白馬電廠300MW循環(huán)流化床鍋爐熱控系統(tǒng)評述

1  白馬300MW CFB鍋爐熱控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    白馬300 MW CFB 鍋爐采用的是 ABB 公司的SYMPHONY DCS控制系統(tǒng)，分為 MCS(模擬量控制系統(tǒng))、SCS(B/T)(鍋爐、汽機(jī)順序控制系統(tǒng))、SCS(G/A)(發(fā)變組一廠用電順序控制系統(tǒng))、DAS(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))、FSSS(燃燒管理及爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng))等。整個(gè)系統(tǒng)采用VDK/KB方式，設(shè)置大屏幕監(jiān)視器，無任何后備儀表盤；就地輔助系統(tǒng)采用小型PLC順序控制器(如給煤機(jī)順控、吹灰程控)。熱控測量元件主要用于測量壓力、溫度、風(fēng)量、S0₂濃度、0₂濃度。壓力和風(fēng)量測量選用ABB公司的變送器，為一次檢測設(shè)備，風(fēng)量測量另配威尼巴流量裝置；溫度測量主要采用耐高溫、耐磨不銹鋼熱電偶；S0₂、0₂、NO_x濃度測量選用德國SIEMENS和日本FUJI測量設(shè)備；就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用ABB系列氣動(dòng)系統(tǒng)(除疏水有少量電動(dòng)執(zhí)行器)。
2  熱控系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)特點(diǎn)
2.1 測量設(shè)計(jì)
2.1.1 溫度測量
    本項(xiàng)目溫度設(shè)計(jì)有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(l)測點(diǎn)定位較好，既考慮了測量的準(zhǔn)確性，又考慮了安裝維護(hù)的方便。如汽包上下溫差測量一改以前的貼壁焊接式，采用螺紋護(hù)套插入面接觸式；爐膛、外置床、返料器及點(diǎn)火風(fēng)道均采用法蘭式側(cè)面安裝，并盡可能靠近建筑平臺(tái)，無障礙物。(2)設(shè)計(jì)點(diǎn)位少，全面監(jiān)測，重點(diǎn)突出。整個(gè)鍋爐本體溫度監(jiān)測點(diǎn)(包括汽包、爐膛、外置床、返料器、點(diǎn)火風(fēng)道、后豎井過熱器、底冷器)不到200個(gè)。
    溫度設(shè)計(jì)缺點(diǎn)也有2個(gè)：(l)點(diǎn)火風(fēng)道溫度設(shè)計(jì)選型及典型設(shè)計(jì)安裝方式存在問題。首先，點(diǎn)火風(fēng)道的作用是將輕油燃燒后的熱量加熱爐膛底部的床料，點(diǎn)火風(fēng)道末段溫度正常情況為 800~900℃[1-6]，而點(diǎn)火風(fēng)道溫度計(jì)測量的正好是這里的溫度，因此應(yīng)選用帶耐高溫(1200℃ 以上)、大直徑(φ≥32mm)、厚壁≥δ4mm)、剛性好的不銹鋼保護(hù)套管熱電偶；其次，選型不宜太長，點(diǎn)火風(fēng)道溫度計(jì)長度L為1600mm，自重大，受熱后變形彎曲成直角，造成元件損壞，也無法抽出更換，宜選用L不大于800mm的溫度計(jì)，插入風(fēng)道500mm即可準(zhǔn)確測量。(2) 鍋爐后豎井屏吊桿溫度測點(diǎn)引出線的典型設(shè)計(jì)安裝方式不妥。屏吊桿溫度測量的目的是監(jiān)測鍋爐承重剛性吊桿是否因不銹鋼保護(hù)套損壞，煙塵顆粒直接沖刷磨損導(dǎo)致斷裂危險(xiǎn)的發(fā)生[7-15]。該溫度計(jì)是不銹鋼K分度愷裝熱電偶，引出線長度不小于15m。溫度計(jì)裝在吊桿不銹鋼保護(hù)套內(nèi)，引出線在保護(hù)套頂端由不銹鋼保護(hù)管轉(zhuǎn)彎穿出鍋爐頂棚經(jīng)鎖緊裝置引至接線盒。正常工況時(shí)，豎井溫度在800 ℃ 以上，不銹鋼保護(hù)套因煙氣沖刷，受熱變形下沉，易拉裂溫度計(jì)。目前，溫度計(jì)已損壞2 次，均因剛性材料發(fā)生變形，更換非常困難。1個(gè)吊桿上下2個(gè)測點(diǎn)，更換一只往往損壞另一只，因此必須2只同時(shí)更換。建議在吊桿不銹鋼保護(hù)套內(nèi)直接用 1 根不銹鋼保護(hù)管將溫度計(jì)垂直穿出鍋爐頂棚，頂端加蓋保溫材料并用封頭封住，防止熱量外傳和煙塵泄露；溫度計(jì)引出線處于自由狀態(tài)，這樣不會(huì)因膨脹、沖刷等損壞溫度計(jì)，即使更換也非常方便。
