林美華

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

結合實際調研可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國很多燃煤電廠在除塵設備維護方面存在不足，如維護計劃制定不合理、欠維護或過維護、除塵設備狀態(tài)不可控等，該類情況導致燃煤電廠除塵設備故障頻發(fā)，相應環(huán)保、安全問題也隨之產(chǎn)生。為盡可能解決相關問題，該文圍繞燃煤電廠除塵設備預測性維護系統(tǒng)開展具體研究。

1 燃煤電廠除塵設備維護現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)狀分析

對燃煤電廠來說，長期運行設備引發(fā)故障的過程較為漫長，這就使傳統(tǒng)監(jiān)測手段在故障提前預警和實時監(jiān)測方面存在不足，為解決相關問題，可通過最新技術開展設備預警建模，通過對比分析歸檔數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，計算明確偏差，保證設備故障預警及時發(fā)出，同時以微信、短信、聲光報警等方式傳遞預警信息，基于接收的信息，備件庫可及時備件，燃煤電廠設備的穩(wěn)定運行將得到保障。為實現(xiàn)上述目標，故障診斷、在線監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術的結合應用極為關鍵[1]。

1.2 研究方向

但在長期運行過程中，燃煤電廠除塵設備會受到操作、煤種、工況等多種因素影響，除塵效率會在這類影響下降低，為保證除塵設備的長期穩(wěn)定運行，定期檢修維護工作極為關鍵?，F(xiàn)階段我國設備故障診斷及狀態(tài)監(jiān)測領域的發(fā)展極為迅速，相關探索在火電領域同樣大量存在。對燃煤電廠系統(tǒng)來說，其本身由多種系統(tǒng)組合構成，煙氣凈化系統(tǒng)同時包括脫硫、脫硝、除塵等系統(tǒng)。對電側設備的監(jiān)測在我國各地燃煤電廠較為普遍，但作為煙氣凈化系統(tǒng)關鍵設備，除塵設備的監(jiān)測受關注程度并不高，為填補市場空白，保證燃煤電廠粉塵排放穩(wěn)定且達標，必須做好除塵設備預測性維護[2]。

2 除塵設備預測性維護系統(tǒng)的具體設計

2.1 基該設計

預測性維護系統(tǒng)的設計，具體分析了除塵設備的維護需求，并從系統(tǒng)的功能以及系統(tǒng)關鍵技術兩個層面對其予以優(yōu)化設計。

2.1.1 系統(tǒng)功能設計

該文設計的除塵設備預測性維護系統(tǒng)如圖1 所示，系統(tǒng)功能可從三方面進行探討：第一，數(shù)據(jù)采集。電廠鍋爐側工況數(shù)據(jù)實時獲取由SISPI 負責，靜電除塵器上位機由OPC進行數(shù)據(jù)獲取，以GPS 時鐘或機組DCS 時鐘為兩路數(shù)據(jù)基準，通過物聯(lián)網(wǎng)VPDN 進行采集數(shù)據(jù)的遠程傳輸，分析平臺接收數(shù)據(jù)后基于時間序列進行存儲；第二，數(shù)據(jù)分析。結合燃煤電廠除塵設備歷史運行數(shù)據(jù)，基于過負載模型和機械劣化模型對灰斗、振打器、加熱器、高壓變壓器等進行計算，單設備的老化分析、壽命分析、通流能力分析、負荷能力分析可由此完成；第三，檢修維護策略。檢修專家知識庫設置、維護策略制定可結合不同設備異常狀態(tài)開展，順利實現(xiàn)設備異常排查，運行檢修人員采取行動措施的及時性也將大幅提升，可有效規(guī)避設備故障引發(fā)的停爐檢修問題。在除塵設備預測性維護系統(tǒng)支持下，可得到始終處于最佳運行狀態(tài)的除塵設備，基于生命周期的相關備品備件管理也能夠順利開展[3]。

