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300mw 机组磨煤机总风门优化控制的应用研究research on the application of optimization controlin total air damper of coal pulverizers in 300 mw power generation unit姜烈伟( 广东省韶关市韶关发电厂，广东 韶关512132)摘 要: 通过分析总风门控制回路及其执行机构的现场环境，找到了造成韶关电厂 300 mw 机组磨煤机总风门故障的原因。针对故障原因，提出了解决气缸内活塞在全开位置不固定的方案。该方案重新设计了控制原理图，完善了行程开关检测方式。实际运行证明，该方案能够满足机组负荷需求，保证了锅炉安全运行，达到了节能降耗的目的。关键词: 磨煤机 总风门 控制回路 磁性活塞 节能降耗 分散控制系统中图分类号: tk39文献标志码: aabstract: through analyzing the site environment of the control loop and its actuator，the causes of the malfunctions of the total air damper ofcoal pulverizers in 300 mw power generating unit of shaoguan power plant are found in accordance with the causes of malfunctions，thestrategy for solving the problem of unfixed fully open position of piston in air cylinder is proposed the control principle of the strategy has beenredesigned，the detection pattern of the travel switch is improved the practical operation verifies that the correctness of the design schememeets the load demand of the unit，ensures the safety operation of boiler，and reaches the goal of energy conservationkeywords: coal pulverizer total air damper control loop magetic piston energy conservation distributed control system0引言广东省韶关发电厂 10 号机组为 300 mw 燃煤机组，11 1设备简介及控制原理设备简介气缸内活塞示意图如图 1 所示。所配锅炉为 dg1025 /18 2-ii10 型燃用无烟煤的燃煤炉。该锅炉是东方锅炉厂根据引进的美国福斯特惠勒公司的技术所制造的。它是一种具有亚临界参数、单汽包 自然循环、双拱炉膛、一次中间再热、尾部双烟道、露天 布置、全钢全悬吊结构、固态排渣、“w”型火焰燃烧方式 的锅炉。锅炉使用的制粉系统由福斯特惠勒生产的 d-11d 型双进双出钢球磨煤机和辅助设备组成，主要包 括磨煤机驱动装置、传动装置、盘车装置、加球装置、润 滑油系统、齿轮喷油系统、密封风系统、煤位测量系统和 一次风总风门。本文通过对磨煤 机 总 风 门 的 故 障 分 析，在 优 化 总 风门控制回路的基础上，提出 了 解 决 气 缸 内 活 塞 在 全 开位置不固定的方案。该方案解决了气缸内磁性活塞 开位置不固定所带来的问题。2011 年 8 月，韶关电厂10 号炉磨煤机 总 风门控制 回 路 等相关改造工作已完 成。该方案应用至今，效果显著。图 1 气缸内活塞示意图fig 1 schematic diagram of the piston in air cylinder10 号炉使用的制粉系统为正压直吹式制粉系统。在一次风进入磨煤 机 前，设有一次风总风门。该 门 具有隔断、快关 的 双 重 功 能，其 作 用 是 在 磨 煤 机 停 止 运 行、跳闸或内部检修时隔断热风，防止由于一次风泄漏修改稿收到日期: 2012 03 26。