3OOMW機組直吹式制粉系統(tǒng)跳閘情況及其防范措施分析

1、3OOMW機組直吹式制粉系統(tǒng)跳閘情況及其防范措施分析發(fā)表時間:2011-6-2作者：翁獻進 徐文輝摘要：    溫州電廠共有4臺300MW機組，分別于2001-2005年投產。其鍋爐均為上海鍋爐廠生產的SG-1025/175-M869型鍋爐，采用四角噴燃方式、中速磨直吹式送粉系統(tǒng)、單爐膛型布置、四角切向燃燒。每臺機組爐前布置五臺HP-863型中速磨煤機，采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺磨煤機出口四根煤粉管道接一層燃燒器，四臺磨煤機就可滿足BMCR負荷，一臺備用；同時配五臺上海發(fā)電設備成套設計研究所提供的9224型給煤機。熱工控制系統(tǒng)采用ABB公司的SYMPHONY系統(tǒng)

2、。    與中儲式送粉系統(tǒng)不同，直吹式送粉系統(tǒng)減少了煤粉倉、給粉機、排粉機等中間設備，經過原煤倉的煤粉進入給煤機后到達磨煤機，煤粉磨出后直接由一次風送入爐膛燃燒，制粉系統(tǒng)的變化將直接影響爐膛的燃燒。為了保證爐膛的安全，對危及爐膛安全或穩(wěn)定燃燒的工況都需要及時切除燃料的輸送，跳閘制粉系統(tǒng)。本文結合溫州電廠4臺30OMW機組近兩年制粉系統(tǒng)的跳閘事件，對制粉系統(tǒng)的跳閘情況進行分析，并提出相應的預防與改進措施，供同行參考。一、制粉系統(tǒng)的跳閘情況統(tǒng)計及原因分析    根據溫州電廠相關事故記錄情況，2008年1月-2009年12月期間，溫州電廠二

3、、三期4臺機組的制粉系統(tǒng)共發(fā)生跳閘68次，其中2008年發(fā)生了36次，2009年發(fā)生了32次；在68次制粉系統(tǒng)跳閘事件中，41次造成了機組RB。   對這些跳閘的原因進行分類，可分為進入給煤機的煤粉異常、熱工測量信號或設備狀態(tài)信號故障、磨煤機油站PLC系統(tǒng)異常、給煤機運行異常、人為原因、其他原因等。對引起制粉系統(tǒng)跳閘的各種因素統(tǒng)計如表1所示。                   

4、0;         1.1進入給煤機的燃料異常引起的制粉系統(tǒng)跳閘原因歸類    從統(tǒng)計情況看，由于煤粉異常引起的制粉系統(tǒng)跳閘事件，占了所有跳閘次數的38%，如2008年3月15日13點22分，#4機組負荷300MW,A、B、C、D四套制粉系統(tǒng)正常運行中，#4A給煤機跳閘，機組RB，目標負荷253MW，運行人員短時投AB層油槍穩(wěn)燃，穩(wěn)定后啟動4E制粉，逐漸恢復至滿負荷。在之后的檢修過程中，機務檢修人員打開給煤機，發(fā)現給煤機皮帶被撕裂，張緊滾筒滑塊斷裂，給煤機內部被煤粉嚴重堵塞，同時熱控人員發(fā)現給

5、煤機稱重傳感器也被拉壞。檢修人員更換給煤機皮帶、滾筒、滑塊、稱重傳感器等設備，并進行重新標定后，4A給煤機恢復到備用狀態(tài)。本次事故的原因是有一大石塊卡在給煤機進煤口和皮帶之間，使皮帶卡死并被拉裂，同時煤粉下落在皮帶下導致滾筒滑塊斷裂，并最終導致給煤機故障跳閘，機組RB動作。    針對所有煤粉異常引起機組異動的原因進行分析后，歸類為以下三個方面。    (l)煤粉潮濕：煤粉潮濕通常會引起爐膛著火不佳，而煤粉的濕度到達一定的程度(如煤粉成污泥狀等)將直接引起該煤層煤粉不能燃燒導致該層制粉系統(tǒng)失火跳閘；另一方面在長時間的潮濕煤粉運行下，也

