胡文飞，安 钢，高 峰，秦金波

(1.吉林电力股份有限公司四平热电公司，吉林 四平 136001;2.吉林松花江热电有限公司，吉林 吉林 132002)

火力发电厂的给煤机作为制粉系统的重要组成设备，担负着向锅炉输送燃料的重要作用，其工作的稳定性和可靠性直接关系到锅炉的安全经济运行。由于直吹式制粉系统的原煤仓一般采用锥形结构，受煤质成分、季节、气候等因素影响，在下煤过程中经常发生落煤不畅或堵塞。该现象在各燃煤电厂中普遍存在，所涉及的检修工作量大、费用高，经常造成给煤量波动，燃烧不稳，影响燃料向炉膛的正常输入。如果未能及时发现断煤或处理不当，可能造成磨组跳闸，机组被迫紧急降负荷甚至锅炉灭火等恶劣后果，对整个机组的安全构成了极大的威胁。

1 存在的问题

吉林电力股份有限公司四平热电公司(以下简称四平热电公司)4号锅炉设计为正压直吹式制粉系统，配置5套辊式中速磨煤机，锅炉最大连续蒸发量(BMCR)和锅炉额定蒸发量(BECR)工况时均投入4套，另外1套备用，给煤机采用变频调节称重式给煤机。自2010年机组投运以来，制粉系统断煤问题一直未能得到有效治理。特别是在冬季，由于环境温度低，原煤湿度高、黏度大，极易在原煤仓下部粘成大块堵塞落煤口，导致落煤不畅造成给煤机断煤，需要大量抢修人员现场敲打落煤口进行紧急处理。

频繁的断煤严重影响了锅炉的安全稳定运行，为解决制粉系统频繁断煤的问题，2015年对4号锅炉进行了改造，在每套制粉系统原煤仓下部与给煤机入口闸板之间加装了立式单回转煤仓清堵疏通装置。该装置由可编程逻辑控制器(PLC)控制系统、液压系统、疏通机构组成，断煤时装置自动启动，疏通机上下往复运动清扫煤仓壁，破坏煤仓堵塞的基础，达到疏通煤仓，解决落煤口堵塞的目的。

清堵疏通装置投入运行后，经实践检验，在2015年冬季制粉系统发生的多次断煤中，疏通装置的及时启动有效解决了大部分煤仓下部发生的堵塞，保证了煤仓原煤的顺利下滑，避免了事故进一步扩大。然而，也发生了多次疏通装置在自动模式下拒启动和启动后未能清堵疏通的情况。据统计，2015年12月，因疏通装置拒启动或清堵失败，5台给煤机共发生不同程度断煤17次，造成磨煤机停运1次，锅炉被迫投油稳燃1次，主、再热汽温超标等异常情况4次。鉴于煤仓疏通装置在自动模式下存在的隐患，为保证疏通机启动的及时性和可靠性，机组冬季断煤高发期，不得不设置专人专职在就地负责疏通装置的操作，大大增加了运行维护工作量。

2 原因分析

2.1 疏通装置拒启现象分析

疏通装置的控制分为现场手动、定时启动和自动控制三种模式。锅炉正常运行时，疏通装置通常采用自动控制模式。该模式下不需人为干预，装置接受给煤机断煤报警器发出的断煤信号控制，一旦给煤机断煤信号发出，设备立即联锁启动，连续运行90 s后自动停止。

从控制回路和逻辑组态两方面入手，对2016年1、2月份发生的疏通装置拒启情况进行了详细分析，在记录的11次拒启现象中，发现有9次是给煤机发生断煤后，断煤报警器未能正常发出断煤信号所致。给煤机断煤报警器的可靠性差是造成疏通装置拒启的直接原因。