作者姜烈伟( 1979 ) ，男，2003 年毕业于东北电力学院自动化专业，获学士学位，工程师; 主要从事火电机组自动化及过程控制方面的研究。自动化仪表第 34 卷第 1 期 2013 年 1 月79300 mw 机组磨煤机总风门优化控制的应用研究 姜烈伟过大而对磨 煤 机、锅 炉 或 检 修 人 员 的 安 全 产 生 影 响。当磨煤机内着火时，一次风总风门快速关闭，切断一次 风的热风 来 源，以 防 止 磨 煤 机 内 的 煤 粉 发 生 爆 燃1。 按照设计要求，总风门应关闭严密、灵活可靠，在冷、热 状态下都不会出现卡涩。一次风总风门采用压缩空气 为动力，推动气缸内的活塞动作，通过与挡板连接的轴 带动挡板移动，从而实现总风门开关。关闭总风门电磁阀，线圈 sv3 带电，关闭到位后总风门关闭到位，磁性行程开关 sr3 接通; 然后锁紧总风门电磁阀，线圈 sv 得电动作，锁紧气缸锁紧到位后总风门5锁紧到位，磁性行程开关 sr4 接通，同时继电器 zj4 闭合，并发 出 总 风 门 锁 紧 状 态 信 号，完 成 总 风 门 关 闭过程。2设备现状及故障分析1 2控制原理改造前后的控制原理如图 2 所示。2 1 设备现状在实际应用中，磨煤机总风门经 常 在该 开 时开不 了、该关时关不了。一旦磨煤机出现故障，检修人员处 理故障的时间过长，有时甚至 需 要 操 作 人 员 到 现 场 手动打开总风门，从而导致磨煤机不能正常启停，使机组 负荷不能满足要求; 有时总风 门 在 磨 煤 机 运 行 中 突 然 关闭，导致磨煤机跳 闸。这 不 仅 严 重 影 响 机 组 的 安 全稳定运行，还 增 加 了 检 修、运 行 人 员 的 工 作 量2。同 时，总风门出现故障 后，为 了 稳 定 燃 烧，运 行 人 员 必 须投入油枪，这必然增加了燃油量，导致经济效益下降。通过查阅 dcs 系统历史数据、设备缺陷记录和运 行操作记录，统计了 10 号炉 4 台磨煤机总风门的故障 类型和次数，具体如表 1 所示。表 1 故障类型及次数tab 1 fault type and number序号总风门具体故障累计次数打开失败自动关闭 现场接线裸露1239193图 2 改造前后控制原理图fig 2 control principles before and after retrofit图 2 中，a601 与 n601 之间为 220 vac 电源，k 为小型断路器，zj 为 电 源 监 视 继 电 器，zj1 zj4 为 中 间继电器。一次总风门打开和关闭过程具体介绍如下。 总风门打开过程分散控制 系 统 ( distributed control system，dcs) 发 出打开总 风 门 指 令 ( open demand，od) ，则 气 缸 松 开， 电磁阀线圈 sv2 带电，同时继电器 zj1 动作，并通过自 保持回路松开气缸。气 缸 松 开 到 位 后，总 风 门 松 开 到 位，磁性行程开关 sr1 接 通; 然 后 总 风 门 打 开，电 磁 阀 线圈 sv4 带电，直到总风门 打 开 到 位 后 总 风 门 打 开 到 位。磁性行程开关 sr2 接通，并复位 dcs 打开总风门 指令 od，同时继电器 zj2 闭合，继电器 zj3 得 电 动 作; 继电器 zj3 发出总 风 门 打 开 状 态 信 号 并 自 保 持，完 成 整个总风门打开过程。 总风门关闭过程dcs 发出关闭总风门指令 ( close demand，cd) ，则2 2故障分析2010 年，10 号炉的空预器漏风率为 10 92% 。由于机组空预器漏灰，导致热一次风带 灰 较 严重。磨 煤机总风门内积灰严重，造成其机械部分卡涩3，使气缸内磁性活塞在打开位置 不 固 定，磁 性 行 程 开 关 sr 无2法正常检测到其开到位状态。这就使总风门的打开过程不能顺畅地执行，导致总风门开失败。通过调取 dcs 的历史数据发现，运行中总风门突 然关闭前，打开指令、关闭指令和关闭失败报警同时存 在。在查看磨煤机总风门的 dcs 逻辑控制图后发现， 在总风门发出关闭指令 18 s 后，若锁紧到位状态信号 没有返回至 dcs，即总风门在 18 s 内没有关闭，则总风 门操作画面显示关闭失败报警。经 检 查，总 风 门 的 dcs 逻辑控制图正确 无 误，执 行 关 闭 指 令 的 继 电 器 动 作可靠、触点良好。由此可以断定，总风门在运行中发 生突然关闭是设备和控制回路故障的表现4。80process automation instrumentation vol. 34 no. 1 january 2013300 mw 机组磨煤机总风门优化控制的应用研究 姜烈伟经检查现场的接线发现，各个接线处积灰多、接线易松 动，现 场 没 有 端 子 箱、接 线 裸 露。