时间节点在干排渣系统挤渣顺控中的应用

摘 要：随着电力市场深度改革和煤炭市场化的深入，国内火电厂入炉煤煤质大幅波动，煤的灰分也长期远远高于设计煤种，严重影响干排渣系统的稳定运行，进而影响了锅炉运行的安全性。干排渣作为锅炉辅助系统之一，由于结构简单，其运行状况往往会被忽视。鉴于此，现从平海电厂的干排渣实际运行情况入手，对干排渣顺控的设置情况和设置前后的运行状况进行说明，论证以时间为节点控制的挤渣顺控应用的合理性及其给锅炉运行带来的安全性提升。

关键词：火电厂；干排渣；挤渣顺控

中图分类号：TN929.5；TM621.7+3    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2023）16-0050-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.16.013

0    引言

随着入炉煤灰分的增加，电厂干排渣事故频发，为减少事故，厂内从实际出发，在加强管理的同时，提出了设置干排渣挤渣顺控的要求。本文从平海电厂的机组及干排渣概况出发，分析造成干排渣系统故障的主要原因，针对实际出现的问题给出解决办法，以此提出并优化顺控逻辑，最终确定以时间节点为主要控制方式的顺控逻辑，并对实际运行状况做出总结。

1    平海电厂机械干式排渣系统介绍

1.1    系统运行现状及设置顺控的背景

平海电厂目前有两台上海锅炉厂1 000 MW超超临界燃煤机组在运行，两台机组分别于2010和2011年通过168验收。

平海电厂采用北京国电富通科技发展有限公司设计的机械干式排渣系统，锅炉设计煤种收到基灰分为8.75%，近年来，由于煤炭市场变化，实际入炉煤灰分长时间高达18%（配煤后）以上。随着电力市场化改革的深入和储能的投入运行，机组负荷变化深度和频率都较以前明显增大，使得生成的渣量进一步增大，增加了干排渣系统压力，2020到2021年，两台机组都多次出现了因为渣量大被迫长时间停运干排渣而引起的限负荷。

在干排渣系统运行中，造成干排渣系统故障的主要原因分为设备本身因素和渣量超出干排渣系统排渣能力两大类，而设备本身故障很大一部分也是渣量过大和过多引起的，如渣量大引起的钢带打滑跑偏和斗提机断链，渣块过大过硬导致的碎渣机卡涩跳闸等。所以，要解决干排渣系统问题，除合理配煤、燃烧调整外，还要从控制渣量过大特别是防止在渣井内部有搭桥或大渣堆积入手，合理挤渣，以减小落入干排渣系统的渣块大小，保持干排渣系统顺畅连续运行[1]。

为减少干排渣故障以及在人工挤渣过程中的种种弊端，特在干排渣系统中增加顺控挤渣，以保证锅炉安全运行。

1.2    工艺流程

锅炉排渣处理采用机械干式排渣系统，冷空气在炉膛负压的作用下，与钢带机上的热渣逆向相混后，将高温渣冷却为可直接贮存和运输的冷渣，产生的热风由炉膛底喉部进入炉膛，冷却后的渣由干排渣系统输送至渣仓储存。锅炉炉膛底部与排渣机采用渣井相连，四周设有水封槽密封，渣井独立支撑，其容积可满足锅炉最大连续出力工况下4 h的渣量，渣井底部设有液压关断阀（挤压头），允许排渣机故障停运4 h而不影响锅炉的安全运行，且能有效拦截大渣块并预破碎[2]。

干式排渣系统设一座钢结构渣仓，能满足锅炉最大连续出力工况、燃用设计煤质条件下一台锅炉36 h渣量的储存需求，且有料位测量和报警功能，渣仓顶部设置真空/压力释放阀，以保证渣仓安全。渣仓顶部设一台布袋除尘器，以过滤进料时产生的乏气，消除从渣仓排到大气中的颗粒；渣仓底部设有两个排出口，其中一路接至濕式搅拌机，一路接至干渣散装机。为保证排渣顺畅，渣仓周边装设3台电磁振打设施。

工艺流程如下：锅炉水冷壁下联箱—渣井—液压关断阀（挤压头）—一级钢带机—碎渣机—二级钢带机—斗式提升机—渣仓—卸渣装置—外运综合利用[2]。

如图1所示，系统共4个渣井，每个渣井有3对挤压头。干排渣一级钢带由13片组成，长度共91 m，一级钢带为变频控制，正常情况下频率设置为30 Hz时，一级钢带运行速度为2.92 m/min，运行一圈约31 min，一级钢带从尾部运行至头部时间约为15 min。

2    运行中出现的问题及解决办法

2.1    运行中出现的问题

（1）锅炉掺烧煤种复杂，机组持续高负荷时锅炉易结焦，有大块硬焦落入锅炉炉底渣井时，容易堵塞落渣通道，导致大量灰渣无法正常落入一级钢带及时输送，操作人员挤渣不及时会造成渣井满渣，严重时会影响锅炉安全运行甚至导致停炉。