圖1 除塵設備預測性維護系統(tǒng)功能

2.1.2 系統(tǒng)技術應用

除塵設備預測性維護系統(tǒng)的采用的技術主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，工藝及設備。研究涉及的燃煤電廠電除塵器由機械和電氣兩部分組成，電氣部分涉及低壓控制系統(tǒng)和高壓直流電源裝置，高電壓能夠使極間的氣體產(chǎn)生電離，運動過程中的離子和粉塵相碰撞，電場力作用下帶上電荷的粉塵移動至收塵極，粉塵收集由此完成，燃煤電廠氣體除塵需要能夠順利滿足；第二，預測性維護模型?；叶范禄?、絕緣子破裂、振打失靈、陰極線斷線均屬于常見的靜電除塵設備故障，該文研究的預測性維護模型可實現(xiàn)對這類典型故障的預測。圖2 為除塵設備預測性維護系統(tǒng)的電場短路判斷邏輯。結合圖2 進行分析不難發(fā)現(xiàn)，除塵設備預測性維護系統(tǒng)綜合考慮關聯(lián)分析、同比分析、環(huán)比分析、預警閾值、運行時長、檢修時間、故障信息完成了預測性維護模型算法設計，除塵設備的狀態(tài)檢修輔助決策及在線預警得以實現(xiàn)[4]。

圖2 電場短路判斷邏輯示意圖

2.2 細節(jié)設計

預測性維護系統(tǒng)是通過對除塵設備隱患故障趨勢的精準預判，對其實施保養(yǎng)，以此延長除塵設備使用年限。其中在系統(tǒng)的細節(jié)設計階段，可依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開展，逐步淘汰單一數(shù)據(jù)專項分析、被動處理的除塵設備維修，單純反饋設備狀態(tài)、基于經(jīng)驗的預防性維修也需要同時淘汰，因此細節(jié)設計應聚焦燃煤電廠除塵設備的大數(shù)據(jù)綜合分析、設備維修主動管控、基于數(shù)據(jù)的預防性維修，進而提供高可行性的解決方案，全生命周期的監(jiān)測、診斷需要同時實現(xiàn)。在預測性維護系統(tǒng)的細節(jié)設計環(huán)節(jié)，具體可從軟硬件配備上，為其創(chuàng)造對應的實踐應用條件。在硬件設施布置階段，需要設置性能優(yōu)良的服務器設施與計算機平臺以及傳感器、監(jiān)控器等。而在軟件設計上，應聚焦遠程監(jiān)測、智能故障診斷、大數(shù)據(jù)性能預測等方面的創(chuàng)新，利用監(jiān)控軟件實時掌握除塵設備的運行數(shù)據(jù)和健康狀態(tài)，進而為智能化的除塵設備維護、管理提供支持。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺支持下，對除塵設備的監(jiān)測和診斷要設法實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視、自動化的故障診斷、報警、統(tǒng)計。通過對故障數(shù)據(jù)的查看、追溯、統(tǒng)計，可明確除塵設備的運行數(shù)據(jù)和可靠性，維修和養(yǎng)護工作自然能夠更好開展。

