陳 琳

(大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 三門峽472143)

撈渣機(jī)作為鍋爐主要輔機(jī)之一，其安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行與否，直接影響到鍋爐的安全［1］. 運(yùn)行實(shí)踐表明，撈渣機(jī)常見故障有傳動鏈卡鏈、繃斷，斜升段軌道損壞、粉料盤損壞、減速機(jī)損壞、鋼結(jié)構(gòu)梁升段軌道損壞等［2］. 隨著近幾年煤炭市場的大幅波動，幾乎全國所有火電廠難以長期燃用設(shè)計(jì)煤種，實(shí)際燃用煤質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)煤種［3－4］，鍋爐渣量遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值.為防止撈渣機(jī)因渣量大，出現(xiàn)過載跳閘或設(shè)備損壞事件的發(fā)生，電廠將撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速人為提高，以保證其安全運(yùn)行. 但撈渣機(jī)常出現(xiàn)空載或小荷載運(yùn)行，增加電耗，使經(jīng)濟(jì)性降低，磨損加劇，可靠性降低，維護(hù)費(fèi)用增加，使用壽命大大縮短［5］.

三門峽電廠二期兩臺600 MW 前后對沖燃煤鍋爐機(jī)組，每套鍋爐設(shè)置一臺刮板撈渣機(jī).撈渣機(jī)刮板設(shè)計(jì)運(yùn)行速度為0.50 ～1.94 m/min，出力為7 ～27 t/h，由于鍋爐燃用煤種長期偏離設(shè)計(jì)煤種，撈渣機(jī)長期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，其刮板實(shí)際運(yùn)行速度為3 ～8 m/min，實(shí)際出力為30 ～80 t/h.長期運(yùn)行結(jié)果表明，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降，煤耗量提高15.45 ～75.45 t/h;撈渣機(jī)磨損大，磨損點(diǎn)主要在刮板和鏈條處.為提高電廠安全經(jīng)濟(jì)性和有效降低撈渣機(jī)磨損，筆者針對三門峽電廠600 MW 機(jī)組撈渣機(jī)運(yùn)行控制進(jìn)行優(yōu)化，研究撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制策略，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與渣量適應(yīng)的自動控制.

1 撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速與渣量關(guān)系

設(shè)鏈條運(yùn)行速度在V0時，撈渣機(jī)的出力W1正好等于鍋爐排渣量W2，則V0為對應(yīng)負(fù)荷下?lián)圃鼨C(jī)鏈條基準(zhǔn)速度，即當(dāng)鏈條速度等于V0時，有

如圖1和圖2所示，撈渣機(jī)正常運(yùn)行時，刮板所送灰渣通常形成三角形，根據(jù)實(shí)際稱量，圖1所示的渣量等量于圖2的渣量. 計(jì)算中將圖2所示的渣量作為撈渣機(jī)正常運(yùn)行時刮板的渣量，其外形可看成三菱柱體.

圖1 實(shí)際刮板撈渣型圖

圖2 刮板撈渣等量型圖

圖2中:α 為刮板工作面的高度，m;l 為刮板工作面的寬度，m;β 為撈渣機(jī)傾斜段(或稱脫水段)與水平線的夾角，(°).

正常運(yùn)行時渣量為

式中ρ 為刮板上灰渣的密度，t/m3.

由每板刮板渣量Q1，便可求出撈渣機(jī)的出力為

式中L 為刮板間的距離，m.

鍋爐排渣量W2，即煤中的灰分經(jīng)燃燒后產(chǎn)生的焦渣量，

式中:Q 為鍋爐每小時燃煤量，t;A 為分析基煤的平均灰分;Φ 為煤中的灰分經(jīng)燃燒后轉(zhuǎn)變成焦渣的比例，%，可根據(jù)燃煤量、灰分以及每小時的產(chǎn)渣量計(jì)算.Φ 值一般取10% ～15%，如煤質(zhì)好，鍋爐燃燒工況優(yōu)良，可取10%.

由式(1)可推出:

根據(jù)式(6)可求出任意鍋爐負(fù)荷下已知煤質(zhì)時的鏈條基準(zhǔn)速度.

