磨煤機一次風量測量裝置自動反吹改造及應用

晉能控股電力集團有限公司 郭永紅 梁 萌

某電廠300MW 機組鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1060/17.5-YM31型亞臨界壓力一次中間再熱自然循環汽包爐。采用一次風機正壓直吹式制粉系統，配有五臺ZGM95G型中速磨，正常運行時四運一備。

該廠鍋爐二次風速測量裝置使用的是插入式多候徑文丘里測量裝置。風量計安裝在左右側二次風風道上，其探頭插入風道，當管內有風流動時上風向受煙氣流速沖刷，形成高壓區，其壓力常稱為“高壓”，裝置下風向未受氣流沖刷，受到的壓力未風道內的靜壓，其壓力稱為“靜壓”，高壓減去靜壓就是動壓，動壓的大小與煙氣風速有關，風速越大動壓越大，風速小動壓也小，也就是說得到動壓值，依據伯努利方程，就能準確地測量出管內風速。

由于二次風經過空預器，風內含灰量大導致測量裝置經常堵塞，進而影響風量的測量，磨煤機風量自動調節甚至造成了送風系統的超調，引起鍋爐MFT 保護誤動作，為此對該系統設計了一套自動反吹裝置來改善堵塞的處理效果及效率[1]。

1 改造必要性

2021年3月8日11:00許，該廠#1鍋爐發生MFT保護動作，跳閘首出“爐膛壓力高高”。隨機調取了歷史數據進行分析，鍋爐保護動作前各項運行參數正常，機組投入AGC 運行，負荷指令210MW 無較大變化，負荷209MW，無重大操作和調整，送風機投入自動，引風機手動。10:57至10:59鍋爐總量參數發現異常趨勢，由630T/h 下降至553T/h，總風量設定值630T/h，由于送風機動葉自動運行，由于鍋爐總風量下降，送風自動控制系統根據送風量設定值與實際風量的偏差開始打開送風機動葉。鍋爐送風量測量值持續減少，送風自動控制系統繼續打開送風機動葉，當時引風機動葉執行機構置于手動態，運行值班員未及時發現總風量及送風機動葉的異常，也為對引風機動葉進行調整，導致鍋爐爐膛負壓持續增加，引起“爐膛壓力高高”MFT 保護動作。

通過對事發前一段時間的各重要參數歷史曲線分析，當鍋爐實際風量大于風量給定值時，送風機自動控制系統關小動葉執行機構，減少風量，空預器出口二次風壓力同步降低，鍋爐實際風量小于風量給定值時，送風機自動控制系統開大動葉執行機構，增加風量，空預器出口二次風壓力同步升高，反映出的動葉指令的變化趨勢是正確的。但本次事件過程中實際總風量不增加反而減少，而且空預器出口二次風壓的變化與動葉動作趨勢背離，說明送風機動葉執行機構及風機本身是正常工作的。參數異常明顯表明，鍋爐風量的測量值明顯出現了偏差。

鍋爐實際總風量是通過A/B 空預器出口二次風量、A/B 側冷一次風量、A/B 側熱一次風量差壓變送器通過風量補償公式計算后求和計算得來。檢查各風量計算控制邏輯，模擬計算正確無異常；檢查六組風量測量差壓變送器的歷史數據，發現A 空預器出口二次風量差壓變送器的歷史數據與A 空預器出口二次風壓變化趨勢明顯相反，異常明顯。

通過上述分析認為，該廠#1機組本次發生的鍋爐“爐膛壓力高高”MFT 異常跳閘事件，和A 空預器出口二次風量差壓變送器異常測量值有直接關系，找出導致差壓變送器測量異常的原因，是弄清本次事故發生原因的關鍵。經過現場檢查，A 空預器出口二次風測量差壓變送器正負壓側取樣管均存在堵灰現象。

