楊銘

摘 要 本文從循環(huán)流化床鍋爐返料風(fēng)機(jī)熱控自動(dòng)化DCS優(yōu)化控制策略出發(fā)，通過(guò)分析事故原因著手，分析設(shè)備結(jié)構(gòu)、電氣特性，發(fā)掘改造DCS控制策略，減小事故發(fā)生，改善循環(huán)流化床鍋爐的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 循環(huán)流化床 鍋爐返料風(fēng)機(jī) 設(shè)備結(jié)構(gòu) 電氣特性 控制策略?xún)?yōu)化

發(fā)電廠鍋爐熱控設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的過(guò)程，尤其是在循環(huán)流化床中。由于鍋爐燃燒及受熱的動(dòng)態(tài)積蓄效應(yīng)導(dǎo)致高溫灰分及殘?zhí)康难h(huán)效率直接影響溫度分布的變化，只要保證硫化風(fēng)的硫化作用，瞬間的燃料中斷也不會(huì)影響鍋爐爐膛滅火，所以，爐膛結(jié)焦與滅火相對(duì)而言，結(jié)焦擺放在了第一位。

影響CFB鍋爐結(jié)焦的因素一般有：燃料的影響；運(yùn)行參數(shù)的影響；返料的影響；設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響；運(yùn)行人員操作的影響。由于返料故障引起的結(jié)焦會(huì)造成高溫結(jié)焦，如果處理不及時(shí)，渣塊在床料中存在并隨著時(shí)間的推移，焦塊將越來(lái)越大，將造成硫化困難，堵塞排渣管，最后被迫停爐。

后峽電廠屬于孤網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)，由于多起返料風(fēng)中斷引起的事故，給我廠安全生產(chǎn)造成了重大損失，分析設(shè)備存在的隱患后，進(jìn)行了改造優(yōu)化，取得良好效果。

一、 設(shè)備結(jié)構(gòu)

1.設(shè)備。烏魯木齊環(huán)鵬有限公司目前有2臺(tái)180 T/H循環(huán)流化床鍋爐，該爐型具有雙分離器、雙返料器，且左右并列布置于爐膛和尾部豎直對(duì)流煙道中間。返料器分松動(dòng)風(fēng)室和流化風(fēng)室，兩返料器所有松動(dòng)風(fēng)、流化風(fēng)均來(lái)自同一返料風(fēng)機(jī)，經(jīng)返料風(fēng)母管送風(fēng)，返料風(fēng)機(jī)2臺(tái)（1用1備）。見(jiàn)圖1。

圖1 返料風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

從圖1中可以看出返料風(fēng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成：（1）電動(dòng)機(jī)及V帶傳動(dòng)部件。（2）羅茨鼓風(fēng)機(jī)及配套設(shè)備。（3）輸送管道、閥及機(jī)械安全泄壓配套裝置。

2.電氣結(jié)構(gòu)。動(dòng)力380 V三相電源經(jīng)隔離刀送至變頻器，經(jīng)變頻器直接拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)（如圖2）。電氣回路由三部分構(gòu)成：（1）隔離刀閘。（2）施耐德ATV61系列普通變頻器。（3）電力電纜。

圖2 電氣原理圖

二、事故發(fā)生的案例分析

1.返料中止事故原因機(jī)理分析。排除循環(huán)流化床本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行調(diào)控所發(fā)生返料中止因素，分析風(fēng)機(jī)故障及電氣回路設(shè)備選型及所設(shè)計(jì)的控制策略不合理造成的返料中止，由于兩返料器返料風(fēng)均來(lái)自同一風(fēng)機(jī)、同一母管，故一側(cè)返料風(fēng)機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題必然要直接影響另一側(cè)，并帶動(dòng)反應(yīng)，最終導(dǎo)致返料全部中止，必然促使 CFB鍋爐反料溫度速度上升。同時(shí)，料層也會(huì)緩慢上升，爐膛差壓波動(dòng)減小，床溫迅速上升，將會(huì)造成事故。

2.案例分析。（1）2010年1月，我廠CFB鍋爐在調(diào)試試運(yùn)行期間，由于電動(dòng)機(jī)軸承抱死，造成運(yùn)行返料風(fēng)機(jī)電機(jī)燒毀，羅茨鼓風(fēng)機(jī)停運(yùn)，返料風(fēng)終止，CFB床料結(jié)焦，發(fā)生被迫停爐事故。除了設(shè)備故障導(dǎo)致的事故因素發(fā)生外，備用風(fēng)機(jī)在發(fā)生故障時(shí)沒(méi)有立即連鎖啟動(dòng)也是造成事故擴(kuò)大的原因。在檢查設(shè)計(jì)邏輯時(shí)發(fā)現(xiàn)，在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)控制邏輯中，自啟動(dòng)條件只有電氣故障信號(hào)（即電源消失故障），連鎖才能啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，由于電氣故障沒(méi)能有效連鎖啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)（電源消失故障沒(méi)有出現(xiàn)），最終導(dǎo)致備用風(fēng)機(jī)連鎖啟動(dòng)失敗。

（2）2010年8月運(yùn)行中的返料風(fēng)機(jī)傳動(dòng)幾條V字帶連續(xù)斷裂造成返料風(fēng)中斷。由于控制邏輯不滿(mǎn)足條件，備用返料風(fēng)機(jī)沒(méi)有正常啟動(dòng)，2 min內(nèi)CFB鍋爐床溫迅速上升。運(yùn)行調(diào)整失敗后，進(jìn)行緊急停爐，發(fā)現(xiàn)爐膛床料2/5嚴(yán)重結(jié)焦，發(fā)生事故，造成比較嚴(yán)重后果。通過(guò)分析2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備結(jié)構(gòu)、電氣特性后，決定實(shí)施優(yōu)化2臺(tái)風(fēng)機(jī)控制策略。見(jiàn)圖3。