為了便于監(jiān)控觀察，在設(shè)備運(yùn)行畫面中將撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速以百分?jǐn)?shù)v 的形式表示，即

式中:r 為鏈條速度，m/min;d 為液壓馬達(dá)驅(qū)動輪直徑，m.

分析式(6)發(fā)現(xiàn)，撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速和渣量呈線性關(guān)系.由此可根據(jù)負(fù)荷、煤質(zhì)分析和實(shí)際渣量擬合撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速表.實(shí)際設(shè)置轉(zhuǎn)速時考慮1.1 ～1.2 倍的余度，以保證撈渣機(jī)安全運(yùn)行.

2 轉(zhuǎn)速控制策略

三門峽電廠二期600 MW 機(jī)組的撈渣機(jī)設(shè)計(jì)由液壓馬達(dá)驅(qū)動，油泵電機(jī)在無負(fù)荷下啟動到額定轉(zhuǎn)速.油泵是軸向柱塞變量泵，由4 ～20 mA 電流信號控制油泵的比例閥，從而控制流量輸出.流量輸出決定馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度.機(jī)組在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，通過調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動速度來調(diào)節(jié)撈渣機(jī)的排渣量.調(diào)節(jié)撈渣機(jī)控制速度的方式有就地調(diào)速及遠(yuǎn)程調(diào)速2 種.遠(yuǎn)程調(diào)速由遠(yuǎn)程除灰渣控制系統(tǒng)發(fā)出的4 ～20 mA信號直接輸入SPIDER 控制器.就地調(diào)速在SPIDER 控制器上實(shí)現(xiàn).就地控制為純電氣回路，回路中串連油泵電機(jī)過載，SPIDER 實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)保護(hù).

轉(zhuǎn)速控制完全由運(yùn)行人員根據(jù)當(dāng)前渣量大小憑個人經(jīng)驗(yàn)設(shè)置滿足出渣量的轉(zhuǎn)速.若設(shè)置轉(zhuǎn)速過低，會造成撈渣機(jī)溢渣，甚至造成撈渣機(jī)過載跳閘;若設(shè)置轉(zhuǎn)速過高，撈渣機(jī)各部件磨損加劇，降低使用壽命.一般轉(zhuǎn)速設(shè)置量都偏高，撈渣機(jī)常過負(fù)荷運(yùn)行.

原撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速控制是通過各信號進(jìn)入除灰系統(tǒng)PLC 來實(shí)現(xiàn)的，不便于分析問題，而且只能由運(yùn)行人員不間斷地巡檢，根據(jù)負(fù)荷、渣量的多少，手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，往往容易將撈渣機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)得過大，加劇磨損程度，降低撈渣機(jī)的使用壽命.

2.1 自動控制方案

撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制嚴(yán)格按照3#，4#爐撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速控制的改造方案執(zhí)行，在2 ×600 MW 脫硫DCS增加3#，4#爐除渣系統(tǒng)畫面，并且制作撈渣機(jī)的轉(zhuǎn)速控制畫面(如圖3所示)，編寫自動控制邏輯，制作轉(zhuǎn)速偏差大報警、轉(zhuǎn)速低聲光報警，通過主機(jī)傳送的實(shí)時總煤量信號換算出撈渣機(jī)的轉(zhuǎn)速指令，取消了原600 MW 機(jī)組除渣系統(tǒng)畫面上的轉(zhuǎn)速控制內(nèi)容、轉(zhuǎn)速偏差大報警、轉(zhuǎn)速低報警的內(nèi)容.

圖3 600 MW 鍋爐撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速控制畫面圖

2.2 編譯組態(tài)邏輯

撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速百分比與渣量具有線性關(guān)系，撈渣機(jī)的相關(guān)參數(shù)見表1.

表1 撈渣機(jī)相關(guān)參數(shù)

根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際測試，建立鍋爐實(shí)時給煤信號與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系式，給定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令與鍋爐給煤信號的對應(yīng)關(guān)系，編譯自動調(diào)節(jié)撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速的控制程序，同時增加手動自動切換調(diào)節(jié)方式.經(jīng)過調(diào)試后測得撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制指令與渣量對應(yīng)關(guān)系為

式中:Q'為渣量，t/h;M 為總煤量，t/h.