分析其根本原因，機組投運后，經過一段時間的運行，由于二次風經過預熱器，不可能避免含有粉塵、固體顆粒、凝析物等物，容易堆積在壓力測量管中，緩慢堵住測量孔，導致差壓測量的失準，二次風測量裝置防堵效果不是很理想，無法準確測量風量，從而影響風速的測量。測量值出現的跳變，導致CCS 調節異常，進而影響鍋爐的調節自動，極端情況還會出現風量調節的反向調節現象。

由于二次風量值參與鍋爐總風量值的計算，總風量又是總風量低MFT 主保護的重要判斷條件，當風量異常時就可能造成MFT 保護的誤動作，給鍋爐運行帶來不安全因素，尤其是機組長周期運行后，空預器漏風率上升，二次風含灰量加大，經常都要對取樣管進行吹掃，因此如何解決風量差壓變送器取樣管路頻繁堵塞是急需解決的問題。

2 改造方案設計

為解決上述中差壓變送器取樣測量管中出現積灰堵塞管路、影響差壓測量值進而影響風速計量的問題，本文設計了一種風量裝置管路取樣自動反吹設備和和一套自動反吹閉鎖風量計算邏輯，用以代替人工吹掃流程。

2.1 取樣管路自動反吹的設計

自動反吹裝置部分（圖1）,差壓變送器的正負壓連接口與高壓取樣管路和低壓取樣管路分別連接；高壓取樣管路連接至風量裝置高壓引壓管接口，靜壓取樣管路連接至風量裝置靜壓引壓管接口；高壓取樣管路設置有常開#1電磁閥，靜壓取樣管路上設置有#2常開電磁閥；#1電磁閥和#2電磁閥后設置連通常閉#3電磁閥；另接反吹壓縮空氣進氣端至#1、#2電磁閥前，在高壓取樣管反吹管路上設置常閉#4電磁閥，靜壓取樣管反吹管路設置常閉#5電磁閥。

圖1 取樣管路自動反吹裝置結構圖

2.2 取樣管路自動反吹的電氣控制回路設計

自動反吹裝置電氣控制回路（圖2），該控制回路采用220VAC 電源，包括：空氣開關QF1、狀態切換開關SA1，#1繼電器，時間繼電器#2～#2、#1常開電磁閥、#2常閉電磁閥、#3常開電磁閥、#4常閉電磁閥和#5常閉電磁閥。該控制回路能實現就地遠方切換操作功能，能自動實現反吹的全程自動控制。工作過程如下：

圖2 自動反吹裝置電氣控制回路（部分）

按下常開控制啟動按鈕a1（或遠方狀態下發出啟動指令），#10時間繼電器的第2常閉觸點導通后#1繼電器線圈帶電，第2常開觸點閉合，線路1達到自鎖。

#1繼電器的第3常開觸點閉合，線路2導通，#2時間繼電器線圈帶電，開始計時，延時5s 后，#2時間繼電器的第2常開觸點閉合，線路3導通，同時#3時間繼電器的第3常開觸點閉合，#1常開電磁閥得電，#1常開電磁閥閉合，切斷動壓取樣管道取壓。

線路3導通，#3時間繼電器線圈帶電導通，開始計時，延時2s 后，#3時間繼電器的第2常開觸點閉合，線路4導通，同時#3時間繼電器的第3常開觸點閉合，#2常閉電磁閥得電，#2常閉電磁閥打開，平衡差壓變送器高低壓取樣口之間的壓力。

線路4導通，#4時間繼電器線圈帶電，開始計時，延時3s 后，#4時間繼電器第2常開觸點閉合，線路5導通，同時#4時間繼電器第3常開觸點閉合，#3常開電磁閥得電，#3常開電磁閥閉合，解列壓差變送器工作狀態。

線路5導通，#5時間繼電器帶電，開始計時，延時3s 后，#5時間繼電器第2常開觸點閉合，線路6導通，同時#5時間繼電器第3常開觸點閉合，#4常閉電磁閥和#5常閉電磁閥均得電，#4常閉電磁閥和#5常閉電磁閥均打開，開始反吹，吹掃高壓取樣管道和靜壓取樣管道中的雜物。

