循環流化床鍋爐返料風機啟動優化控制研究

楊銘

摘 要 本文從循環流化床鍋爐返料風機熱控自動化DCS優化控制策略出發，通過分析事故原因著手，分析設備結構、電氣特性，發掘改造DCS控制策略，減小事故發生，改善循環流化床鍋爐的安全運行。

關鍵詞 循環流化床 鍋爐返料風機 設備結構 電氣特性 控制策略優化

發電廠鍋爐熱控設計是一個重要的過程，尤其是在循環流化床中。由于鍋爐燃燒及受熱的動態積蓄效應導致高溫灰分及殘炭的循環效率直接影響溫度分布的變化，只要保證硫化風的硫化作用，瞬間的燃料中斷也不會影響鍋爐爐膛滅火，所以，爐膛結焦與滅火相對而言，結焦擺放在了第一位。

影響CFB鍋爐結焦的因素一般有：燃料的影響；運行參數的影響；返料的影響；設備結構的影響；運行人員操作的影響。由于返料故障引起的結焦會造成高溫結焦，如果處理不及時，渣塊在床料中存在并隨著時間的推移，焦塊將越來越大，將造成硫化困難，堵塞排渣管，最后被迫停爐。

后峽電廠屬于孤網運行系統，由于多起返料風中斷引起的事故，給我廠安全生產造成了重大損失，分析設備存在的隱患后，進行了改造優化，取得良好效果。

一、 設備結構

1.設備。烏魯木齊環鵬有限公司目前有2臺180 T/H循環流化床鍋爐，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流煙道中間。返料器分松動風室和流化風室，兩返料器所有松動風、流化風均來自同一返料風機，經返料風母管送風，返料風機2臺（1用1備）。見圖1。

圖1 返料風機結構圖

從圖1中可以看出返料風機基本結構由三部分構成：（1）電動機及V帶傳動部件。（2）羅茨鼓風機及配套設備。（3）輸送管道、閥及機械安全泄壓配套裝置。

2.電氣結構。動力380 V三相電源經隔離刀送至變頻器，經變頻器直接拖動電動機（如圖2）。電氣回路由三部分構成：（1）隔離刀閘。（2）施耐德ATV61系列普通變頻器。（3）電力電纜。

圖2 電氣原理圖

二、事故發生的案例分析

1.返料中止事故原因機理分析。排除循環流化床本系統結構及運行調控所發生返料中止因素，分析風機故障及電氣回路設備選型及所設計的控制策略不合理造成的返料中止，由于兩返料器返料風均來自同一風機、同一母管，故一側返料風機出現問題必然要直接影響另一側，并帶動反應，最終導致返料全部中止，必然促使 CFB鍋爐反料溫度速度上升。同時，料層也會緩慢上升，爐膛差壓波動減小，床溫迅速上升，將會造成事故。

2.案例分析。（1）2010年1月，我廠CFB鍋爐在調試試運行期間，由于電動機軸承抱死，造成運行返料風機電機燒毀，羅茨鼓風機停運，返料風終止，CFB床料結焦，發生被迫停爐事故。除了設備故障導致的事故因素發生外，備用風機在發生故障時沒有立即連鎖啟動也是造成事故擴大的原因。在檢查設計邏輯時發現，在兩臺風機控制邏輯中，自啟動條件只有電氣故障信號（即電源消失故障），連鎖才能啟動備用風機，由于電氣故障沒能有效連鎖啟動備用風機（電源消失故障沒有出現），最終導致備用風機連鎖啟動失敗。

（2）2010年8月運行中的返料風機傳動幾條V字帶連續斷裂造成返料風中斷。由于控制邏輯不滿足條件，備用返料風機沒有正常啟動，2 min內CFB鍋爐床溫迅速上升。運行調整失敗后，進行緊急停爐，發現爐膛床料2/5嚴重結焦，發生事故，造成比較嚴重后果。通過分析2臺風機運行狀態及設備結構、電氣特性后，決定實施優化2臺風機控制策略。見圖3。

圖3 HSSCS順控功能塊原理圖

三、返料風機系統結構分析優化策略

依據風機故障的事故狀態分析，除去運行人員承擔責任外，還有控制邏輯不完善的因素也是造成事故發生之重要原因。考慮到現場設備結構、電氣控制特性進行如下分析：一臺運行，母管制分別供給雙分離器、雙返料器，一臺備用，電力拖動依靠軟連接實現拖動；雙輸送管路雙風壓、風量測量測點；返料風機的結構因素（泄壓閥、逆止閥門）；返料風機終止送風事故時，CFB鍋爐床溫迅速上升，此時床溫上升趨勢發生時的兩側返料風管風壓節點分別為9.6 kPa以下，瞬時風量各為240 m3以下；變頻器選用普通型，當發生電壓沖擊尤其是欠電壓時，運行控制變頻器保護動作，需要人員到變頻器上手動復位，才能重新啟動。

四、實施控制邏輯的完善建議

1.實施控制邏輯的操作建議。（1）增加風壓、風量控制邏輯，同時考慮風壓、風量在運行中測點容易誤報因素（灰塵堵塞取樣點），將雙返料器的測點約束為同時滿足。（2）加入電機停運狀態比邏輯增大判斷電機故障因素與運行狀態的同時滿足邏輯關系。（3）普通變頻器不帶遠傳DO復位端子，只能依靠優化控制邏輯完善設備結構，減小影響生產及事故發生擴大的因素。完善后的邏輯關系見圖4。

圖4 改造后的控制邏輯關系圖

2.實施控制邏輯后的變化。（1）在增加兩側風壓與10 kPa比較后，兩側風量與250 m3比較后，二選二輸出觸發量然后任選其一，可以排除單個取壓點、風量取樣點堵塞誤報信號的假信號，增大安全因素。（2）增加停運狀態與電機電流與邏輯，增大判斷電機是否運行的條件，將風壓、風量、電機運行條件任選其一后在和連鎖按鈕建立關系。（3）綜合返料風機的電氣、結構、輸送的管閥系統，通盤考慮可能發生的設備故障因素，降低運行人員的對設備故障發生后進行事故處理的步驟，同時優化增大檢修人員處理設備缺陷的安全因素。（4）將運行返料風機的運行各個狀態作為備用風機的連鎖啟動條件，增加兩套連鎖按鈕，互為連鎖、互為備用。

五、啟動優化控制后的效果

事實證明，經過優化后的返料風機控制邏輯，在我廠3年里起到了保護及降低事故擴大的優勢。2011年3月，我廠正在運行的返料風機由于泄壓閥脫落，造成風壓泄露，但優化后的控制邏輯在第一時間就將備用風機迅速連鎖啟動，沒有造成事故進一步的擴大。2012年6月，我廠35 kV外線短路，瞬間造成電源欠壓，最終波及動力電源，運行中的返料風機保護動作，停止運行，經過優化后的返料風機控制邏輯第一時間將備用風機啟動成功，再次為我廠安全生產提供了有力保障。通過上述實踐檢驗，證明對返料風機控制優化改造的措施是可行的。

六、結束語

DCS系統控制策略的優化一直是熱控人員研究的一個方向，本文從發生的幾例事故中，經過研究分析，結合設備結構、特性分析現場設備運行條件的控制策略，提供了一個角度。