（2）锅炉渣井大块焦块搭桥时运行人员仅通过渣井摄像头观察渣井内是否堵渣，无法判断渣量多少，在手动挤渣过程中易挤渣放渣过快导致大量炉渣落入一级钢带，致使一级钢带过载跳闸，只能关闭所有挤压头后通过人工掏渣、降低一级钢带转速等方式重新恢复一级钢带运行，钢带恢复正常后需逐步打开各渣井挤压头放渣，为防止一级钢带再次过载，放渣过程缓慢，渣井落渣量较难控制，影响锅炉安全运行。

（3）干式排渣系统共4个渣井，有24个挤压头，在日常挤渣过程中，运行人员为防止渣井搭桥无法及时发现，须延长挤渣时间。完成一轮挤渣过程约2 h，工作量较大，需要时刻关注干排渣系统，防止因其他操作任务导致挤压头长时间关闭。由于盘前操作人员有限，不可能设置专人在挤压过程中一直保持对干排渣系统的监视，易出现在关闭挤压头后长时间忘记开启部分或全部挤压头的情况，造成新的安全隐患，且每班长时间对挤渣的关注也会增加运行人员的负担，特别是在事故处理或重大操作过程中可能造成无暇挤渣[2]。

2.2    解决办法

将干排渣系统日常挤渣过程设置为挤渣顺控模式，干式排渣系统4个渣井可以分别投入，每一个渣井先逐个关闭挤压头，再逐个拉开各挤压头，中间用固定时间作为断点，运行人员仅需投入各渣井挤渣顺控，日常挤渣工作即可顺控完成。

通过设置“干排渣系统长时间未挤渣”报警来提醒运行人员对干排渣系统进行挤渣操作。投入干排渣挤渣顺控系统进行挤渣，每次挤渣完成后4 h未进行挤渣操作触发报警。

设置干排渣挤渣顺控后，可以在增加挤渣频次的同时减少运行人员挤渣操作量，降低干排渣堵渣风险，锅炉底渣可顺利进入一级钢带，通过干排渣系统输出至渣仓。经与设备部热控分部沟通，结合在手动挤渣时的经验，在顺控设置上主要以时间作为节点控制，实现单个渣井6个挤压头先关后开的一次操作，可手动选择渣井和挤压泵以灵活实现各个渣井的挤渣。

在顺控时间设置上，关闭时间设置为65 s，此时间设置主要是考虑到在挤压头开关过程中如果挤压头未到位（即到位信号未反馈至DCS），挤压头操作电磁阀会有35 s的得电保持，65 s的间隔设置能保证对应挤压头的电磁阀失电后再进行下一个挤压头操作，以确保多个挤压头的操作不会同时进行，使挤压过程中液压油压力维持在较高值，保证挤压效果。在选择渣井所有挤压头并执行完成关程序后，顺控会自动进行开启操作，开启时间间隔设置为185 s，此时间过短会导致在渣井有积渣挤通或锅炉渣量较大时落入一级钢带的瞬时渣量变大，甚至超出干排渣系统的出力造成系统事故，此时间如设置过长也会因渣井关闭时间过长造成渣量堆积。合理设置时间节点能有效避免挤压头在开关过程中出现不到位情况引起顺控中断，保证顺控执行效果。在打开挤压头前设置“挤压头未关到位”三级报警，当选择渣井有挤压头未关到位时，运行人员可通过报警提醒确认渣井是否有大块焦无法落入一级钢带，从而及时进行处理，防止渣井继续搭桥积渣[3]。

在每一个渣井挤压顺控完成后，增加“1/2/3/4号渣井挤渣完成”三级报警，提醒运行人员选择下一渣井的顺控，以保证挤渣的连续性。

3    逻辑实现过程

此次顺控的设立，充分考虑到干排渣系统渣量大易引起挤压头关不到位的情况，把顺控中以关到位信号延时直接改为时间延时，以时间作为节点进行控制，实际应用中大大增加了每次顺控的完成率，提高了顺控效率。

采取每次一个渣井的顺控，大大简化了顺控逻辑，保证了顺控的可行性，同时也增加了运行人员在每个渣井挤完后对干排渣系统的关注，对可能引起的顺控问题能及时发现处理，大大提高顺控的安全性。顺控具体逻辑实现过程如下：