6、有可能因煤粉的堆積使得安裝于給煤機兩側的稱重傳感器故障導致給煤機運行異常。    (2)煤粉中含有的雜質包括石塊、鋼絲繩、木塊等異物：這些雜質通常會引起給煤機皮帶卡死、給煤機清掃裝置故障甚至導致給煤機皮帶割裂等情況，并造成給煤機的跳閘進而引起機組RB事件的發(fā)生。煤粉中含有大煤塊有可能導致煤粉下煤不暢或卡死給煤機清掃裝置甚至直接引起給煤機皮帶卡死。    (3)煤粉下煤不暢：其原因通常是煤塊較大卡在了煤倉的落煤口上所致，這種情況將導致進入爐膛的煤粉稀少引起煤粉著火不佳而跳閘，也有可能給煤機因皮帶上無煤導致給煤機跳閘。 

7、0;  1.2熱工測量信號或設備狀態(tài)信號故障    制粉系統(tǒng)的熱工測量信號較多，如磨煤機齒輪箱溫度、磨煤機一次風流量、磨煤機出口溫度、磨煤機潤滑油系統(tǒng)相關測量信號等；設備狀態(tài)信號包括制粉系統(tǒng)各個相關設備的狀態(tài)，參與聯鎖的狀態(tài)信號主要包括磨煤機、給煤機、磨煤機進口冷熱風隔離門、磨煤機出口門、給煤機出口門等。制粉系統(tǒng)的熱工測點信號大部分均參與了制粉系統(tǒng)的聯鎖保護，雖提高了制粉系統(tǒng)與運行機組的安全性，但也增加了制粉系統(tǒng)甚至機組誤動作的可能性，加大了機組的安全風險。    從統(tǒng)計情況看，熱工測量信號故障導致的制粉系統(tǒng)保護誤動作占了信

8、號故障的絕大部分，其中磨煤機一次風量測量系統(tǒng)故障出現了7次，磨煤機潤滑油系統(tǒng)測量信號故障出現了6次，其他信號(如磨煤機出口溫度、火檢信號等)共出現了3次，設備狀態(tài)信號誤發(fā)出現了一次。如2009年9月14日6點巧分，#3機組負荷20oMW，制粉系統(tǒng)B、C、D運行，#3B磨煤機一次風量突然下降，#3B給煤機跳閘，首出一次風量低，RB動作，#3機負荷指令至150MW。經相關技術人員分析，本次事故的主要原因為3B磨煤機一次風量測點積灰導致其測量異常。    1.3磨煤機油站PLC系統(tǒng)異常引起的制粉系統(tǒng)跳閘溫州電廠各臺磨煤機潤滑油系統(tǒng)的最初設計均由就地PLC控制，由磨煤機生

9、產廠家配套供貨，其控制和保護相對獨立。在PLC中設計中有磨煤機油泵啟停、加熱器啟停、磨煤機故障跳閘等重要邏輯。從統(tǒng)計情況看，兩年期間共發(fā)生PLC控制系統(tǒng)故障導致制粉系統(tǒng)跳閘事件14次，占了總數的21左右。從以往情況看，PLC故障主要包括溫度卡件的故障、電源故障及其他。如2008年2月22日，7點41分，#3D磨煤機跳閘，首出3D磨煤機潤滑油系統(tǒng)故障，RB動作，負荷降至220MW。事故發(fā)生時，操作員站油泵運行信號消失，但運行人員現場檢查發(fā)現實際油泵運行正常。熱工人員現場檢查發(fā)現，PLC系統(tǒng)CPU模件報警，溫度輸入子模件狀態(tài)燈熄滅，地址在溫度子模件之后的所有DO模件均無輸出。相關人員分析后認為溫度

10、輸入子模件故障導致CPU模件報警，從而PLC系統(tǒng)DO模件無輸出，導致由PLC送至DCS的潤滑油系統(tǒng)故障信號觸發(fā)，從而制粉系統(tǒng)跳閘，機組RB動作。熱工人員更換溫度輸入子模件后，PLC系統(tǒng)運行正常。    造成PLC控制系統(tǒng)頻繁發(fā)生故障的原因是PLC控制柜位于磨煤機及油站附近，灰渣、石子煤沖洗水、振動極易造成PLC卡件的故障；同時因信號電壓均采用同一路220VAC供電，單個信號電纜的接地故障立即造成整個PLC控制電源的失去導致磨煤機跳閘。    1.4給煤機運行異常引起的制粉系統(tǒng)跳閘    給煤機運行異常情況

