660 MW燃煤機組給煤機稱重穩(wěn)定性差的原因分析及處理

引言

目前,隨著現(xiàn)代大型燃煤火力發(fā)電機組的裝機容量越來越大,現(xiàn)代大型燃煤火力發(fā)電機組每天消耗的燃煤量也逐步增加,而稱重式給煤機作為燃煤輸送、稱重及調(diào)節(jié)自動化的重要輔助設(shè)備,其穩(wěn)定可靠性、稱重計量準(zhǔn)確性對機組的安全經(jīng)濟運行及燃煤耗量數(shù)據(jù)分析具有重要意義。

某廠采用的是徐州賽摩FH—05給煤機,自機組調(diào)試以來,給煤機一直存在稱重偏差大、稱重長期穩(wěn)定性差、稱重大幅漂移等問題[1],導(dǎo)致給煤機自動無法投入,嚴(yán)重影響了機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的投入及調(diào)節(jié)品質(zhì)。經(jīng)過現(xiàn)場專業(yè)人員長時間的摸索分析研究,查找出了其根源所在并徹底改進(jìn)后解決了問題,目前整個給煤機系統(tǒng)運行正常。

1工作原理

徐州賽摩FH—05耐壓稱重給煤機是能對通過皮帶上的物料進(jìn)行連續(xù)自動稱重計量并對流量加以控制的一種輸送設(shè)備,其稱量和控制過程連續(xù)和自動進(jìn)行,通常不需要操作人員的干預(yù)就可以完成設(shè)備啟停、稱重計量及流量控制等一系列工作。其工作原理如下:當(dāng)來自原煤倉的物料通過給煤機輸送皮帶時,安裝在皮帶上的稱重橋架就會對其進(jìn)行重量載荷信號檢測,同時裝于尾輪的測速傳感器對皮帶進(jìn)行速度信號檢測,載荷信號及速度信號一同被送入積算器中進(jìn)行處理并在積算器的面板上顯示瞬時流量及累計量[2]。并且積算器還將實測的瞬時流量值與DCS給的設(shè)定流量值進(jìn)行比較,再根據(jù)偏差大小通過PID調(diào)節(jié)輸出相應(yīng)的控制信號,提供給變頻器來改變輸送帶電機轉(zhuǎn)速,以動態(tài)調(diào)節(jié)皮帶速度,使得瞬時流量值與設(shè)定流量值一致,從而完成恒定給料流量的控制,保證磨煤機的連續(xù)、均勻、定量給煤。其基本原理公式如下:

2稱重影響因素及原因分析

自機組調(diào)試以來,發(fā)現(xiàn)某廠采用的12臺徐州賽摩FH—05給煤機均不同程度地存在稱重嚴(yán)重漂移、轉(zhuǎn)速和稱重值不匹配、稱重穩(wěn)定性差等問題。具體表現(xiàn)為:

1)當(dāng)給煤機保持轉(zhuǎn)速不變時,給煤機稱重值存在上下漂移問題,與機組實際運行情況不相符,并帶有周期性。

2)當(dāng)給煤機投入自動后,在相同轉(zhuǎn)速且煤種不變情況下,給煤機稱重值上下波動且不成比例,甚至出現(xiàn)DCS顯示的給煤量自行上漲的情況。

3)給煤機無論是在手動還是自動狀態(tài),同一工況及同煤量情況下,各臺給煤機稱重值和轉(zhuǎn)速值均不相同,偏差較大,遠(yuǎn)超合理范圍。

4)在給煤機進(jìn)行重新標(biāo)定及短時間內(nèi)啟停后,給煤機稱重值會發(fā)生較大變化,零點漂移較大(達(dá)到—37%~—18%),穩(wěn)定性極差。

5)在機組投入?yún)f(xié)調(diào)運行時,給煤機稱重反饋煤量與機組負(fù)荷所需煤量不匹配,不具有可調(diào)節(jié)性,導(dǎo)致水煤比失調(diào),主汽壓力、溫度控制品質(zhì)差,機組經(jīng)濟性無法評估。

2.1給煤機稱重測量系統(tǒng)的檢查及分析

為了解決給煤機存在的以上問題,技術(shù)人員一開始分析認(rèn)為給煤機稱重測量裝置應(yīng)該存在問題,從而引起稱重值不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定。故首先從給煤機測量原理上開始逐一分析原因并排查。從式(1)可以分析,轉(zhuǎn)速信號U及稱重信號W是影響給煤機稱重是否準(zhǔn)確的主要因素,任一個因素發(fā)生變化或出現(xiàn)偏差,在經(jīng)過積算器的演算后均可能導(dǎo)致稱重不準(zhǔn)。為此,主要從以下方面著手分析、處理:

1)轉(zhuǎn)速測量不穩(wěn)定問題。根據(jù)給煤機運行時呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)速不變而煤量波動或同煤量不同轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象,首先懷疑轉(zhuǎn)速測量存在偏差或波動大,從而導(dǎo)致測量不準(zhǔn)。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),多臺給煤機的轉(zhuǎn)速探頭確實存在安裝支架松動的情況,運行時轉(zhuǎn)速有跳變現(xiàn)象.經(jīng)全面排查并緊固探頭后,轉(zhuǎn)速跳變的現(xiàn)象消失,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性變好,但轉(zhuǎn)速波動大的現(xiàn)象依然存在,問題未得到有效解決.