2.1.2 壓力測量
    壓力測量采用就地就近控制箱布置方式，變送器安裝在控制箱內(nèi)，布置合理，節(jié)省管路材料，減少壓降損失，保證測量精度。尤其是鍋爐汽包水位取樣儀表管敷設(shè)長度不到10m ，取樣管比其他常規(guī)煤粉鍋爐汽包水位儀表管管徑大50%，這就提高了汽包水位測量準(zhǔn)確度，減少了時(shí)滯。壓力測量系統(tǒng)缺點(diǎn)有2個(gè)：(1)儀表保護(hù)箱內(nèi)接頭太多，給正常運(yùn)行、維護(hù)帶來了極大的不便。接頭太多容易泄漏，且汽水系統(tǒng)未設(shè)計(jì)排污門，無法正常排污，從變送器上排污容易造成設(shè)備損壞，建議以后增加排污門。(2)許多壓力設(shè)計(jì)是水平取樣，然后倒直角彎垂直向上，尤其是煙風(fēng)系統(tǒng)，容易造成積灰堵塞，從而影響到壓力測量的準(zhǔn)確性，這在運(yùn)行中已多次出現(xiàn)。建議改進(jìn)取樣管傾斜角度，使之與取樣平面成45“仰角，這樣取樣管積灰會(huì)因自重而掉下。
2 2.1.3 風(fēng)量測量
    CFB鍋爐需要40多個(gè)風(fēng)量監(jiān)測點(diǎn)。測風(fēng)裝置的典型一次元件是威尼巴，典型安裝方式沿風(fēng)道中心線垂直貫穿。因威尼巴是靠正負(fù)壓側(cè)差壓來計(jì)算流量的，而正負(fù)壓側(cè)開孔很小，尤其是風(fēng)道豎直安裝，而威尼巴必須與之垂直，且正側(cè)必須迎著風(fēng)向，因此極易造成堵灰，無法測量，設(shè)計(jì)有風(fēng)量防堵監(jiān)測裝置，實(shí)際上無法使用。原因是吹掃風(fēng)直接進(jìn)入取樣管路，影響測量精度，再則吹掃壓力低，根本無法將灰清除。
    建議采用減壓后的儀用氣源定時(shí)吹掃，在吹掃的時(shí)間間隔內(nèi)停止采樣，以免采集錯(cuò)誤信息，這在 DCS 系統(tǒng)中是容易做到的。另在威尼巴的末端不宜垂直連接，應(yīng)有一定傾斜，以免造成堵灰死角。
2.1.4 其他測量
    其他測量包括振動(dòng)測量、物位測量、S0₂濃度測量等，其設(shè)計(jì)安裝方式與傳統(tǒng)鍋爐沒有多大差別，測量也比較準(zhǔn)確。
2.2 DCS 系統(tǒng)接線及電纜設(shè)計(jì)
2.2.1 DCS接線
    DCS接線采用中間轉(zhuǎn)接端子柜，所有就地電纜(除熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線)均接到中間端子柜。中間端子柜再通過64×l×0.5mm²的控制電纜連接到DCS模件。在中間端子柜里用跳線將就地來的控制與連盤電纜連接起來。這種設(shè)計(jì)的好處是各自獨(dú)立施工，互不影響，電纜排列整潔，接線正確率高，工藝良好。由于工作的獨(dú)立性，提前敷設(shè)了DCS至就地電纜，以及DCS與中間端子柜間電纜，這為DCS帶電及調(diào)試爭取了時(shí)間。缺點(diǎn)是跳線連盤電纜多，接口點(diǎn)太多(大約有18000 根線，36000個(gè)接口點(diǎn))，出現(xiàn)故障的可能性較大。
2.2.2 鍋爐電纜設(shè)計(jì)及施工
    鍋爐島本體的電纜和以往的工程有所不同，它是由DCS敷設(shè)至就地接線盒或就地小型控制箱，再由接線盒或控制箱敷設(shè)至就地設(shè)備。這種方式有一定的優(yōu)越性，首先 DCS 的電纜排線整齊、均勻有序(均為12×2×0.75mm²的控制電纜)，采用預(yù)定的顏色順序后，接線就相對簡單，不宜出錯(cuò)，接線人員可以通過顏色的排列進(jìn)行自檢，為調(diào)試查線打下良好基礎(chǔ)。其次，減少長電纜的敷設(shè)根數(shù)，這樣大大減少了電纜經(jīng)費(fèi)和節(jié)約電纜敷設(shè)時(shí)間，同時(shí)由于電纜均勻，這使得電纜敷設(shè)整齊、美觀。這種方式也存在不足，由于增加了中間端子箱，往往會(huì)導(dǎo)致就地接線盒增加錯(cuò)誤接線，這就要求施工人員在工作中必須責(zé)任到位，提高接線正確率。