11、較多，包括給煤機冷卻風扇故障、給煤機清理刮板機構故障、電控回路故障、控制硬件故障等，當給煤機運行異常時一般均引起給煤機自身保護跳閘，故障原因比較明確，在就地給煤機控制系統(tǒng)內部報警代碼指示，從統(tǒng)計情況看，兩年期間由于給煤機系統(tǒng)運行異常引起的制粉系統(tǒng)跳閘共發(fā)生了5次，集中在給煤機電機冷卻風扇及給煤機清理刮板機構故障上。如2008年l月13日17:50,#4B給煤機跳閘，#4機RB動作，負荷236MW。現場檢查發(fā)現，給煤機電機冷卻風扇已燒毀。拆除冷卻風扇電源后重新投運給煤機。給煤機生產廠家為確保給煤機自身的安全，在給煤機控制系統(tǒng)中設計了當給煤機冷卻風扇故障時，將通過冷卻風扇電機接觸器的輔助觸點接入給

12、煤機控制回路實現跳閘給煤機的功能。    為防止落到給煤機底部的散煤堆積引起自燃或影響給煤機皮帶的正常驅動與稱重，在皮帶的下方設置有鏈式清理刮板機構用于及時清除落到給煤機底部的散煤。刮板機構損壞不會直接引起給煤機跳閘，但其損壞后將導致給煤機皮帶底部的煤粉嚴重累積，由于給煤機為整體密封結構，運行人員并不能及時發(fā)現情況，長時間運行以后，將導致給煤機皮帶跑偏、皮帶損傷甚至撕毀、給煤機電機燒毀等嚴重情況，并造成制粉系統(tǒng)的跳閘。    1.5人為原因引起的制粉系統(tǒng)跳閘事件    從近兩年制粉系統(tǒng)跳閘情況看，屬于人為

13、責任的發(fā)生了兩次，分別為熱工值班人員信號強制錯誤以及鍋爐值班人員手動誤操作。如2008年4月5日14點39分，#3C制粉系統(tǒng)運行中跳閘，機組RB，首出為磨煤機潤滑油系統(tǒng)故障。運行人員現場檢查發(fā)現油位低信號報警，但實際油位正常，屬于誤報。在本次跳閘事件發(fā)生前上午9點左右，3C磨煤機因相同原因發(fā)生跳閘，當時已檢查發(fā)現油位開關故障，并根據運行要求強制油位開關信號后啟動制粉系統(tǒng)。由于磨煤機潤滑油系統(tǒng)在就地PLC控制，所有的潤滑油系統(tǒng)熱工信號包括油位信號均送入就地PLC系統(tǒng)，磨煤機潤滑油系統(tǒng)的保護邏輯由PLC系統(tǒng)經過邏輯運算后送至DCS，同時PLC送出單個信號包括油位信號至DCS用于報警，值班人員誤認為

14、PLC送至DCS的單個油位信號為保護跳閘信號，故在DCS側做了強制而而沒有從油位開關的源頭上做強制，導致本次事件的再次發(fā)生。    1.6其他原因引起的制粉系統(tǒng)跳閘    引起制粉系統(tǒng)跳閘的原因較多，除了以上描述的以外，還存在一些其他因素，如機組在運行過程中鍋爐塌焦導致爐膛著火不佳，制粉系統(tǒng)因火檢失去跳閘；送引風機出力出現突變導致爐膛負壓波動導致火檢檢測不到而跳閘等。二、制粉系統(tǒng)跳閘的防范    對引起制粉系統(tǒng)跳閘的原因進行分析后，可針對性地制定與實施相應的防范措施，以降低制粉系統(tǒng)跳閘的發(fā)生頻率，以提高機

15、組的安全性與經濟性。    2.1加強燃煤系統(tǒng)管理    針對進入給煤機的燃煤異常問題，經過分析探討，我們從以下幾個方面，對燃料系統(tǒng)加強了管理：    (l)嚴格控制燃煤質量。    (2)加強日常維護，保證碎煤機、篩選裝置正常運行，保障進入給煤機的燃煤規(guī)格大小處正常范圍內。    (3)加強日常維護，提高分離清除設備可用率，減少雜物含量。    (4)加強燃料運行的巡檢工作，在發(fā)現燃煤異常后及時與機組運行部門的溝通

