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備,其穩(wěn)定可靠性、稱重計量準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],導致給煤機自動無法投入,嚴重影響了機組協(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行連續(xù)自動稱重計量并對流量加以控制的一種輸送設備,其稱量和控制過程連續(xù)和自動進行,通常不需要操作人員的干預就可以完成設備啟停、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給的設定流量值進行比較,再根據(jù)偏差大小通過PID調(diào)節(jié)輸出相應的控制信號,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,遠超合理范圍。

4)在給煤機進行重新標定及短時間內(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荷所需煤量不匹配,不具有可調(diào)節(jié)性,導致水煤比失調(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)人員一開始分析認為給煤機稱重測量裝置應該存在問題,從而引起稱重值不準確、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致稱重不準。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,從而導致測量不準。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致煤量不準或控制不精準,而且從故障現(xiàn)象分析也需進一步排除積算器內(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)換積算器的方式進行比對,并分別在試驗臺和現(xiàn)場給煤機上進行靜態(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,問題根源應該還是存在于現(xiàn)場設備中.

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行仔細排查。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,明確了問題根源應該來自于現(xiàn)場設備。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)圖紙進行分析,發(fā)現(xiàn)此類給煤機為適應側(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,進出落料口距離較短,為此在托輥、稱重橋架兩個方面進行了較大改進[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,尤其當某處皮帶脫離凹槽后,皮帶凸筋會導致皮帶在稱重托輥前后處于非同一水平狀態(tài),當煤量發(fā)生變化時不能被準確測量,進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,分析認為是稱重橋架的剛性不足導致在煤量較大、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,進而影響了稱重傳感器測量電壓值變化,最終導致煤量波動。

3改進措施及效果

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。重新設計、改進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,解決了皮帶跑偏嚴重甚至脫離托輥凹槽而影響稱重測量的問題。

4)改進稱重橋架。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,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

在實際工程應用中 ,導致給煤機稱重不準確、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)設計的合理 性也有較大關(guān)系 。給煤機本體設計要綜合考慮托輥 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)準確測量的根本原因 , 并且這在實際應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。