2.3 熱控其他部分安裝設(shè)計(jì)
2.3.1 電纜橋架的設(shè)計(jì)安裝
    白馬300MW CFB 鍋爐采用的是鋁合金橋架。受鍋爐縱橫交錯(cuò)的設(shè)備及配套裝置不協(xié)調(diào)影響，供貨方法國ALSTOM 公司設(shè)計(jì)深度不夠，鍋爐電纜橋架通道彎道眾多，許多電纜橋架通道的走向、標(biāo)高、大小容量與現(xiàn)場實(shí)際需要不符合，導(dǎo)致施工非常困難。尤其是許多特殊件設(shè)計(jì)沒有考慮，現(xiàn)場又無法制作，使得加工成本極高。特別是未考慮電氣高壓動(dòng)力電纜的走向，影響外觀工藝和外觀質(zhì)量，只有靠技術(shù)員現(xiàn)場想辦法解決。筆者認(rèn)真查閱熱工、電氣及機(jī)務(wù)相關(guān)的圖紙資料，事前確定其轉(zhuǎn)彎和升降標(biāo)高尺寸，并計(jì)算其彎度和彎角，設(shè)計(jì)出彎頭并成批量定制。對于不能事前確定的特殊角，采用現(xiàn)場建造模型，精確計(jì)算，細(xì)心制作，制造出工藝水平高的彎頭，保證了電纜橋架的整體協(xié)調(diào)美觀。
2.3.2 熱控給煤機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    熱控給煤機(jī)采用美國STOCK給煤機(jī)，該給煤機(jī)在電廠使用比較成功，但仍存在3個(gè)問題：(l)給煤機(jī)入口電動(dòng)門電機(jī)、熱繼電器容量設(shè)計(jì)過小，無法進(jìn)行正常操作；(2)因落煤口垂直管道太短，落煤沒有緩沖段，加上堵煤開關(guān)設(shè)計(jì)位置不太合理，且沒設(shè)計(jì)吹掃風(fēng)，極易造成堵煤誤發(fā)；(3)堵煤開關(guān)應(yīng)設(shè)計(jì)有保持延時(shí)動(dòng)作的功能，這樣能避免因異物短暫沖擊而造成的誤發(fā)。除入口電動(dòng)門須更換外，其余已成功改進(jìn)。
2.3.3 風(fēng)道點(diǎn)火器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    本臺(tái)CFB鍋爐是靠風(fēng)道點(diǎn)火器先點(diǎn)火，加熱床溫，等到床溫升到500℃后直接投床上油槍，無須再打火。該設(shè)計(jì)從理念上來說是比較先進(jìn)的，但整個(gè)風(fēng)道點(diǎn)火器系統(tǒng)設(shè)備安裝的設(shè)計(jì)卻不夠理想，具體如下：
    (1)安裝角度設(shè)計(jì)。點(diǎn)火槍、油槍、火檢探頭均傾斜朝上，尾部向下布置，這種設(shè)計(jì)是不科學(xué)的。點(diǎn)火風(fēng)道內(nèi)是正壓運(yùn)行，積灰容易掉進(jìn)點(diǎn)火槍、油槍、火檢探頭前面的管口里，造成堵塞。試運(yùn)時(shí)經(jīng)常檢測不到火焰就是因?yàn)榉蹓m進(jìn)入火檢探頭保護(hù)管內(nèi)，擋住火檢探頭對火焰光源的探測。點(diǎn)火槍也經(jīng)常燒壞，其原因就是部分積灰進(jìn)入點(diǎn)火槍打火頭內(nèi)側(cè)，而油槍又安裝在點(diǎn)火槍的正上部位，部分余油掉進(jìn)點(diǎn)火槍孔內(nèi)，造成點(diǎn)火槍內(nèi)絕緣不好，點(diǎn)火時(shí)在槍管內(nèi)部打火而燒壞點(diǎn)火槍。
    (2)清掃空氣設(shè)計(jì)。火焰檢測直接影響鍋爐 FSSS 系統(tǒng)的正常動(dòng)作。一旦檢測不到火焰， FSSS 系統(tǒng)就認(rèn)為沒有正常燃燒，而事實(shí)上經(jīng)常是燃燒正常卻沒有檢測到火焰，引起誤動(dòng)。因?yàn)榇祾呖諝馐菑奶筋^前部引入的，若探頭積灰則無法吹掉。因此，空氣應(yīng)從探頭尾部引入，避免探頭處成死角。