此外，在系統(tǒng)設計過程中，還可以使用在線監(jiān)測診斷和應力波分析方法，基于在線監(jiān)測診斷，可實現(xiàn)對除塵設備狀態(tài)的實時監(jiān)測，高效通信網(wǎng)絡、先進傳感器需要在除塵設備預測性維護系統(tǒng)中得到充分應用，為保證測量和分析工作的實時、連續(xù)推進，還需要應用大數(shù)據(jù)技術，在技術的強大數(shù)據(jù)處理能力支持下，對比除塵設備健康狀態(tài)下數(shù)據(jù)和監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，除塵設備的故障發(fā)生規(guī)律可由此識別、解讀、模擬，除塵設備的運行狀態(tài)判斷、最佳維護時機輔助決策、各部件使用壽命預測均可順利實現(xiàn)。關于除塵設備預測性維護系統(tǒng)的建設需要充分結合除塵設備特點和燃煤電廠運行及管理實際情況，這關系著系統(tǒng)價值能否充分發(fā)揮；應力波分析技術能夠較好服務于燃煤電廠除塵設備監(jiān)測，該技術能夠充分結合除塵設備的運行特點，解決以往監(jiān)測診斷工作面臨的一系列難點。作為超聲波能量脈沖，應力波能夠對除塵設備運行過程中產(chǎn)生的沖擊和摩擦完成信號采集，基于處理、分析信號獲取的頻率、能量、直方圖等數(shù)據(jù)，即可完成除塵設備的故障和狀態(tài)分析。應力波技術在除塵設備中的應用可實現(xiàn)對相關故障寬度和深度的分辨，振動對這一分辨過程造成的影響能夠降到最低，除塵設備沖擊和摩擦可基于應力波能量圖實現(xiàn)量化展示，能夠直觀展示源于二者產(chǎn)生的應力波能量以及除塵設備動態(tài)化的內部變化。直方圖能夠對除塵設備存在的污染等非周期事件進行監(jiān)測，利用FFT 頻譜可實現(xiàn)除塵設備故障的具體定位，這種定位能夠精確到具體部件。通過貫徹新型維護保障理念，應力波技術在除塵設備預測性維護系統(tǒng)中的應用需要實現(xiàn)對除塵設備早期故障特征提取，相較于傳統(tǒng)技術，應力波技術能夠在除塵設備實際損壞后及時捕捉突變狀態(tài)，同時完成的除塵設備運行狀態(tài)預判能夠在傳統(tǒng)技術完成故障診斷前給出，真正改變除塵設備傳統(tǒng)檢修思路，狀態(tài)檢修將真正逐步取代定期檢修。

例如某發(fā)電廠在實現(xiàn)除塵設備高效運行目標時，專門從下述三個方面，打造良好的維護環(huán)境。第一，推進電改袋式除塵技術，增加設備人力巡視頻率，隨時記錄除塵設備除塵量變化規(guī)律、設備運行動態(tài)，結合記錄信息知曉變化趨勢，而且還在發(fā)電廠限電時時，及時更換出現(xiàn)破損或使用年限較長的除塵布袋；第二，組建技術組，專門對預測性維護系統(tǒng)的應用流程以及應用效果進行調研，并利用漏焊智能監(jiān)測裝置，對除塵設備上漏焊處進行有效補焊，借此抑制除塵設備低效運行；第三，對發(fā)電廠中使用的鍋爐設備的返煙現(xiàn)象予以解決，經(jīng)過風機頻率與吹掃頻率的控制，促使煙氣處于可控狀態(tài)，及時對反煙后的煙氣予以回收，最終確保該發(fā)電廠在預測性維護計劃執(zhí)行階段，始終處于煙氣合理清除環(huán)節(jié)，維護了發(fā)電廠發(fā)電項目的生態(tài)性價值。

由于袋式除塵設備在日常運行期間，其風量、清灰效果、濾袋通暢性以及粉塵回收密封性均影響除塵效率。所以，在設計預測性系統(tǒng)時，于發(fā)電廠除塵設備周邊增設風量傳感器與風力傳感器、智能監(jiān)控系統(tǒng)，在一體化設計中知曉除塵設備是否存在隱患問題，借此達到合理預判故障目的。