線路6導通，#6時間繼電器線圈帶電，開始計時，延時30s 后，#6時間繼電器第2常開觸點閉合，線路6自鎖，此刻#6繼電器第4常閉觸點斷開，線路5失電，#5時間繼電器失電，#5時間繼電器第3常開觸點斷開，#4常閉電磁閥和#5常閉電磁閥均失電，停止反吹，將第一反吹管路4隔離出該裝置，同時#6時間繼電器第3常開觸點閉合。

線路7導通，#7時間繼電器導通，開始計時，延時3s 后，#7時間繼電器第2常開觸點閉合，線路7自鎖，此刻#7時間繼電器第4常閉觸點斷開，線路4失電，#4時間繼電器失電，#4時間繼電器第3常開觸點斷開，#3常開電磁閥失電，同時#7時間繼電器第3常開觸點閉合。

線路8導通，#8時間繼電器帶電，開始計時，延時2s 后，#8時間繼電器的第2常開觸點閉合，線路8自鎖，此刻#8時間繼電器第4常閉觸點斷開，線路3失電，#3時間繼電器失電，#3時間繼電器第3常開觸點斷開，#2常閉電磁閥失電，同時#8時間繼電器的第3常開觸點閉合。

線路9導通，#9時間繼電器帶電，開始計時，延時3s 后，#9時間繼電器第2常開觸點閉合，線路9自鎖，此刻#9時間繼電器第4常閉觸點斷開，線路2失電，#2時間繼電器線圈失電，#2時間繼電器第3常開觸點斷開，#1常開電磁閥失電，#1常開電磁閥打開，壓差變送器恢復正常測量狀態。

同時，#9時間繼電器第3常開觸點閉合，#10時間繼電器帶電，計時5s 后，#10時間繼電器第2常閉觸點斷開，#11時間繼電器帶電，計時5s 后，#11時間繼電器第2～第5常閉觸點斷開，整個電路恢復原始狀態。

2.3 自動反吹閉鎖風量計算邏輯介紹

通過DCS 系統畫面按鈕及邏輯運算，實現啟動吹掃自動退出磨煤機風量自動，保持原風量測量值，吹掃結束后人工確認吹掃正常，恢復原保護狀態及風量正常計算狀態。自動反吹閉鎖風量計算邏輯圖（圖3）。

圖3 自動反吹閉鎖風量計算邏輯圖

當運行值班員發現風量值擺動等不正常現象時，按下DCS 操作畫面“吹掃啟動按鈕”，“吹掃進行中”被置位為TRUE，閉鎖退出磨煤機風量低保護邏輯，并自動保持風量計算值為啟動吹掃前的示值（圖4），因自動反吹只影響單一風量裝置的測量值，故不影響鍋爐主保護的正常投入。與此同時發出自動反吹裝置電氣控制“遠方啟動”指令脈沖信號。啟動自動反吹裝置。

圖4 自動反吹閉鎖風量計算邏輯圖

圖4中SEL 01左側1、2、3為輸入引腳，右側4為輸出引腳，引腳1為FALSE 時、輸出4=輸入2，引腳1為TRUE 時、輸出4=輸入3。即吹掃未進行時，風量引用變送器正常測量值計算，吹掃進行中，風量引用吹掃前示值進行計算。

自動反吹裝置按照設定的時間吹掃完成后，KA1繼電器的一組接點KA1.4置位“電氣完成信號”為TRUE。運行值班員檢查風量示值是否恢復正常，確認后按下DCS 操作畫面“吹掃完成確認”。兩個條件均為TRUE，“吹掃進行中”被復位為FALSE，自動投入磨煤機風量低保護邏輯，并恢復風量計算值為實際測量值。

通過風量變送器取樣管路及電磁閥改造、自動反吹裝置電氣控制回路的設計安裝，以及DCS 端控制邏輯自動閉鎖的修改完善，實現了當風量裝置被粉灰堵塞后的全自動吹掃恢復功能。