    建議點(diǎn)火槍、油槍、火檢探頭等點(diǎn)火設(shè)備安裝應(yīng)頭下尾上，成10°左右傾斜角度安裝?；饳z探頭的冷卻風(fēng)管經(jīng)封閉后，吹掃空氣從尾部引入。
2.3.4 石灰石系統(tǒng)熱控設(shè)計(jì)
    CFB鍋爐燃燒過程中，須添加石灰石，進(jìn)行爐內(nèi)脫硫。石灰石系統(tǒng)設(shè)計(jì)分2級獨(dú)立碎石控制，設(shè)備質(zhì)量好，但測量系統(tǒng)測點(diǎn)設(shè)計(jì)定位較差，受系統(tǒng)運(yùn)行影響嚴(yán)重，如3臺(tái)石灰石粉倉連續(xù)料位計(jì)安裝在不足0.5m²的平面上，下面的傳感器相互影響；料位開關(guān)上部不設(shè)防塵裝置，經(jīng)常誤動(dòng)。后經(jīng)多次移位、加防塵罩才得以改善?？刂圃O(shè)計(jì)配套系統(tǒng)性較差。石灰石系統(tǒng)采用 DCS 給啟?？刂泼?，就地 PLC 程序控制，但就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)與 PLC 控制器設(shè)計(jì)有近一半不配套，如 PLC 的輸出驅(qū)動(dòng)電壓僅24V(直流)，而就地電磁閥一般是 220V(交流)，因此必須加裝轉(zhuǎn)換裝置才得以實(shí)現(xiàn)。
3  熱控調(diào)試基本情況和特點(diǎn)
3.1 DCS 系統(tǒng)I/O 跳線
    白馬300 MW CFB 機(jī)組，DCS采用的是ABB的SYMPHONY系統(tǒng)，設(shè)計(jì)現(xiàn)場I/0點(diǎn)4500 余個(gè)。鍋爐島由 ALSTOM 設(shè)計(jì)，汽機(jī)及公用系統(tǒng)由西南電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)之初，在現(xiàn)場I/0點(diǎn)與DCS接口連接上，存在如下問題：DCS由ABB設(shè)計(jì)，I/0點(diǎn)由中外雙方分配。為了回路設(shè)計(jì)及邏輯組態(tài)工作能同步進(jìn)行，雙方約定現(xiàn)場FO點(diǎn)接口設(shè)計(jì)與組態(tài)I/0分配分開，現(xiàn)場I/0接口按端子板順序分配，同一個(gè)系統(tǒng)的模擬量、開關(guān)量全部按端子板順序排列，最后再統(tǒng)一用跳線將現(xiàn)場I/0點(diǎn)與組態(tài)I/0地址端進(jìn)行連接。這樣雖然可使設(shè)計(jì)與組態(tài)簡化，且不影響設(shè)計(jì)及組態(tài)速度，但就此一項(xiàng)就增加了2萬多根跳線連接，難度極大，但系統(tǒng)維護(hù)比較方便。
3.2 給煤系統(tǒng)
    給煤系統(tǒng)投用以來，先后出現(xiàn)刮板機(jī)堵煤，刮板機(jī)堵煤開關(guān)誤報(bào)，刮板機(jī)零速開關(guān)不動(dòng)作，給煤機(jī)堵煤開關(guān)誤動(dòng)，給煤機(jī)皮帶打滑等情況，造成給煤機(jī)和刮板機(jī)頻繁跳閘，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
    對堵煤開關(guān)的誤動(dòng)情況，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，采取了修改堵煤開關(guān)的安裝位置及加防塵罩等措施，對堵煤開關(guān)靈敏度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并加延時(shí)邏輯。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，整改后的堵煤開關(guān)已能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。由于刮板機(jī)本身轉(zhuǎn)動(dòng)固有頻率較低，極易造成刮板機(jī)零速開關(guān)不能正常觸發(fā)，影響到給煤機(jī)跳閘。為此，一是修改零速開關(guān)的檢測時(shí)間，將零速開關(guān)從啟動(dòng)檢測到正常信號(hào)觸發(fā)之間的延時(shí)跳閘時(shí)間由10S改至 25S；二是將零速開關(guān)檢測旋轉(zhuǎn)支件由原來的4齒分支改為8齒分支，在不變動(dòng)刮板機(jī)控制頻率的情況下，這樣就相當(dāng)于增大了零速開關(guān)的檢測頻率，從根本上解決了刮板機(jī)零速不能觸發(fā)問題。
