雙進雙出磨煤機料位測量裝置故障分析與處理

閆 偉，孟祥榮，李 軍

（1.山東濟寧運河發(fā)電有限公司，山東 濟寧 272057；2.山東電力研究院，山東 濟南 250002）

0 前言

制粉系統(tǒng)的選型在電廠建設中至關重要，選型的好壞關乎機組的控制、燃燒穩(wěn)定和檢修維護，主要有中儲式制粉系統(tǒng)、中速直吹式制粉系統(tǒng)和雙進雙出直吹式制粉系統(tǒng)。目前，在發(fā)電企業(yè)中雙進雙出直吹式制粉系統(tǒng)成為國內新建機組的重要選擇之一，在國內應用已有百家以上。

雙進雙出制粉系統(tǒng)從原理上具有明顯的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：

（1）負荷響應速度快。能在系統(tǒng)供電調峰時的寬負荷范圍內快速度響應，對鍋爐負荷變化響應可通過改變一次風量進行調整，調整時僅遲緩15 s，非常適合機組調峰使用。

（2）制粉儲存容量大。當供煤環(huán)節(jié)發(fā)生故障時，磨煤機筒體內煤粉的儲存量可在15 min內持續(xù)滿足鍋爐燃燒供粉的需求。

（3）制粉系統(tǒng)運行期間煤粉細度穩(wěn)定，能使鍋爐燃燒穩(wěn)定。當?shù)拓摵蛇\行時煤粉細度顯著提高，鍋爐燃燒更加穩(wěn)定。

（4）煤種適用性廣、不受異物影響，檢修維護費很低等優(yōu)點。

但是，目前對該系統(tǒng)工藝、設備、裝置等掌握和了解不夠深入，運行也不理想。在實際運行中運河電廠300 MW機組配用的雙進雙出直吹磨很難看到上述優(yōu)點。相反的是在這幾個方面發(fā)現(xiàn)如下問題：負荷響應速度慢，最小遲緩時間30 s，最大遲緩時間在120 s以上；煤粉儲存容量小，甚至造成鍋爐負荷提升困難；運行中有時煤粉顆粒粗，燃燒不穩(wěn)定等。

雙進雙出直吹式系統(tǒng)的負荷升降過程是依靠調節(jié)“容量風”大小實現(xiàn)的。要達到理想的控制效果，必須做到磨煤機供煤粉量與鍋爐負荷必須一致，“容量風”包含磨煤機筒體里一次風、旁路風、密封風和風中懸浮的煤粉?！叭萘匡L”中最重要的參數(shù)是懸浮煤粉中可供燃燒煤粉的比例。而料位的穩(wěn)定是保證該參數(shù)的重要保證。

綜上所述，料位的測量與控制是決定雙進雙出制粉系統(tǒng)性能好壞的關鍵所在。

1 壓差料位檢測基礎原理及檢測方法

華能運河電廠所用的YCCH旋轉容器智力化壓差測厚系統(tǒng)的基礎原理是取合適的壓力、穩(wěn)定流量的氣流，用兩根管路輸送到被測量介質的參考點和測量點，將兩點之間的壓差（△P）測量出后，除以質介的比壓就間接計算出被測量介質的厚度。

△P/介質比壓=被測量介質的厚度

用壓差厚度測量法可測量無法直接接觸的流動狀態(tài)物料的厚度。

圖1 旋轉容器壓差測厚系統(tǒng)示意圖

雙進雙出磨煤機的煤粉在密封及高速旋轉的筒體內，用此種方法測量煤粉的厚度在響應速度和準確度優(yōu)于以前采用噪聲電耳測量方法。

圖1是料位測量系統(tǒng)的示意圖。共由三部分組成：由調節(jié)儀、調節(jié)閥、緩沖罐、孔板、壓差變送器組成一個衡壓PID調節(jié)系統(tǒng)；由孔板、輸送管路、上探針P1、下探針P2組成衡流氣源輸出環(huán)節(jié)；由壓差高度示管代替壓差變送器的測量、顯示環(huán)節(jié)。檢測原理是：P1點以前饋控制的方式將磨煤機筒體里變化的壓力傳輸?shù)娇装迳隙?，使閉環(huán)PID控制的緩沖罐內壓力成為跟隨式動態(tài)衡壓源。在大變徑孔板限流下使微流量氣流成為衡流源。將微流量氣流送到探針 P1、P2端。

△P是上探針和下探針之間的壓差，就是在運行中顯示的200～1 000 Pa值。這個壓差值可分為兩個分量，一個分量是在筒體里懸浮氣流中的煤粉，另一個分量是堆積在下探針口以上的沉積煤粉厚度。這兩個量之和就是磨煤機“料位”。