圖3 HSSCS順控功能塊原理圖

三、返料風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化策略

依據(jù)風(fēng)機(jī)故障的事故狀態(tài)分析，除去運(yùn)行人員承擔(dān)責(zé)任外，還有控制邏輯不完善的因素也是造成事故發(fā)生之重要原因?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)、電氣控制特性進(jìn)行如下分析：一臺(tái)運(yùn)行，母管制分別供給雙分離器、雙返料器，一臺(tái)備用，電力拖動(dòng)依靠軟連接實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)；雙輸送管路雙風(fēng)壓、風(fēng)量測(cè)量測(cè)點(diǎn)；返料風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)因素（泄壓閥、逆止閥門(mén)）；返料風(fēng)機(jī)終止送風(fēng)事故時(shí)，CFB鍋爐床溫迅速上升，此時(shí)床溫上升趨勢(shì)發(fā)生時(shí)的兩側(cè)返料風(fēng)管風(fēng)壓節(jié)點(diǎn)分別為9.6 kPa以下，瞬時(shí)風(fēng)量各為240 m3以下；變頻器選用普通型，當(dāng)發(fā)生電壓沖擊尤其是欠電壓時(shí)，運(yùn)行控制變頻器保護(hù)動(dòng)作，需要人員到變頻器上手動(dòng)復(fù)位，才能重新啟動(dòng)。

四、實(shí)施控制邏輯的完善建議

1.實(shí)施控制邏輯的操作建議。（1）增加風(fēng)壓、風(fēng)量控制邏輯，同時(shí)考慮風(fēng)壓、風(fēng)量在運(yùn)行中測(cè)點(diǎn)容易誤報(bào)因素（灰塵堵塞取樣點(diǎn)），將雙返料器的測(cè)點(diǎn)約束為同時(shí)滿(mǎn)足。（2）加入電機(jī)停運(yùn)狀態(tài)比邏輯增大判斷電機(jī)故障因素與運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)滿(mǎn)足邏輯關(guān)系。（3）普通變頻器不帶遠(yuǎn)傳DO復(fù)位端子，只能依靠?jī)?yōu)化控制邏輯完善設(shè)備結(jié)構(gòu)，減小影響生產(chǎn)及事故發(fā)生擴(kuò)大的因素。完善后的邏輯關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 改造后的控制邏輯關(guān)系圖

2.實(shí)施控制邏輯后的變化。（1）在增加兩側(cè)風(fēng)壓與10 kPa比較后，兩側(cè)風(fēng)量與250 m3比較后，二選二輸出觸發(fā)量然后任選其一，可以排除單個(gè)取壓點(diǎn)、風(fēng)量取樣點(diǎn)堵塞誤報(bào)信號(hào)的假信號(hào)，增大安全因素。（2）增加停運(yùn)狀態(tài)與電機(jī)電流與邏輯，增大判斷電機(jī)是否運(yùn)行的條件，將風(fēng)壓、風(fēng)量、電機(jī)運(yùn)行條件任選其一后在和連鎖按鈕建立關(guān)系。（3）綜合返料風(fēng)機(jī)的電氣、結(jié)構(gòu)、輸送的管閥系統(tǒng)，通盤(pán)考慮可能發(fā)生的設(shè)備故障因素，降低運(yùn)行人員的對(duì)設(shè)備故障發(fā)生后進(jìn)行事故處理的步驟，同時(shí)優(yōu)化增大檢修人員處理設(shè)備缺陷的安全因素。（4）將運(yùn)行返料風(fēng)機(jī)的運(yùn)行各個(gè)狀態(tài)作為備用風(fēng)機(jī)的連鎖啟動(dòng)條件，增加兩套連鎖按鈕，互為連鎖、互為備用。

五、啟動(dòng)優(yōu)化控制后的效果

事實(shí)證明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的返料風(fēng)機(jī)控制邏輯，在我廠3年里起到了保護(hù)及降低事故擴(kuò)大的優(yōu)勢(shì)。2011年3月，我廠正在運(yùn)行的返料風(fēng)機(jī)由于泄壓閥脫落，造成風(fēng)壓泄露，但優(yōu)化后的控制邏輯在第一時(shí)間就將備用風(fēng)機(jī)迅速連鎖啟動(dòng)，沒(méi)有造成事故進(jìn)一步的擴(kuò)大。2012年6月，我廠35 kV外線短路，瞬間造成電源欠壓，最終波及動(dòng)力電源，運(yùn)行中的返料風(fēng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作，停止運(yùn)行，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的返料風(fēng)機(jī)控制邏輯第一時(shí)間將備用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)成功，再次為我廠安全生產(chǎn)提供了有力保障。通過(guò)上述實(shí)踐檢驗(yàn)，證明對(duì)返料風(fēng)機(jī)控制優(yōu)化改造的措施是可行的。

六、結(jié)束語(yǔ)

DCS系統(tǒng)控制策略的優(yōu)化一直是熱控人員研究的一個(gè)方向，本文從發(fā)生的幾例事故中，經(jīng)過(guò)研究分析，結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)、特性分析現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行條件的控制策略，提供了一個(gè)角度。