電廠磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

（華電國際十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277103）

0 引言

電力設備的運行狀態(tài)直接關系著電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)以人工為主的設備維修和管理方式，往往是在設備出現(xiàn)故障之后進行被動的維修，造成的損失難以估量，維修過程中的針對性和經(jīng)濟性較低，不僅維修工藝落后，設備使用壽命得不到有效提升，而且維護和保養(yǎng)費用較大。在現(xiàn)代技術的推動下，故障智能預警系統(tǒng)無疑是電廠設備狀態(tài)檢修發(fā)展的主要方向，以預防為主，重點進行設備狀態(tài)檢測，及時發(fā)現(xiàn)設備運行過程中的異常狀態(tài)故障診斷進行有效預警，并與工作人員采取針對性的防治措施，最大限度的降低設備故障所造成的經(jīng)濟損失[1]。

1 磨煤機工作原理和常見故障分析

磨煤機主要是進行碾壓、粉碎作用，為鍋爐提供符合燃燒技術要求的煤粉，是火力發(fā)電中的核心設備。根據(jù)磨煤機轉(zhuǎn)速不同可以分為低速磨煤機、中速磨煤機和高速磨煤機三種類型。其中低速磨煤機轉(zhuǎn)速為18～25r/min，該磨煤機對原料的要求不高，適用性廣，維修保養(yǎng)方便，但是耗電量較高，內(nèi)部金屬球磨損量較大，常見的低速磨煤機包括單進單出鋼球筒式磨煤機、雙進雙出筒式磨煤機。中速磨煤機轉(zhuǎn)速通常為60～300r/min，具有煤粉細度可以進行調(diào)節(jié)，安全性高，噪聲小，耗電低，占地面積小等優(yōu)勢，但是中速磨煤機結(jié)構(gòu)復雜，原料中的雜質(zhì)對其影響較大，易引發(fā)部件損壞，并且維修成本較高，常見的中速磨煤機為碗式磨煤機；高速磨煤機轉(zhuǎn)速為500～1500r/min，具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小、金屬損耗量小等優(yōu)勢，但是葉輪和葉片的磨損較快，維修保養(yǎng)周期短、成本高，常見的高速磨煤機為風扇式磨煤機。中速磨煤機在火力發(fā)電過程中使用較為廣泛，本文以碗式中速磨煤機為例，分析其主要工作原理和常見故障類型：

1.1 工作原理

碗式中速磨煤機主要由分離裝置、碾磨機構(gòu)、驅(qū)動裝置和潤滑系統(tǒng)組成。驅(qū)動裝置為整個碾磨系統(tǒng)提供動力，碾磨機構(gòu)由磨輥和磨盤組成，原煤在磨輥與磨盤之間相互作用下擠壓和研磨，然后移動至分離區(qū)域，通過帶有一定溫度的熱風將碾磨好的煤粉帶入鍋爐中，而較大塊狀的煤料則受重力影響落入碾磨區(qū)域內(nèi)，再次進行碾磨。原煤中的石子、木棍、金屬等雜物從磨碗邊緣溢出，被刮板清除至磨煤機外。碗式中速磨煤機結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

1.2 常見故障分析

磨煤機內(nèi)部著火故障的產(chǎn)生，是由于設備內(nèi)部煤粉以及大量易燃物的堆積，當溫度達到一定值后，遇明火會快速燃燒。發(fā)生該故障時，磨煤機出料口溫度急劇升高，磨煤機內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)損壞。磨煤機著火時，需要立即切斷磨煤機電路，停止磨煤機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時關閉熱風機，手動控制給煤量。如果磨煤機內(nèi)部溫度仍然持續(xù)上升，需要進行冷水降溫，確保磨煤機內(nèi)部火災征兆消失，出口溫度下降，待設備完全冷卻后，打開檢修窗進行清理[2]。

磨煤機振動異常是常見的故障之一，磨煤機運行過程中常伴有較大振動或者金屬撞擊聲。產(chǎn)生原因包括：原煤中含有較大的石塊與磨輥發(fā)生碰撞，導致磨輥受力不均勻，在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生異常振動和異響。另外，由于氣封損壞，導致軸承工作溫度生高，潤滑油出現(xiàn)泄漏或者污染，潤滑效果不佳也會造成異常振動。出現(xiàn)該故障時，需要減少給煤量，檢查并及時清理異物，加強煤炭異物分揀工作，確保磨煤機磨盤上有一定的煤層厚度。

碾磨機構(gòu)是磨煤機核心部分，也是故障發(fā)生率較高的區(qū)域，長期在惡劣工況下運行，容易出現(xiàn)各種磨損，其中刮板斷裂是也是常見故障。設備運行過程中出現(xiàn)刮板斷裂會導致原煤中的雜物清理不及時，雜物大量堆積會影響煤質(zhì)，同時也會進一步加速設備磨損程度并且會引起更為嚴重的安全隱患。出現(xiàn)刮板斷裂時，需要立即停止設備運行，待設備冷卻后及時進行更換[3]。