從上述公式中可以看出，P1、P2的準確測量是料位測量的關鍵，二者均受到衡流氣源和取樣管本身的影響。

要想準確測量料位，首先要保證測量用的微流量氣流必須不受磨機筒體內壓力變化的影響，是在壓力變化下的衡流源。本系統(tǒng)實現(xiàn)這一指標是依靠PID系統(tǒng)調節(jié)孔扳兩端壓差不變。其中決定性的元件是調節(jié)儀和調節(jié)閥。

其次壓力取樣管的堵塞、泄露等也是料位測量的關鍵因素，也是其他差壓式料位測量裝置的常見問題。

2 常見問題分析

華能濟寧運河發(fā)電有限公司兩臺300 MW火力發(fā)電機組配置的雙進雙出鋼球磨煤機壓差料位檢測裝置是從法國進口的阿爾斯通公司產(chǎn)品。運行4年來磨內煤位始終檢測不準確，不能滿足煤位測量與自動控制的要求。

經(jīng)過實際運行的觀察以及分析，歸結原因主要為以下幾點。

（1）系統(tǒng)安裝設計不合理。主要表現(xiàn)在：壓差料位檢測輸入氣源管通徑選用太細，管路通過較多活接連接，增加了漏點的可能；密封箱入口處未安裝閥門，無法設定上、下料位檢測點，不方便日常管路查漏工作。

（2）衡流源控制器的各種參數(shù)設定不合理，無法保證氣源的穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在：調節(jié)儀設定控制值不正常，始終運行在高位報警值，己將彈簧拉斷、內部閥體損壞；由于參數(shù)設定錯誤，調節(jié)閥長時間不合理振蕩。

（3）運行中取樣管路磨損和損壞嚴重，致使P1、P2不能正常反應磨煤機滾筒內的壓力。表現(xiàn)在：瓶頸的存在使測量探針口經(jīng)常堵塞；檢測管路斷開泄漏；保護套、探針被砸掉；長期運行可能造成中空軸和檢測管路磨壞。如圖2所示為檢修時發(fā)現(xiàn)中空軸內表皮和檢測管路磨損情況嚴重。

圖2 中空軸內表皮和檢測管路磨損圖

3 處理措施以及修后效果

3.1 優(yōu)化外部測量管路

將原安裝時的細管路改為2×Φ22×3的雙管路。為減少漏點，將管路活接連接改為焊接連接。重新定制了外部測量管路與內部測量管路之間的軟管，使其密封性更好并易于檢修。

為方便管路查漏，加裝了上下探針控制閥門。

在氣源側加裝過濾器，減少氣源中含油和水對裝置運行的影響。

3.2 修復內部測量管路

抽出磨煤機絞籠，發(fā)現(xiàn)中空軸內層表皮及測量管路已磨爛，只能重新敷設測量管并更換耐磨內層表皮。

罐體內探針保護套已全部脫落，易造成氣壓不穩(wěn)定及管路堵塞。重新更換了探針保護套，焊接時盡量提高焊接質量。鑒于當前煤質較差，磨損量大，磨煤機中空軸內層及探針保護套的檢查應作為電廠日常檢修工作的重點。

3.3 衡流源優(yōu)化控制

更換壞掉的調節(jié)閥；調整PID參數(shù)，使恒壓源壓力基本為1.8 kPa，滿足測量要求。

根據(jù)制定的方案停機檢修后重新啟動，比較修前與修后磨煤機的料位曲線圖，可以明顯看出：修前無論煤量、容量風如何變化，磨煤機料位均不變化；修后磨煤機料位已能很好跟蹤煤量、容量風的變化。料位控制效果明顯提高。

圖3 修前磨煤機料位曲線

圖4 修后磨煤機料位曲線

4 結語

磨煤機內料位通過趨勢曲線觀察其穩(wěn)定在一個高度上進行微小振蕩。其中微小振蕩波形就是磨煤機筒體在臨界轉數(shù)（16～18 r/min）旋轉，筒體里鋼球處于周爾復始的拋落和瀉落狀態(tài)，使磨煤筒體內壓力產(chǎn)生不斷微小變化。當壓差料位檢測裝置的前饋系統(tǒng)和PID系統(tǒng)運行正常時，在趨勢曲線中微小幅值變化的同步響應波形是料位壓差測厚系統(tǒng)響應速度快，測量值準確的重要標志。大修后整套料位系統(tǒng)運行良好，為機組優(yōu)化控制、安全運行打下堅實基礎。

本文以雙進雙出直吹制粉系統(tǒng)的磨煤機料位作為研究課題，從系統(tǒng)原理、故障產(chǎn)生原因及改造方案制定等方面進行了分析，對壓差料位檢測裝置運行維護、故障判斷與處理具有一定的指導意義。