淺談循環(huán)流化床鍋爐返料送風(fēng)機(jī)運(yùn)行優(yōu)化自動(dòng)控制

馬新華

摘要：針對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐返料風(fēng)機(jī)中斷事故，從熱控自動(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，彌補(bǔ)減小事故發(fā)生，改善循環(huán)硫化床鍋爐的安全運(yùn)行。

Abstract： In view of the interruption of the return air of the circulating sulfurized bed boiler， this paper starts from the thermal control automation DCS optimization control strategy， analyzes the cause of the accident， the equipment structure and electrical characteristics， to explore and reform the DCS control strategy to make up for and reduce the occurrence of the accident， so as to improve the safe operation of circulating sulfurized bed boiler.

關(guān)鍵詞：循環(huán)硫化床鍋爐返料風(fēng)機(jī)重要性;設(shè)備結(jié)構(gòu);電氣特性;控制策略優(yōu)化;減小事故發(fā)生及擴(kuò)大

Key words： importance of recirculation fan of circulating fluidized bed boiler;equipment structure;electrical characteristics;control strategy optimization;reducing accident occurrence and expansion

中圖分類號(hào)：U231.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）06-0158-02

0 ?引言

鍋爐熱控設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的的過(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（Circulating fluidized bed，是指循環(huán)流化床）鍋爐結(jié)焦的因素一般有：①燃料的影響;②運(yùn)行參數(shù)的影響;③返料的影響;④設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響;⑤運(yùn)行人員操作的影響。

由于返料故障引起的結(jié)焦造成的高溫結(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，造成流化困難，堵塞排渣管，最后被迫停爐。

新疆騎馬山熱力有限公司屬于孤網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)由于多起返料風(fēng)中斷引起的事故，給我公司安全生產(chǎn)造成了重大損失，分析設(shè)備存在的隱患后改造優(yōu)化并取得良好效果。

1 ?設(shè)備結(jié)構(gòu)

①新疆騎馬山熱力有限公司目前有2臺(tái)65T/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）。返料風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1。

如圖看出返料風(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）輸送管道及機(jī)械安全泄壓配套裝置。

②電氣結(jié)構(gòu)，動(dòng)力380V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。

③杭州和利時(shí)MACSV分散控制DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制。

2 ?事故發(fā)生的案例分析

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)，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，料層同時(shí)緩慢上升，爐膛差壓波動(dòng)減小，床溫迅速上升，造成事故。2016年10月我公司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)燒毀造成羅茨鼓風(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。設(shè)備故障導(dǎo)致事故因素發(fā)生外，備用風(fēng)機(jī)在發(fā)生故障時(shí)沒(méi)有立即聯(lián)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)，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）聯(lián)鎖才能啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，由于電氣故障沒(méi)能有效聯(lián)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)聯(lián)鎖啟動(dòng)失敗。

2016年11月運(yùn)行中的返料風(fēng)機(jī)由于傳動(dòng)幾條V字帶連續(xù)斷裂造成返料風(fēng)中斷，由于控制邏輯不滿足條件，備用返料風(fēng)機(jī)沒(méi)有正常啟動(dòng)，兩分鐘內(nèi)CFB鍋爐床溫迅速上升，運(yùn)行調(diào)整失敗，緊急停爐，后發(fā)現(xiàn)爐膛床料五分之二嚴(yán)重結(jié)焦，發(fā)生事故，造成比較嚴(yán)重后果。通過(guò)分析兩臺(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)化兩臺(tái)風(fēng)機(jī)控制策略。

3 ?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，導(dǎo)致返料風(fēng)終止的原因還有控制邏輯不完善的因素也是造成事故發(fā)生之一，考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)、電氣控制特性如下分析：

①一臺(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);②雙輸送管路雙風(fēng)壓、風(fēng)量測(cè)量測(cè)點(diǎn);③返料風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)因素（泄壓閥、逆止閥門(mén)）;④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9.6kPa以下，瞬時(shí)風(fēng)量各為240m3以下;⑤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)。

根據(jù)以上分析特點(diǎn)實(shí)施控制邏輯的完善如下：

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)系如圖4。

①增加兩側(cè)風(fēng)壓與10kPa比較后，兩側(cè)風(fēng)量與250m3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聯(lián)鎖按鈕與關(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)的聯(lián)鎖啟動(dòng)條件，增加兩套聯(lián)鎖按鈕，互為聯(lián)鎖、互為備用。

4 ?優(yōu)化后的結(jié)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，在我公司起到了保護(hù)及降低事故擴(kuò)大的優(yōu)勢(shì)，2017年3月，我廠正在運(yùn)行的的返料風(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)迅速聯(lián)鎖啟動(dòng)，沒(méi)有造成事故進(jìn)一步的擴(kuò)大，2017年6月，我公司35kV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，再次為我公司安全生產(chǎn)提供了有力保障，通過(guò)上述實(shí)踐檢驗(yàn)，對(duì)返料風(fēng)機(jī)控制優(yōu)化改造的措施是可行的。

5 ?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。

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