3.1    干排渣挤渣顺控设置功能模块

功能模块可实现功能如下：

（1）可选择投入1、2、3、4号渣井且仅可投入一个；

（2）A、B挤压油泵预选；

（3）启动挤压头顺控，每个渣井所有挤压头按照先关后开顺序动作。

3.2    干排渣挤渣顺控动作顺序（以1号渣井为例）

步序一：启动挤压油泵。

步序二：打开挤压升压电磁阀1CT。

步序三：打开挤压头伸电磁阀3CT。

步序四：

（1）关闭1Q1挤压头。1Q1电磁阀得电（信号保持65 s）延时60 s，1H1电磁阀得电。以下条件为“或”关系，满足后1Q1电磁阀失电：

①1Q1挤压头已关，1Q1电磁阀失电；

②1Q1挤压头未关到位，延时35 s，1Q1电磁阀失电。

（2）1H1电磁阀得电（信号保持65 s）延时60 s，1H1电磁阀得电。以下条件为“或”关系，满足后1H1电磁阀失电：

①1H1挤压头已关，1H1电磁阀失电；

②1H1挤压头未关到位，延时35 s，1H1电磁阀失电。

（3）关闭1Q2挤压头。1H1电磁阀得电（信号保持65 s）延时60 s，1Q2电磁阀得电。以下条件为“或”关系，满足后1Q2电磁阀失电：

①1Q2挤压头已关，1Q2电磁阀失电；

②1Q2挤压头未关到位，延时35 s，1Q2电磁阀失电。

（4）关闭1H2挤压头。1Q2电磁阀得电（信号保持65 s）延时60 s，1H2得电。以下条件为“或”关系，满足后1H2电磁阀失电：

①1H2挤压头已关，1H2电磁阀失电；

②1H2挤压头未关到位，延时35 s，1H2电磁阀失电。

（5）关闭1Q3挤压头。1H2电磁阀得电（信号保持65 s）延时60 s，1Q3电磁阀得电。以下条件为“或”关系，满足后1Q3电磁阀失电：

①1Q3挤压头已关，1Q3电磁阀失电；

②1Q3挤压头未关到位，延时35 s，1Q3电磁阀失电。

（6）关闭1H3挤压头。1Q3电磁阀得电（信号保持65 s）延时60 s，1H3电磁阀得电。以下条件为“或”关系，满足后1H3电磁阀失电：

①1H3挤压头已关，1H3电磁阀失电；

②1H3挤压头未关到位，延时35 s，1H3电磁阀失电。

步序五：关闭挤压头伸电磁阀3CT。

步序六：打开挤压头缩电磁阀2CT。

步序七：

（1）打开1Q1挤压头。1Q1电磁阀得电（信号保持185 s）延时180 s，1H1电磁阀得电。以下条件为“或”关系，满足后1Q1电磁阀失电：

①1Q1挤压头已开，1Q1电磁阀失电；

②1Q1挤压头未开到位，延时35 s，1Q1电磁阀失电。

（2）以相同逻辑打开1H1、1Q2、1H2、1Q3、1H3挤压头。

步序八：关闭挤压升压电磁阀1CT。

步序九：关闭挤压头缩电磁阀2CT。

每个渣井挤渣顺控结束后增加“1（2、3、4）号渣井挤渣完成”三级报警。挤渣顺控结束后挤压头未关到位时增加“1（2、3、4）号渣井挤压头未关到位”三级报警。

运行人员重新选择渣井后启动顺控或停运挤压油泵。

1、2号炉2、3、4号渣井按照1号渣井干排渣挤渣顺控顺序动作。

4    应用情况

平海电厂内热控专业分别于2021年10月的2号机B修和2022年2月的1号机C修时在两台机DCS下装自动挤渣顺控逻辑，两台机在整个顺控使用过程中运行情况良好。

手动挤渣4个渣井完成一次大约需要2 h时间，每班两次用时约4 h，改为顺控挤渣后，运行人员严格按照每班两次进行挤渣顺控操作，顺控挤渣逻辑会自动执行挤渣工作，极大地降低了运行人员的日常操作量，增加了机组正常运行的安全性。

自顺控应用以来，无论煤种如何变化，两台机均未再出现因干排渣渣井搭桥问题引起的故障停运，保证了干排渣系统的连续运行，有效减少了因干排渣系统导致的安全隐患，保障了机组安全运行。定时定量的顺控挤渣有效减少了渣井内的渣量堆积，完全避免了手动挤渣过程中人为原因引起的长时间挤渣或无暇挤渣导致的系统故障。

[参考文献]

[1] 唐权利，马润生.干式排渣系统在火电厂应用中的问题及处理[J].青海电力，2018，37（2）：50-52.

[2] 于长友.燃煤电厂钢带式排渣机干式除渣技术[J].中国电力，2007（1）：56-59.

[3] 郑文广，朱良松，刘博，等.600 MW机组干式除渣系统应用研究[J].热能动力工程，2015，30（3）：422-426.

收稿日期：2023-03-29

作者简介：何方超（1985—），男，陕西人，助理工程師，研究方向：火电厂运行。