给煤机断煤信号是通过安装在给煤机箱体内靠近出口的DL-02型断煤报警器发出的，该型断煤报警器主要由机械挡板和电气触头开关构成。它的工作原理是:当给煤机皮带有煤时，挡板接触煤流，皮带上运动的煤粉推动挡板的转动，使与挡板同轴的凸轮旋转，释放触头开关，接点断开;给煤机皮带无煤时挡板垂直于给煤机皮带，凸轮压住触头开关，接点闭合，发出断煤报警信号至分布式控制系统(DCS)报警和煤仓疏通装置PLC。导致给煤机断煤报警器可靠性差的原因如下。

a.该断煤报警器挡板长期与给煤机内部煤流直接接触，工作环境恶劣，受磨损、腐蚀严重，导致断煤报警器不能长期可靠工作。

b.原煤中经常夹带其他杂物撞击挡板，造成断煤报警器损坏，误发或拒发断煤信号。

c.受其结构和工作原理限制，在煤仓未完全堵塞落煤量减少时，断煤报警开关不能有效做出反应，及时地判断断煤情况。

2.2 疏通装置PLC联锁逻辑设计分析

现场人员发现在多次紧急处置断煤的过程中，尤其是在冬季发生断煤时，疏通装置自动模式下联锁启动进行90 s清堵后，有时断煤现象仍然存在，而疏通装置却不再自动启动。需将疏通装置由自动模式切至现场手动模式继续手动启动疏通机，通常清堵2～3 min后落煤方能正常，给煤机断煤现象消除;另外，在雨季发生断煤时，随着疏通装置联锁启动，断煤现象随即消除，90 s疏通机停止运行后，马上又会再次发生断煤。可见，疏通装置自动模式下设置的运行90 s的时间并不合理。在煤仓堵塞较严重时，90 s的运行时间不能彻底瓦解煤仓堵塞;而在煤湿度、粘度较大时，疏通机自动运行时间内只能暂时保证落煤口的下煤通畅，并不能起到彻底清理煤仓的作用。

3 优化措施

3.1 提高断煤信号的可靠性

目前，制粉系统断煤的检测手段多种多样，主要分为直接检测和间接检测。通过考察发现，这些方法在实际应用中受工作环境、煤质等因素的影响，长期使用效果都不理想。针对四平热电厂断煤信号可靠性差，结合制粉系统的实际情况，技术人员经大量分析、论证后，通过深入发掘2种检测方式的优点，提出以下2种综合判断给煤机断煤的新思路。

a.方案1:称重式给煤机的瞬时给煤量是通过给煤机转速与称重传感器测得的单位距离皮带上原煤的重量计算得出的，它可以直观地反映出给煤机皮带上煤量的多少。当发生断煤时，瞬时给煤量变化非常明显。利用DCS输出至给煤机的给煤指令与瞬时给煤量反馈信号进行比较，当给煤指令一定而瞬时给煤量突降至某一定值或偏差较大时，判断为给煤机发生断煤。同时，保留原有给煤机断煤报警器的断煤检测方式，间接检测与直接检测两种方式相结合，综合判断断煤情况。根据四平热电公司锅炉各种工况下给煤机瞬时给煤量的变化趋势综合分析，设置当给煤机运行时，给煤指令大于10 t/h且瞬时给煤量小于5 t/h时，经DCS逻辑判断为给煤机断煤，DCS输出断煤信号报警同时输出联锁启动信号至疏通装置PLC。

b.方案2:给煤机电流能直接反映给煤机负载的变化，给煤机断煤后电流应随皮带存煤量逐渐减少而不断下降，因此，可以根据不同工况下给煤机运行时和断煤时电流的大小，选取一个合适的电流值作为间接判断给煤机是否断煤的定值，通过DCS的低限逻辑判断使实际电流值与定值相比较，判断断煤现象，输出断煤信号。同样结合原有给煤机断煤报警器的断煤信号，综合判断。