3.3 石灰石系統(tǒng)
    石灰石系統(tǒng)附屬設(shè)備很多，由于就地PLC邏輯控制和DCS控制設(shè)計(jì)接口不完善等原因，造成了查線及調(diào)試工作進(jìn)展困難。石灰石系統(tǒng)在調(diào)試及試投運(yùn)中，頻繁出現(xiàn)了一些阻塞開關(guān)誤報(bào)、料位計(jì)誤動(dòng)、零速開關(guān)檢測不準(zhǔn)確等相關(guān)情況，影響到石灰石系統(tǒng)的正常監(jiān)視及投運(yùn)。
    由阻旋堵料開關(guān)誤動(dòng)作而引發(fā)的石灰石系統(tǒng)全線跳閘有多次。該阻塞開關(guān)為一微電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)檢測探頭，當(dāng)有石灰料位上升到達(dá)探頭傳感器位置時(shí)，將轉(zhuǎn)動(dòng)探頭阻塞，并迫使微電機(jī)停轉(zhuǎn)發(fā)出阻塞報(bào)警信號(hào)，導(dǎo)致現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)。分析原因：(l)探頭安裝的檢測長度不合理，使部分探頭檢測不到正常料位而產(chǎn)生誤報(bào)。鑒于此種情況，已將探頭安裝深度進(jìn)行了改造，使探頭直接接受流動(dòng)介質(zhì)，從而能準(zhǔn)確檢測料位。(2)探頭微電機(jī)的轉(zhuǎn)矩力很小，而電機(jī)轉(zhuǎn)軸又暴露于流動(dòng)介質(zhì)中，轉(zhuǎn)軸結(jié)合處極易由于石灰顆粒粘滯而使轉(zhuǎn)軸停轉(zhuǎn)發(fā)出信號(hào)誤動(dòng)，將探頭轉(zhuǎn)軸清理后，將探頭加裝防灰罩，使轉(zhuǎn)軸因粘滯而誤發(fā)信號(hào)的情況得以很大緩解。
3.4 風(fēng)道點(diǎn)火邏輯
    風(fēng)道點(diǎn)火器的控制邏輯是同一側(cè)2臺(tái)油槍(即上、下層)同時(shí)點(diǎn)火，且油壓必須維持在某一定值以上，2個(gè)對應(yīng)的火檢信號(hào)必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)(約3s)到達(dá)，否則迅速關(guān)掉燃油快關(guān)閥，跳閘。而且一側(cè)油槍已點(diǎn)好，另一側(cè)必須在10min內(nèi)點(diǎn)火成功，否則已點(diǎn)好的油槍也將全部跳閘。這樣是為了避免單邊床溫溫升過快，造成鍋爐床溫不平衡。但事實(shí)證明這種點(diǎn)火方式不易成功，造成時(shí)間和燃油的大量浪費(fèi)，運(yùn)行也不是很穩(wěn)定可靠。
    建議更改為上、下層分層點(diǎn)火。可以在1套點(diǎn)火系統(tǒng)故障的情況下，不影響整個(gè)系統(tǒng)(除非一側(cè)2套點(diǎn)火系統(tǒng)全部故障)。這樣既能維持系統(tǒng)先運(yùn)行，又有時(shí)間來排除故障，確保不至于出現(xiàn)1個(gè)故障，系統(tǒng)就無法工作的情況。
3.5 DCS系統(tǒng)模件
    本套 DCS 系統(tǒng)硬件安全設(shè)計(jì)存在一定的問題，在鍋爐底冷器排灰電動(dòng)門的控制中，燒壞2 塊DI模件(數(shù)字量輸入模件)。故障原因至今還未完全得出結(jié)論。DCS 系統(tǒng)模件應(yīng)有2重保護(hù)：(l)軟件自診斷隔離功能。一旦發(fā)現(xiàn)外部系統(tǒng)有問題，設(shè)備應(yīng)自動(dòng)切換或隔離。(2)硬件開路保護(hù)。設(shè)備一旦有異常，保險(xiǎn)或熱開關(guān)動(dòng)作，確保設(shè)備安全。