16、。    2.2優(yōu)化制粉系統(tǒng)邏輯    作為爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)的一部分，制粉系統(tǒng)的邏輯主要包含了磨煤機系統(tǒng)的啟停、跳閘保護等邏輯。一些邏輯不符合現場的實際情況，為提高保護動作的正確率，需對其中部分邏輯進行修改，如：    (l)煤層火焰喪失跳閘制粉系統(tǒng)的邏輯更改。在最初設計中該保護的動作僅取決于該煤層火檢是否正常，但在實際運行過程中爐膛燃燒工況復雜，特別是在啟停制粉系統(tǒng)階段，常出現火焰飄動或抖動的情況，此時火檢系統(tǒng)的檢測也變得非常不穩(wěn)定，若僅憑火檢判斷該煤層的燃燒是否正常極易造成保護誤動，故可將

17、該煤層的點火能量加入到該邏輯中，只有當該煤層的點火能量喪失而且該煤層火檢失去時才保護跳閘該層制粉系統(tǒng)，這樣可降低保護的誤動率。    (2)給煤機皮帶無煤跳閘給煤機的邏輯更改。當給煤機皮帶無煤時將延時跳閘給煤機，皮帶無煤是通過安裝在給煤機皮帶頂部的一塊擋板帶動微動開關動作所發(fā)的信號檢測，當這個信號動作時將發(fā)出跳閘指令，為了確保該保護動作的正確性，因磨煤機空轉電流與正常有煤運轉電流有明顯差異，可將磨煤機電流信號加入到該條件中，當給煤機皮帶無煤信號動作且磨煤機電流接近空轉電流時才跳閘給煤機。    (3)給煤機電機冷卻風扇故障控制回路的更

18、改。從設計思想上說，許多生產廠家為了保護設備的安全，對設備設置了很多的保護回路，但從整個系統(tǒng)運行而言并不安全，給煤機冷卻風扇即是一例。給煤機電機冷卻風扇故障時通過跳閘給煤機保護了給煤機本體，但對機組而言增加了不安全因素，也影響了機組的經濟性，而其實給煤機電機冷卻風扇短時故障并不會對給煤機電機造成損壞，故障時只需通過報警然后停運給煤機檢修即可。故在給煤機控制回路中可取消其電機冷卻風扇故障的跳閘回路，將風扇故障的觸點送入DCS報警。    2.3改造磨煤機潤滑油控制系統(tǒng)，提高磨煤機油站的運行可靠性    PLC控制系統(tǒng)應該是運行較為穩(wěn)定的

19、系統(tǒng)，但由于磨煤機潤滑油PLC控制安裝于磨煤機附近，環(huán)境較為惡劣，非常容易引起PLC系統(tǒng)運行故障并導致制粉系統(tǒng)的跳閘。而事故發(fā)生后因PLC控制系統(tǒng)沒有配置上位機，相關技術人員不能提取第一手的事件信息；另外由于各個測點信號(如溫度開關、壓力開關等)均采用同一路220VAC供電，其中單個測點信號接地均引起整個PLC控制系統(tǒng)的跳閘，這些都極大地增加了事故分析的難度。    為了提高磨煤機潤滑油控制系統(tǒng)運行的可靠性，除了可以對油站每個熱工測點信號在邏輯中增加延時外，還可考慮對磨煤機潤滑油控制系統(tǒng)進行改造，將其納入到DCS控制中。采用DCS控制與采用就地PLC控制相比有較大的優(yōu)勢，主要表現在：    (l)降低事故的發(fā)生率。由于取消了安裝于現場的PLC控制卡件等對環(huán)境要求較高的設備，消除了以往由于環(huán)境對熱工控制卡件的影響，極大降低了事故發(fā)生。    (2)事故分析直接、方便。由于每個熱工信號直接單獨進入DCS，DCS系統(tǒng)可以實時地記錄熱工信號的變化，當事故發(fā)生后，相關技術人員可以方便地從DCS系統(tǒng)讀取相關數據。    (3)人機界面友好直觀。改造后，運行人員可直接對就