浅析捞渣机转速自动控制在330MW机组的应用
2021-07-07北方联合电力达拉特发电厂刘慧敏王燕龙关志成
北方联合电力达拉特发电厂 刘慧敏 王燕龙 关志成
对于火电厂固态排渣锅炉，捞渣机是不可缺少的设备。捞渣机运行正常与否，直接关系到锅炉能否安全稳定运行。当捞渣机故障时锅炉无法正常进行吹灰，机组出力受到限制。而当捞渣机长时间不能投入、锅炉受热面长时间无法吹灰时，不仅限制机组出力，还会使受热面结焦、部分管壁超温，威胁机组的安全。
达拉特发电厂#4炉除渣系统（图1）配备一台捞渣机、一座渣仓，锅炉底渣直接由捞渣机输送到渣仓后外运。所用捞渣机为水浸式下回链传动式捞渣机，采用变频电机与减速机组合双侧驱动，额定电流2×24.6A，正常速度0.7～3m/min，设定最大速度3m/min，最大输送量40t/h，系统最大设定压力100bar。捞渣机位于锅炉底部，从渣井落下来的高温炉渣进入到捞渣机壳体内。在冷却水的作用下高温炉渣被冷却，然后通过捞渣机驱动装置带动刮板、圆环链运动，将其连续运送到炉膛外面下一级设备。当下一级设备发生故障时捞渣机还可暂时充当渣斗储存炉渣。
图1 #4炉除渣系统
1 存在问题及应对措施
由于机组在AGC（自动发电控制）方式下特别是在大风天气时负荷波动较大，锅炉落渣时间和落渣量不规律，而DCS（分散控制系统）上没有捞渣机转速、电流显示，捞渣机转速需要运行人员到就地根据渣量大小手动调整，存在调整滞后的问题。在低渣量时如果转速过快，则会加快刮板、链条等部件的磨损速度，降低了设备的使用寿命；而在渣量大时，如果转速过小且调整不及时，则极易造成捞渣机积渣压死，处理时不仅影响锅炉的安全稳定运行，还被迫限制机组出力，降低机组的经济性[1-2]。
2018年6月17日16:20#4炉捞渣机压死、停止吹灰，降负荷至170MW，关闭液压关断门处理；2018年12月9日21:20#4炉捞渣机压死，退AGC降负荷至170MW，停止吹灰，液压关断门关不严，C5火检（C磨#5火检）闪，投油稳燃；2018年12月10日20:50#4炉捞渣机压死、停止吹灰，降负荷至160MW，液压关断门关不住，C5火检闪，投油稳燃。0:20捞渣机缺陷处理好，投入AGC升负荷。由此可以看出，在处理过程中锅炉须停止吹灰、机组负荷降到165MW左右，火检不稳时还需投油稳燃。
为了尽可能减少捞渣机的故障次数，保证机组的安全稳定经济运行，#4炉增加了捞渣机自动调速功能，将捞渣机转速控制及电流显示值接入到辅机一控集控室除灰系统DCS画面，同时将所有的电、热控制设备实现“就地/远方”两种操作功能，并接入到除灰系统的DCS画面。
2 自动控制策略
依据捞渣机在运行中电流和转速的对应关系，实现自动变速调整，电流区间（A）与转速（m/min）的具体函数关系为：15～16/1.7，16～17/1.9，17～18/2.2，18～19/2.5，19～20/2.7，20以上/3.0。为避免电流波动造成转速调整过于频繁，影响变频器的使用寿命，增加了限速功能，使转速在设定的区间呈递增、递减的方式进行调整。调整曲线如图2；为避免自动功能失灵影响捞渣机的安全运行，增加了自动切除保护功能，即运行转速与设定电流区间偏差大于0.3米/分钟时自动切除、跳为手动，且触发语音报警。
图2 捞渣机转速随电流调整曲线
为避免机械犯卡情况下捞渣机自动增速导致的链条拉断或减速机损坏，在自动调速过程中增加了速率保护功能。从表1可看出，捞渣机正常启动过程中电流以2.6～2.8A/s的速率上升，因此速率保护需避开此区间；从表2可看出，在机械犯卡情况下捞渣机电流上升速率为6.9A/s，因此将速率保护设为5A/s，当速率超过5A/s时自动切除，跳为手动，且触发语音报警；增加捞渣机电流、转速坏质量时转速自动切除、跳为手动功能，且触发语音报警；保留硬连接中捞渣机电流超过额定值的10%时捞渣机跳闸保护动作功能。
表1 改造前捞渣机正常启动过程中电流变化趋势
表2 改造前捞渣机犯卡情况下启动过程中电流变化趋势
3 改造后的效果
从图3可看出，改造后自动调速功能稳定可靠，变频器可以根据渣量大小自动进行调节。通过改造捞渣机出故障率大大降低，取得了以下成效。
图3 改造后捞渣机转速与电流对应曲线
提高了锅炉的安全稳定运行。捞渣机故障后进行处理时需将炉底液压关断门关闭。如果液压关断门关闭不严漏风，则会出现燃烧不稳、火检闪烁的情况。同时，在处理捞渣机时为了防止大量落渣，锅炉此时禁止吹灰，长时间不吹灰会使锅炉结焦，汽温、壁温及排烟温度升高甚至超限。通过改造降低了捞渣机故障率，提高了锅炉的安全稳定运行。
减少了机组的限负荷率。在处理捞渣机缺陷时，为了防止大量落渣，同时为了控制汽温、壁温和排烟温度不超限，需将负荷降至165MW左右，限制了机组的出力，影响完成全年发电任务。改造后捞渣机故障率大大下降，保证了机组的出力。
提高了机组的经济性。改造后捞渣机转速随着渣量多少而进行调整，捞渣机保持在经济工况下运行，不仅节省了电能还降低了对设备的磨损[3]。同时由于处理捞渣机缺陷时需投油稳燃，在进行改造后节省了燃油的使用，起到了节能作用，提高了经济效益[4]。
4 结语
达拉特发电厂#4机组锅炉通过对捞渣机进行转速自动控制改造，大大降低了捞渣机的故障率，一方面保证了除渣系统及锅炉的安全运行，避免积渣多造成不安全事件的发生，另一方面，渣量少的情况下低速运行可以减轻设备的磨损程度，提高设备的使用寿命[5]。同时通过改造，减少了机组出力受限次数、提高了机组的经济性。