煤粉過細會導致大量煤粉堆積在設備內(nèi)造成磨煤機卡塞，出粉過粗則會導致給煤量減少，造成磨輥與磨盤之間的煤層厚度不均勻。給煤量異常故障主要原因是出料口堵塞或者磨煤機壓差增加。當磨煤機出現(xiàn)堵煤故障時，磨煤機出料口風壓、風量、磨煤機給煤量、磨出口溫度、磨煤機電流、加載電壓等參數(shù)均有較大幅度的下降。磨煤機堵煤會造成煤粉爐燃燒不穩(wěn)定，缺料和少料情況嚴重時會出現(xiàn)熄火保護，導致磨煤機跳閘；落煤管以及給煤機出口堵塞，會造成少煤或斷煤故障。當發(fā)生該故障時，給煤量嚴重不足，磨輥和磨盤之間由于缺少研磨料，發(fā)生金屬研磨的聲音并伴有異常的機械振動。

2 磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)設計

磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)是利用現(xiàn)代化的科學技術，通過對磨煤機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，采集狀態(tài)參數(shù)信息，分析設備運行狀態(tài)是否存在異常并進行有效預警，幫助工作人員主動進行設備維護工作。下面就對磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計進行詳細分析：

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能設計

電廠磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)通過離線和在線監(jiān)測兩種方式對磨煤機運行狀態(tài)和參數(shù)進行監(jiān)測和分析，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的歷史信息進行綜合評估，得出故障診斷的結(jié)論。電廠磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)主要由狀態(tài)監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)庫以及故障診斷模塊組成。狀態(tài)檢測模塊是通過設備傳感器對磨煤機運行狀態(tài)參數(shù)進行實時采集，進行可靠性分析及時發(fā)現(xiàn)設備存在的安全隱患[4]。故障診斷模塊主要工作內(nèi)容包括故障監(jiān)測、故障識別、故障分析以及故障預警。該模塊從狀態(tài)檢測模塊中獲取設備故障的參數(shù)信息，通過數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)進行推理并得出診斷結(jié)果，通過人機交互界面反饋給設備管理人員，便于采取有效的維護措施。

2.2 故障預警設計

電廠磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)具有高效的故障分析和判斷能力。采集磨煤機運行狀態(tài)參數(shù)信息并且參考歷史數(shù)據(jù)進行對比分析，判斷設備運行狀態(tài)是否存在異常，得出科學合理的維修方案。故障分析模塊可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)信息得出磨煤機各種故障模式、征兆、原因以及故障造成的影響，根據(jù)不同的故障類型選擇針對性的處理和預防措施。電廠磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)流程如下圖2所示。

3 磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)應用

電廠磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)通過對設備運行狀態(tài)參數(shù)進行評價，通過數(shù)據(jù)庫診斷和分析輸出結(jié)果。通過人機交互界面，提供方便快捷的輸入方式，用戶只需要根據(jù)屏幕顯示的狀態(tài)信息進行選擇。故障診斷界面會顯示診斷和清除按鈕，診斷按鈕可以根據(jù)輸入的信息進行故障診斷，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)分析輸出故障類型，得出故障發(fā)生的原因，然后進一步點擊相應的故障按鈕就可以獲得故障維護的措施。例如出現(xiàn)磨煤機入口溫度高故障時，可以點擊診斷，顯示磨自燃并且顯示磨煤機磨出口溫度存在異常，并根據(jù)分析結(jié)果判斷為入料口冷熱風配比不當，研磨后沒有及時清理殘渣，導致積粉自燃。清除按鈕主要是恢復界面的初始狀態(tài)。磨煤機故障診斷系統(tǒng)是對設備異常工況進行分析，有效排查故障并進行定位[5]?，F(xiàn)階段，磨煤機故障診斷系統(tǒng)的功能日趨完善，但是仍處于開發(fā)階段，還有許多問題需要通過深入研究得到改善，提升神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型的更新速度，完善和擴充故障診斷策略和知識規(guī)則，改進故障診斷和定位方式，實現(xiàn)故障診斷自動學習功能。

4 結(jié)論

綜上所述，磨煤機在火力發(fā)電中有著非常重要的作用，作為粉煤爐輔助設備，為鍋爐提供滿足燃燒條件的煤粉。磨煤機運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)的安全運行有著直接影響。因此，對于磨煤機的故障診斷和維護就顯得至關重要。本文詳細介紹了電廠磨煤機故障智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。通過對磨煤機常見故障進行分析，建立故障分析診斷模型，然后通過故障智能監(jiān)測系統(tǒng)對磨煤機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的歷史信息對磨煤機常見故障進行分析，設定故障參數(shù)信息，制定磨煤機故障診斷策略和規(guī)則，實現(xiàn)電廠磨煤機故障的快速診斷和準確定位。