2.3 應用過程

在除塵設備預測性維護系統(tǒng)的應用過程中，需要聚焦硬件、軟件、網(wǎng)絡部署，以此保證系統(tǒng)能夠更好地服務于燃煤電廠，主要涉及數(shù)據(jù)采集箱、傳感器、分析軟件，需要在除塵設備上布置傳感器，收集相關信息，監(jiān)測現(xiàn)場就近布置數(shù)據(jù)采集箱，對多個傳感器的監(jiān)測信息進行匯聚和處理，在控制室部署分析軟件，對多個數(shù)據(jù)采集箱提供的設備監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進行診斷、分析及處理。在傳感器的部署過程中，須保證傳感器測點選擇兼顧安裝方便、信息采集可靠穩(wěn)定、便于后續(xù)維護等要求，具體選擇夾持安裝傳感器的方式，傳感器安裝位置在安裝前須結合螺栓尺寸確定，并做好打孔、固定處理，以此在夾持底座上安裝傳感器。結合工況實際，可局部調整傳感器位置，以此實現(xiàn)信號質量改善；在軟件及網(wǎng)絡的部署方面，須做好分析軟件、除塵設備監(jiān)測與診斷平臺的設計，應在大數(shù)據(jù)中心布置除塵設備監(jiān)測與診斷平臺，采用私有云方式建設除塵設備監(jiān)測與診斷平臺，通過獨享宿主機資源，除塵設備監(jiān)測與診斷平臺能夠滿足安全、獨享、合規(guī)需求，多副本冗余方式的數(shù)據(jù)規(guī)避數(shù)據(jù)單點故障風險，同時可提供遷移、監(jiān)控、恢復、備份、容災等數(shù)據(jù)庫運維方案，順利實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的部署、擴展、管理。在PLC 機房內布置分析軟件，大數(shù)據(jù)中心部署總的集群軟件服務器。基于服務器/瀏覽器架構設計，分析軟件可通過網(wǎng)絡連接通過電腦瀏覽器訪問，同時可通過手機App 對除塵設備健康狀態(tài)進行實時查看。結合燃煤電廠實際情況，除塵設備預測性維護系統(tǒng)設計還需要做好網(wǎng)絡架構方案設計，具體設計須利用已有的內部網(wǎng)絡和骨干網(wǎng)絡，燃煤電廠提供分析服務器到除塵設備監(jiān)測與診斷平臺服務器網(wǎng)絡傳輸鏈路，以此實現(xiàn)與分析軟件服務器、數(shù)據(jù)采集箱、終端監(jiān)控應用系統(tǒng)、除塵設備監(jiān)測與診斷平臺的連接，最終在燃煤電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)大屏幕上展示除塵設備運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)，可以更好地開展除塵設備的維護工作[5]。

2.4 應用效果

以某燃煤電廠為例，結合除塵設備歷史運行數(shù)據(jù)，建設除塵設備預測性維護系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)除塵設備的短路等故障預警，并能夠提供建議用于運維策略。以基于系統(tǒng)的堵灰故障預測為例，可得到圖3 所示的堵灰故障預測特征曲線，由此進行分析可以發(fā)現(xiàn)，輸灰管道某一電場隨時間增加出現(xiàn)火花率逐步增加，同時存在逐步下降的二次電流、電壓，隨著二次電流、二次電壓為零，短路報警自動發(fā)出。除塵設備預測性維護系統(tǒng)主頁能夠顯示設備名稱、故障原因、報警類別、機組編號、報警時間、設備狀態(tài)等基本信息，結合預警信息，運行人員可明確除塵設備故障情況及出現(xiàn)原因，采用針對性預警和處理措施，更好預防除塵設備故障。在具體應用除塵設備預測性維護系統(tǒng)的過程中，該系統(tǒng)具備的VPN、多種通信協(xié)議、數(shù)據(jù)透傳等功能可較好對接燃煤電廠的自動化系統(tǒng)和第三方信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)對接可基于OPC、HTTP 等方式實現(xiàn)，因此未來除塵設備預測性維護系統(tǒng)將逐步參與到燃煤電廠的管理業(yè)務和數(shù)據(jù)信息整合與集成中，這一過程需要聚焦設備管理系統(tǒng)與除塵設備預測性維護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接，以此規(guī)避“數(shù)據(jù)孤島”問題，可加快燃煤電廠的生產(chǎn)經(jīng)營一體化進程，提升應用集成水平。對燃煤電廠除塵設備的維護策略來說，除塵設備預測性維護系統(tǒng)能夠通過比較、定量、統(tǒng)計分析明確相關零部件是否需要更換或保養(yǎng)，最佳維護時間和內容也能夠順利確定，燃煤電廠除塵設備管理、診斷水平因此大幅提升。

3 結論

綜上所述，燃煤電廠除塵設備預測性維護系統(tǒng)具備較高的推廣價值。在此基礎上，該文涉及的基該設計、細節(jié)設計、應用效果等內容，則直觀展示了除塵設備預測性維護系統(tǒng)具體構成。燃煤電廠除塵設備近年來不斷升級，物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術也開始用于設備預測性維護，這一現(xiàn)狀必須得到高度重視，為更好地實現(xiàn)除塵設備預測性維護，應結合“未病先防，即病防變”理念，更深入應用智能診斷技術、大數(shù)據(jù)技術等新型技術。