将2套方案分别实施在2台给煤机上，在持续跟踪实施效果时发现方案2存在的一些不足:由于给煤机运行时接受锅炉燃烧控制系统的自动控制，自动调节给煤量以满足锅炉燃烧情况的需要。当某台煤仓落煤量减小或断煤时，锅炉总燃料量下降，为了维持负荷，控制系统自动增大各给煤机的给煤指令，使转速上升导致电流增大，因此，断煤后相应的给煤机电流变化趋势是一个先增大后减小的过程;另外，给煤机设计额定出力100 t/h，减速电机额定功率2.2 kW，额定电流为4.95 A，功率较小。正常运行时，电流值随变频器输出频率变化，通过查询给煤机电流在不同工况下的历史曲线，断煤时与正常运行时对应变频电流一般在1.5～2.2 A，变化效果不是很明显。同时在逻辑判断中需要排除给煤机下落重物或皮带跑偏、机械卡涩等现象引起的电流波动，因此，通过给煤机电流判断断煤的方法受诸多因素影响，在DCS逻辑上要实现正确判断比较复杂，且准确性易受影响。

显然，在准确性和灵活性上利用瞬时给煤量判断断煤情况更简单、更有优势。经研究决定，将A、B、C、D、E5台给煤机断煤判断逻辑全部进行优化，采用原有机械挡板式断煤报警器直接检测，结合瞬时给煤量间接判断的方式综合判断断煤情况。

给煤机运行时，当就地机械挡板式断煤报警器发出信号或当给煤机指令不小于10 t/h而瞬时给煤量反馈不大于5 t/h时，逻辑判断为给煤机发生断煤，输出两个数字输出(DO)点。一个DO点作为DCS断煤报警信号，而另一个DO点激励DCS继电器线圈，继电器相应常开触点闭合，送至对应的煤仓疏通装置PLC中，通过PLC内部逻辑最终实现疏通机的联锁启动，提高断煤信号的可靠性。

3.2 疏通机PLC逻辑优化

煤仓疏通机的控制是通过PLC内部逻辑组态实现。自动模式下，当断煤报警开关量信号由0变为1时，产生90 s脉冲信号控制疏通机运行。

由于自动模式下疏通装置设置90 s的启动时间不能满足现场实际需要，同时考虑煤质粘度较大时，疏通机工作停止后极易再次发生断煤，为巩固疏通效果，彻底瓦解原煤与煤仓筒壁形成的堆积，将原逻辑中PLC发出的90 s单脉冲信号改为长指令延时断开算法，并设置180 s延时。即在自动控制模式下，当优化后的断煤报警信号发出，触发PLC内部继电器，闭合相应触点，联锁启动疏通装置工作，直至“断煤信号”消失后，疏通装置将继续运行180 s后自动停止。优化后的断煤报警判断及疏通装置联锁启动逻辑见图1。

图1 优化后的断煤判断及PLC联锁逻辑

4 应用效果

逻辑优化实施至今，取得了很好的效果。以2016年冬季为例，5台给煤机发生的多次断煤中，除D给煤机转速传感器故障引起转速异常，导致断煤信号误发1次外，其余均是煤仓落煤口堵塞所致，断煤信号异常现象得到明显抑制，疏通装置及时启动后断煤现象很快得以消除，未再发生过设备停运或减负荷的严重事故。给煤机断煤信号可靠性得到明显提高，从而保障了制粉系统运行的稳定性。

5 结束语

根据给煤量变化间接判断给煤机断煤可有效提高给煤机断煤检测的可靠性，并据此实现原煤仓断煤的自动处理。该方案逻辑简单清晰、判断准确;通过准确的判断断煤实现原煤仓疏通装置的自动控制，不仅能及时发现并解决断煤问题，巩固了煤仓疏通效果，还减少了断煤信号异常对运行人员的干扰，极大减轻了劳动强度，有效减少了制粉系统断煤对锅炉燃烧的影响，提高了锅炉燃烧的稳定性和经济性。