一 次 风 温 为在 sr2 长期接通的情况下才能复位指令 od。因此，控制原理在改 动 后 不 会 出 现 sv4 和 sv3 同 时 带 电 的 情况，避免了总风门自动关闭。针对气缸 内磁性活塞在 打 开 位置不固定这一问 题，由于总风门的改造费用太大，同时也没有找到合适 的替代产品，故只能从完善行 程 开 关 的 检 测 方 式 和 改 善总风门内部积灰情况入手。 完善行程开关的检测方式。经现场观察测量， 磁性活塞的最大变化范围为 25 cm，而实际上，行 程 开 关的检测范围为 3 cm，这使磁性行程开关无法检测到 磁性活塞的动作位 置，从而导致总风 门 打 开失 败。事 实上，因为磁性活塞动作范围为 25 cm，目前尚没 有 磁 性行程开关可以对如此大的动作范围进行检测。查找 总风门的说明书与图纸后得知，挡板长度为 142 cm，活 塞长度为 173 5 cm，两者差值为 31 5 cm，接近测量的 磁性活塞开位置活动范围为 25 cm。考虑一定的间隙、 连接距离，把 sr2 行程开关 固 定 在 磁 性 活 塞 处 于 全 开 位置前的 28 cm 处。这个位置的开度对应的热风流量 达到了设计的要求。 改善总风 门 内 部 积 灰 情 况。由 于 积 灰 均 在 总 风门挡板底部，考虑到一次风压力为 6 5 kpa 左右，经 现场勘查和研究，在总风门的门体底部打开三个圆孔。 该圆孔必须保证总风门门体底部的内外贯通，将 螺 母 电焊至圆孔处。为了防止一次风 泄 漏，用 与 之 配 套 的 螺栓锁紧，通过圆孔定期将挡板底部的积灰排掉，以避 免机械部分卡涩，从而使总风门开、关过程顺畅。具体 步骤如下。首先，在离挡板 内 导 轨 水 平 距 离 6 5 cm 处，开 直 径为 3 7 cm 的三个圆孔( 距离门体底部两边 15 cm 处 各一个，门体底部中点位置一个) 。其次，将与 外 六 角 螺 栓 ( 外 六 角 螺 栓 规 格 等 级 为8 8 级、最大外径 34 mm、最大内径 22 mm、长度28 mm) 配套的标准螺母( 螺母外径为 32 95 mm) 放 在 开 好 的 圆孔处，进 行 电 焊 处 理，保 证 焊 缝 连 续 且 螺 母 不 变 形7。为避免一次风大量泄漏，需保证筒体压力，再将 外六角螺栓拧紧。最后，每个月进行一次放灰操作，即将三个螺栓松 开，清除存在 挡 板 底 部 的 积 灰。这 样 就 能 够 保 证 sr2 接通，解决了总风门打开失败的最主要瓶颈问题。在完善行程开关的检测方式，并改善总风门内部积 灰情况后，只要气缸活塞的开位置超过全开位置 前 的28 cm，sr2 就可以检测到活塞的动作。通过改造可以看 出，由于继电器 zj2 的自保持功能，只要 sr2 接通，则 zj2 闭合发出总风门打开到位状态信号，这就使总风门打开 左右，现场温度较高，电缆芯线发生不同程度的310绝缘层老化和绝缘层脱落，严重时将导致现场接线直接接地并引起总风门跳闸5。2010 年 11 月 26 日 22 17， 运行人员通知值班人员 10 号炉 a 磨煤机在运行中突然 跳闸，机组负荷由 290 mw 减至 220 mw。经值班人员现 场检查发现，a 磨煤机的跳闸原因是失去总风门电源， 而机组负荷降低的原因是由于炉内温度高，开到位磁性 行程开关的引线表皮已经融化。由于总风门开到位磁 性行程开关的引线与总风门的门体相接触，且磁性行程 开关的 工作电压为交流 220 v，从 而 导 致 总 风 门 交 流220 v电源通过磁性行程开关裸露的引线与门体接触而直接接地，最终造成总风门跳闸。3方案设计及分析由上述分析不难 看 出，可 以 通 过 优 化 总 风 门 控 制回路、改善现场接线情况，解决气缸内磁性活塞在打开位置不固定的问题，以减少总风门发生故障的频率。3 1磁性活塞及回路优化由于总风门打开到位行程开关信号与控制回路联系密切，所以在设计方案时，需要同时解决优化控制回路和气缸内的 磁性活塞在打 开 位置 不固定这两个问 题。根据改造前的控 制 原 理 图 可 知，几 个 容 易 出 故 障 的中间环节都会导致开关过程失败。若 sr1 不通，则 sv4 不能带电，总风门打开过程无 法执行; 若 sr2 检 测 不 正 常，则 会 导 致 总 风 门 打 开 失 败。由于总风门内部 积 灰 造 成 机 械 部 分 卡 涩，所 以 每次挡板打开时，磁性活塞的位置不确定，而 sr2 行程开 关检测的范围有限，这是导致 总 风 门 打 开 失 败 的 主 要 原因。