以額定煤量55 t/h 計(jì)算，灰分以37%計(jì)算，得到撈渣機(jī)自動轉(zhuǎn)速指令與渣量對應(yīng)關(guān)系見表2.

表2 撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制指令與渣量對應(yīng)關(guān)系

2.3 轉(zhuǎn)速自動控制邏輯

在不改變就地SPIDER 控制器對轉(zhuǎn)速的控制方式下，嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)原理及原理圖編寫，轉(zhuǎn)速自動控制邏輯如圖4所示.

圖4 600 MW 鍋爐撈渣機(jī)(3#)轉(zhuǎn)速控制邏輯圖

具體自動控制邏輯如下:

1)正常情況下，撈渣機(jī)處于自動控制狀態(tài)，撈渣機(jī)根據(jù)煤量折算出的渣量自動對應(yīng)轉(zhuǎn)速.

2)當(dāng)遇到機(jī)組煤質(zhì)大幅波動時，運(yùn)行人員可根據(jù)渣量通過調(diào)整煤質(zhì)灰分設(shè)定達(dá)到自動調(diào)整撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速的目的.

3)為了防止機(jī)組啟動過程中煤量過低導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)轉(zhuǎn)速過低，因此設(shè)定了當(dāng)煤量信號對應(yīng)的轉(zhuǎn)速指令小于15%時，切換為手動控制方式，同時發(fā)出撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制切手動報警信號.

4)當(dāng)撈渣機(jī)液壓馬達(dá)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可能造成撈渣機(jī)指令與反饋出現(xiàn)偏差，會造成撈渣機(jī)撈渣不及時或轉(zhuǎn)速過快等異常情況，因此在邏輯中設(shè)定了若指令反饋偏差大于15%時，自動將其切換至手動操作方式，同時發(fā)出切換手動報警信號.

5)遇到鍋爐掉焦、開關(guān)液壓關(guān)斷門等特殊情況時，運(yùn)行人員可根據(jù)實(shí)際情況手動調(diào)節(jié)撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速.

機(jī)組燃燒運(yùn)行產(chǎn)生的爐渣經(jīng)過鍋爐渣斗排放至輸送帶上，通過液壓馬達(dá)驅(qū)動撈渣機(jī)的刮板將渣輸送至A 和B 渣倉. 圖3控制畫面中顯示有機(jī)組負(fù)荷、轉(zhuǎn)速指令、轉(zhuǎn)速反饋、總煤量、驅(qū)動轉(zhuǎn)速、鏈條速度，運(yùn)行人員通過查看總煤量的大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速指令，控制液壓馬達(dá)的驅(qū)動速度大小，從而控制排放渣速度.

3 結(jié) 語

為了保證撈渣機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，即在脫硫系統(tǒng)復(fù)雜，灰硫運(yùn)行人員配備緊湊，操作任務(wù)繁重的同時，能正確、合理、有效地調(diào)節(jié)撈渣機(jī)的轉(zhuǎn)速，避免運(yùn)行人員操作不及時而溢渣，造成撈渣機(jī)停運(yùn)，影響鍋爐的安全運(yùn)行，同時對周圍的環(huán)境衛(wèi)生也造成不良影響.

通過對撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略的研究，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時自動的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，確保撈渣機(jī)在合理的轉(zhuǎn)速條件下運(yùn)行，在節(jié)能及提高撈渣機(jī)使用壽命等多方面達(dá)到了預(yù)期的效果，有效降低了撈渣機(jī)刮板的磨損，使主機(jī)處于安全、穩(wěn)定、健康的運(yùn)行狀態(tài).

［1］周強(qiáng)泰.鍋爐原理［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］呂大慶.刮板式撈渣機(jī)常見故障分析及處理［J］.華中電力，2010(6):67－69.

［3］陳剛，夏季，彭鵬，等.火電機(jī)組混煤摻燒全程動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用［J］.中國電力，2011，44(4):50－54.

［4］陳文，段學(xué)農(nóng)，陳一平，等.混煤摻燒中晉城無煙煤對飛灰含碳量的影響及控制措施［J］.電站系統(tǒng)工程，2010，26(4):17－19.

［5］戴榮，張斌. 火電廠刮板撈渣機(jī)防磨損探討［EB/OL］.［2010－12－28］http://www.cectech.org.cn/.