浅谈循环流化床锅炉返料送风机运行优化自动控制

马新华

摘要：针对循环硫化床锅炉返料风机中断事故，从热控自动化DCS优化控制策略出发，通过分析事故原因着手，分析设备结构、电气特性，发掘改造DCS控制策略，弥补减小事故发生，改善循环硫化床锅炉的安全运行。

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.

关键词：循环硫化床锅炉返料风机重要性;设备结构;电气特性;控制策略优化;减小事故发生及扩大

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

中圖分类号：U231.3                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）06-0158-02

0  引言

锅炉热控设计是一个重要的的过程，尤其是在循环流化床中由于锅炉燃烧及受热的动态积蓄效应导致高温灰分及残炭的循环效率直接影响温度分布的变化，只要保证硫化风的硫化作用，瞬间的燃料中断也不会影响锅炉炉膛灭火，所以炉膛结焦与灭火相对而言，结焦摆放在了第一位。

影响CFB（Circulating fluidized bed，是指循环流化床）锅炉结焦的因素一般有：①燃料的影响;②运行参数的影响;③返料的影响;④设备结构的影响;⑤运行人员操作的影响。

由于返料故障引起的结焦造成的高温结焦，如果处理不及时渣块在床料中存在并随着时间的推移，焦块将越来越大，造成流化困难，堵塞排渣管，最后被迫停炉。

新疆骑马山热力有限公司属于孤网运行系统由于多起返料风中断引起的事故，给我公司安全生产造成了重大损失，分析设备存在的隐患后改造优化并取得良好效果。

1  设备结构

①新疆骑马山热力有限公司目前有2台65T/H循环流化床锅炉，该炉型具有双分离器、双返料器，且左右并列布置于炉膛和尾部竖直对流烟道中间。返料器分松动风室和流化风室，两返料器所有松动风、流化风均来自同一返料风机，经返料风母管送风，返料风机2台（1用1备）。返料风机结构如图1。

如图看出返料风机基本结构由三部分构成：1）电动机及V带传动部件;2）罗茨鼓风机及配套设备;3）输送管道及机械安全泄压配套装置。

②电气结构，动力380V三相电源经隔离刀送至变频器，经变频器直接拖动电动机（如图2），电气回路由三部分构成：1）隔离刀闸;2）施耐德ATV61系列普通变频器;3）电力电缆。

③杭州和利时MACSV分散控制DCS系统实现远方控制。

2  事故发生的案例分析

返料中止事故原因机理分析：排除循环流化床本系统结构及运行调控所发生返料中止因素，分析风机故障及电气回路设备选型及所设计的控制策略不合理造成的返料中止，由于两返料器返料风均来自同一风机、同一母管，故一侧返料风机出现问题必然要直接影响另一侧，带动反应，最终导致返料全部中止，必然促使CFB锅炉反料温度速度上升，料层同时缓慢上升，炉膛差压波动减小，床温迅速上升，造成事故。2016年10月我公司CFB锅炉在调试试运行期间由于电动机轴承抱死造成运行返料风机电机烧毁造成罗茨鼓风机停运，返料风终止，CFB床料结焦，发生被迫停炉事故。设备故障导致事故因素发生外，备用风机在发生故障时没有立即联锁启动也是造成事故扩大的原因，在检查设计逻辑时发现，两台风机控制逻辑中自启动条件只有电气故障信号（即电源消失故障）联锁才能启动备用风机，由于电气故障没能有效联锁启动备用风机（电源消失故障没有出现），最终导致备用风机联锁启动失败。

2016年11月运行中的返料风机由于传动几条V字带连续断裂造成返料风中断，由于控制逻辑不满足条件，备用返料风机没有正常启动，两分钟内CFB锅炉床温迅速上升，运行调整失败，紧急停炉，后发现炉膛床料五分之二严重结焦，发生事故，造成比较严重后果。通过分析两台风机运行状态及设备结构、电气特性后，决定实施优化两台风机控制策略。

3  返料风机系统结构分析优化策略

依据风机故障的事故状态分析，除去运行人员承担责任外，导致返料风终止的原因还有控制逻辑不完善的因素也是造成事故发生之一，考虑现场设备结构、电气控制特性如下分析：

①一台运行，母管制分别供给双分离器、双返料器，一台备用，电力拖动依靠软连接实现拖动;②双输送管路双风压、风量测量测点;③返料风机的结构因素（泄压阀、逆止阀门）;④返料风机终止送风事故时CFB锅炉床温迅速上升，此时床温上升趋势发生时的两侧返料风管风压节点分别为9.6kPa以下，瞬时风量各为240m3以下;⑤变频器选用普通型，当发生电压冲击尤其是欠电压时，运行控制变频器保护动作，需要人员到变频器上手动复位，才能重新启动。

根据以上分析特点实施控制逻辑的完善如下：

①增加风压、风量控制逻辑，同时考虑风压、风量在运行中测点容易误报因素（灰尘堵塞取样点），将双返料器的测点约束为同时满足;②加入电机停运状态比逻辑增大判断电机故障因素与运行状态的同时满足逻辑关系;③普通变频器不带远传DO复位端子，只能依靠优化控制逻辑完善设备结构，减小影响生产及事故发生扩大的因素。

完善后的逻辑关系如图4。

①增加两侧风压与10kPa比较后，两侧风量与250m3比较后二选二输出触發量然后任选其一，可以排除单个取压点、风量取样点堵塞误报信号的假信号，增大安全因素。②增加停运状态与电机电流与逻辑，增大判断电机是否运行的条件，将风压、风量、电机运行条件任选其一后在和联锁按钮与关系。③综合返料风机的电气、结构、输送的管阀系统，通盘考虑可能发生的设备故障因素，降低运行人员的对设备故障发生后进行事故处理的步骤，同时优化增大检修人员处理设备缺陷的安全因素。④将运行返料风机的运行各个状态作为备用风机的联锁启动条件，增加两套联锁按钮，互为联锁、互为备用。

4  优化后的结果

事实证明，经过优化后的返料风机控制逻辑，在我公司起到了保护及降低事故扩大的优势，2017年3月，我厂正在运行的的返料风机由于泄压阀脱落，造成风压泄露，但优化后的控制逻辑在第一时间就将备用风机迅速联锁启动，没有造成事故进一步的扩大，2017年6月，我公司35kV外线短路，瞬间造成电源欠压，最终波及动力电源，运行中的返料风机保护动作，停止运行，经过优化后的返料风机控制逻辑第一时间将备用风机启动成功，再次为我公司安全生产提供了有力保障，通过上述实践检验，对返料风机控制优化改造的措施是可行的。

5  结束语

DCS系统控制策略的优化一直是热控人员研究的一个方向，本文从发生的几例事故中，经过研究分析，结合设备结构、特性分析现场设备运行条件的控制策略，提供了一个角度。

参考文献：

[1]ZG系列罗茨鼓风机组使用说明书.山东章丘鼓风机厂有限公司.

[2]《杭州和利时DCS系统macsv系统FM系列功能块组态说明》和利时组态系列手册.

[3]后峡电厂历年事故案列文档及事故防范措施.

[4]施耐德ATV系列普通变频器功能使用说明.

[5]李建华.风机功率提升-风速计改造及机组控制策略优化[J].价值工程，2019，38（30）：155-156.