由于继电器 zj3 具 有 自 保 持 功 能，因 此，sr2 曾 瞬间接通，则 zj3 闭合发出总风门打开到位状态信号。 由于时间太短不能复位开指令 od，此时又有关闭指令 cd 到来，则在打开、关闭电磁阀线圈时，sv4 和 sv3 同 时得电; 而打开、关闭 电 磁 阀 同 时 控 制 一 个 阀 芯，使 电 磁阀的阀 芯 处 于 中 间 状 态，因 此 导 致 总 风 门 关 闭 失败6。运行中出现 sv 和 sv 同时带电的情况是很危34险的。由于现场设备 振 动 的 原 因 导 致 sr2 接 通，则 复位打开指令 od，使 sv4 失电，而此时 sv3 是带电的，因此，电磁阀的阀芯移动，导致总风门自动关闭。针对以上 分 析，对 总 风 门 控 制 系 统 进 行 了 优 化。 优化后如果 sr2 能 够 正 常 接 通，则 继 电 器 zj2 闭 合 并 自保持，同时 发 送 打 开 状 态 信 号 到 dcs 显 示 其 状 态， 并复位指令 od，使 sv4 失电，而原 来 的 控 制 回 路 只 有自动化仪表第 34 卷第 1 期 2013 年 1 月81300 mw 机组磨煤机总风门优化控制的应用研究 姜烈伟中，总风门动 作 顺 畅，达 到 了 节 能 降 耗 的 目 的10。在取得经济效益的同时，该方案 也 解 决 了 设 备 安 全 隐 患 问题，使机组稳定运行。控制过程可以顺畅地执行完毕，不会出现总风门打开失败的故障，保证了总风门的正常开关操作。为了检验优化后 的 控 制 回 路 的 效 果，利 用 继 电 器 与行程开关等其他设备，根据 修 改 后 的 控 制 原 理 图 进 行接线。试验结果表 明，控 制 回 路 均 没 有 出 现 开 失 败 和自动关闭等误动和拒动的 故 障 现 象，初 步 达 到 了 设 计要求，为现场应用打下了坚实的基础。通过以上设计，优化了控制回路，解决了由于气缸 内磁性活塞在打开位置不固 定 所 带 来 的 一 系 列 问 题， 消除了总风门打开失败和自 动 关 闭 的 故 障，简 化 了 控 制原理，回路动作可靠。3 2现场布线改善为改善现场接线凌乱的状况，杜绝由于电缆芯线裸露而导致总风门电源跳闸8，经现场测量，可在现场加 装密封性能好的端子箱( 规格为 30 cm 20 cm 10 cm) ， 端子箱的防水、防尘效果好。同时，为裸露的控制电缆 加装金属软管，整治绝缘层老化的芯线，将电缆引入端 子箱接线，以减少总风门发生故障的中间环节。6结束语本文针对 300 mw 燃煤机组的磨煤机总风门的故障，重新设计了总风门控制回路; 并通过完善行程开关的检测方式和改善总风门内 部 积 灰 情 况，彻 底 解 决 了 由于气缸内磁性活塞 开位置不固定 所 带来的系 列 问 题。实际运行证明，整个系统结构更加简洁，控制回路 动作可 靠，极 大 地 减 少 了 机 组 运 行、检 修 人 员 的 工 作量。参考文献1 赵学斌 电厂磨煤机入口热风隔绝门改造j 电力设备，2007( 5) :75 762 郭前鑫，程中岳 磨煤机热风速断门推动汽缸后移技术改造j电力安全技术，2004( 6) : 373 姬红涛 磨煤机入口热风隔离挡板改造j 发电设备，2011( 3) :48 504 刘翠玲，黄 建 兵 集 散 控 制 系 统m 北 京: 中国林业出版社，2006: 101 1135 冉庆辉 双进双出钢球磨的程控及保 护j 应 用 能 源 技 术，2005( 4) : 17 196 周超群 电磁阀的原理及其在工程设计中的应用探讨j 石油化工自动化，2006( 5) : 92 947 许江晓 电站金属实用焊接技 术m 北 京: 中国电力出版社，2011: 52 618 王友嘉，陆勇毅 300 mw 机组热风门故障分 析j 上 海 电 力，2008( 1) : 17 189 黄继 如何提高现场绝缘电阻测试的准确 性j 今 日 科 苑，2007( 16) : 16310徐庆国，丁士磊 火电厂节能分析j 江西煤炭科技，2008( 2) :108 1094方案实施在机组检修期间，按照上述设计方案，进行了控制回路改造和打开到位磁性行 程 开 关 安 装，加 装 了 防 尘密封端子箱，并对现 场 接 线 进 行 了 整 治。现 场 端 子 箱 安装、接线和电缆整 治 完 成 后，经 测 试，电 缆 对 地 电 阻 均达到 500 m 以 上，绝 缘 性 能 良 好9，布 线 整 齐、美 观，接线