jié)果符合改造要求。

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