2)稱重測量不準(zhǔn)確問題.徐州賽摩給煤機采用兩只vishay3410的稱重傳感器,其可將0~100 kg的稱重信號轉(zhuǎn)化成0~10 mv的電壓信號,兩者平均后參與稱重計算.當(dāng)稱重傳感器其中一只或兩只故障發(fā)生變化時,稱重電壓值發(fā)生變化,必然會引起實際煤量的波動.為排除稱重傳感器問題,現(xiàn)場測量了傳感器各信號線之間的阻值及電壓值,均在正常范圍,在更換新傳感器、更換高精度稱重傳感器及調(diào)換其他給煤機的傳感器后,波動現(xiàn)象仍存在,問題依然存在.

3)積算器、變頻器問題.積算器作為接收DCS指令、現(xiàn)場轉(zhuǎn)速信號和稱重信號后最終進(jìn)行演算并輸出控制信號的裝置,如果積算器內(nèi)部演算邏輯不完善或裝置本身接收、輸出信號異常也會導(dǎo)致煤量不準(zhǔn)或控制不精準(zhǔn),而且從故障現(xiàn)象分析也需進(jìn)一步排除積算器內(nèi)部計算是否輸出正常.為此,采取將積算器更換為成熟的舊批次產(chǎn)品及在各給煤機之間互相調(diào)換積算器的方式進(jìn)行比對,并分別在試驗臺和現(xiàn)場給煤機上進(jìn)行靜態(tài)試驗比對的方法.比對結(jié)果發(fā)現(xiàn),在模擬同樣稱重載荷的情況下,試驗臺的積算器顯示值未發(fā)生變化,而現(xiàn)場停運給煤機上的積算器顯示值則出現(xiàn)了波動并帶有規(guī)律性,從而排除了積算器問題,問題根源應(yīng)該還是存在于現(xiàn)場設(shè)備中.

4)屏蔽干擾因素影響。由于給煤機的轉(zhuǎn)速信號、稱重信號及控制指令都為弱電信號,對現(xiàn)場強電磁干擾的屏蔽要求較高,為此重點對給煤機控制柜與轉(zhuǎn)速、稱重傳感器之間的信號單端屏蔽進(jìn)行仔細(xì)排查。經(jīng)檢查,轉(zhuǎn)速信號電纜滿足單端接地要求,但稱重信號電纜存在共用一根電纜且與驅(qū)動電機電源線并列布置的問題,經(jīng)采取分開信號電纜及獨立布置電纜走向等措施徹底排除屏蔽干擾導(dǎo)致的因素,但問題依然未解決。

2.2給煤機本體結(jié)構(gòu)因素的排查及分析

經(jīng)過以上多方面排查后,已基本確認(rèn)給煤機測量、檢測信號及控制裝置均正常,排除了給煤機稱重測量系統(tǒng)的問題,明確了問題根源應(yīng)該來自于現(xiàn)場設(shè)備。結(jié)合12臺給煤機所出現(xiàn)的問題具有普遍共性這一特點,說明稱重穩(wěn)定性差問題應(yīng)該與給煤機結(jié)構(gòu)存在聯(lián)系。會同廠家對給煤機結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)此類給煤機為適應(yīng)側(cè)煤倉布置的要求,在整體結(jié)構(gòu)上有所創(chuàng)新,其總體框架長度相對常規(guī)布置的給煤機尺寸要短小,進(jìn)出落料口距離較短,為此在托輥、稱重橋架兩個方面進(jìn)行了較大改進(jìn)[3],因此,逐一分析其對給煤機稱重穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的可能性。

1)托輥影響。設(shè)備廠家為防止給煤機皮帶跑偏影響稱重測量,在稱重托輥及前后7根輔助托輥上均設(shè)計有凹槽,其寬度正好與皮帶上的凸筋相配套,主要用于輔助糾偏。但現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),所有給煤機稱重托輥及輔助托輥均有較明顯的碰磨痕跡,且越靠近稱重托輥越明顯。這說明給煤機運行時,皮帶存在跑偏甚至脫離托輥凹槽的問題,從而使得稱重裝置受力發(fā)生變化,尤其當(dāng)某處皮帶脫離凹槽后,皮帶凸筋會導(dǎo)致皮帶在稱重托輥前后處于非同一水平狀態(tài),當(dāng)煤量發(fā)生變化時不能被準(zhǔn)確測量,進(jìn)一步影響了稱重測量。

2)稱重橋架影響?，F(xiàn)場給煤機的稱重傳感器與稱重橋架一體化安裝在支撐板上,支撐板下方焊接三組支撐架用于加固,整個稱重橋架通過焊接與給煤機本體相連?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),整個稱重橋架與前后托輥的支撐板焊接工藝不良,且支撐板厚度不足,使得整體結(jié)構(gòu)支撐強度不足,容易變形。同時注意到在安裝稱重傳感器及側(cè)板門時,固定力稍微增加,稱重信號會存在波動、零點漂移。結(jié)合給煤機短期運行且在煤量變化時煤量波動尤其明顯這一現(xiàn)象,分析認(rèn)為是稱重橋架的剛性不足導(dǎo)致在煤量較大、稱重橋架受力較大情況下,整個稱重橋架發(fā)生輕微變形彎曲,使得托輥垂直受力方向發(fā)生改變,進(jìn)而影響了稱重傳感器測量電壓值變化,最終導(dǎo)致煤量波動。

3改進(jìn)措施及效果

根據(jù)以上分析,為徹底解決給煤機稱重穩(wěn)定性差問題,保證給煤機的稱重準(zhǔn)確性及長期穩(wěn)定可靠,決定針對給煤機目前存在的問題進(jìn)行處理,并采取了針對性措施。

1)加固轉(zhuǎn)速探頭。每臺給煤機的轉(zhuǎn)速探頭增加安裝一個足夠強度的L型支架,使得轉(zhuǎn)速探頭與電機輸出軸始終保持同心,保證轉(zhuǎn)速探頭長期穩(wěn)定不松動,轉(zhuǎn)速測量穩(wěn)定性得到保證。

2)增加獨立屏蔽電纜。稱重信號屬于弱電信號,在電纜重新獨立分開布置的同時,信號電纜及屏蔽電纜做了單獨接地,遠(yuǎn)離電機及動力電纜,防止強信號干擾,提高信號穩(wěn)定可靠性。

3)更換新型托輥。重新設(shè)計、改進(jìn)稱重托輥和糾偏托輥,使托輥凹槽寬度比皮帶凸筋稍寬1 cm左右,使得皮帶可在正常范圍內(nèi)活動而不影響稱重測量,同時合理調(diào)整皮帶頭尾兩端的糾偏裝置,減小了皮帶跑偏程度,解決了皮帶跑偏嚴(yán)重甚至脫離托輥凹槽而影響稱重測量的問題。

4)改進(jìn)稱重橋架。鑒于整個稱重橋架存在剛性強度不足問題,主要采取了兩個措施:一是在前后輔助托輥處,利用#8角鋼制作4根拉筋固定在給煤機本體,并采用焊接連接板的方式來增加整個支撐板強度;二是將稱重橋架獨立分開布置,采用強度更大的基座式安裝方式,完全避免其與給煤機側(cè)板門、輔助支撐等其他受力部位相連,確保其不受外力影響。通過重新對整個支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化加固,徹底解決了稱重橋架強度不足的問題。

最終通過逐一實施改進(jìn)措施并試驗對比發(fā)現(xiàn),給煤機稱重穩(wěn)定性差與給煤機結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān),根本原因在于給煤機托輥設(shè)計不合理,稱重橋架強度不足。之后對所有給煤機逐臺實施改進(jìn),觀察運行情況(圖1),穩(wěn)定性差問題得到徹底解決。

4 結(jié)束語

在實際工程應(yīng)用中 ,導(dǎo)致給煤機稱重不準(zhǔn)確、穩(wěn) 定性差的原因是多方面的 ,不僅受傳感器、測量系統(tǒng) 的穩(wěn)定、精確性影響 ,而且與給煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理 性也有較大關(guān)系 。給煤機本體設(shè)計要綜合考慮托輥 結(jié)構(gòu)形式、本體強度等對稱重系統(tǒng)產(chǎn)生的影響 , 因為 其往往是直接影響稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確測量的根本原因 , 并且這在實際應(yīng)用中往往是不易察覺或易被忽視的 問題。本文通過分析影響給煤機稱重測量準(zhǔn)確性、穩(wěn) 定性的幾個因素并逐一排查問題 ,最終找到了根本 原因 ,為處理給煤機類似問題提供了案例 ,具有較強 的參考意義。