循环流化床锅炉返料风机启动优化控制研究

摘 要 本文从循环流化床锅炉返料风机热控自动化DCS优化控制策略出发，通过分析事故原因着手，分析设备结构、电气特性，发掘改造DCS控制策略，减小事故发生，改善循环流化床锅炉的安全运行。

关键词 循环流化床 锅炉返料风机 设备结构 电气特性 控制策略优化

发电厂锅炉热控设计是一个重要的过程，尤其是在循环流化床中。由于锅炉燃烧及受热的动态积蓄效应导致高温灰分及残炭的循环效率直接影响温度分布的变化，只要保证硫化风的硫化作用，瞬间的燃料中断也不会影响锅炉炉膛灭火，所以，炉膛结焦与灭火相对而言，结焦摆放在了第一位。

影响CFB锅炉结焦的因素一般有：燃料的影响；运行参数的影响；返料的影响；设备结构的影响；运行人员操作的影响。由于返料故障引起的结焦会造成高温结焦，如果处理不及时，渣块在床料中存在并随着时间的推移，焦块将越来越大，将造成硫化困难，堵塞排渣管，最后被迫停炉。

后峡电厂属于孤网运行系统，由于多起返料风中断引起的事故，给我厂安全生产造成了重大损失，分析设备存在的隐患后，进行了改造优化，取得良好效果。

一、 设备结构

1.设备。乌鲁木齐环鹏有限公司目前有2台180 T/H循环流化床锅炉，该炉型具有双分离器、双返料器，且左右并列布置于炉膛和尾部竖直对流烟道中间。返料器分松动风室和流化风室，两返料器所有松动风、流化风均来自同一返料风机，经返料风母管送风，返料风机2台（1用1备）。见图1。

图1 返料风机结构图

从图1中可以看出返料风机基本结构由三部分构成：（1）电动机及V带传动部件。（2）罗茨鼓风机及配套设备。（3）输送管道、阀及机械安全泄压配套装置。

2.电气结构。动力380 V三相电源经隔离刀送至变频器，经变频器直接拖动电动机（如图2）。电气回路由三部分构成：（1）隔离刀闸。（2）施耐德ATV61系列普通变频器。（3）电力电缆。

图2 电气原理图

二、事故发生的案例分析

1.返料中止事故原因机理分析。排除循环流化床本系统结构及运行调控所发生返料中止因素，分析风机故障及电气回路设备选型及所设计的控制策略不合理造成的返料中止，由于两返料器返料风均来自同一风机、同一母管，故一侧返料风机出现问题必然要直接影响另一侧，并带动反应，最终导致返料全部中止，必然促使 CFB锅炉反料温度速度上升。同时，料层也会缓慢上升，炉膛差压波动减小，床温迅速上升，将会造成事故。

2.案例分析。（1）2010年1月，我厂CFB锅炉在调试试运行期间，由于电动机轴承抱死，造成运行返料风机电机烧毁，罗茨鼓风机停运，返料风终止，CFB床料结焦，发生被迫停炉事故。除了设备故障导致的事故因素发生外，备用风机在发生故障时没有立即连锁启动也是造成事故扩大的原因。在检查设计逻辑时发现，在两台风机控制逻辑中，自启动条件只有电气故障信号（即电源消失故障），连锁才能启动备用风机，由于电气故障没能有效连锁启动备用风机（电源消失故障没有出现），最终导致备用风机连锁启动失败。

（2）2010年8月运行中的返料风机传动几条V字带连续断裂造成返料风中断。由于控制逻辑不满足条件，备用返料风机没有正常启动，2 min内CFB锅炉床温迅速上升。运行调整失败后，进行紧急停炉，发现炉膛床料2/5严重结焦，发生事故，造成比较严重后果。通过分析2台风机运行状态及设备结构、电气特性后，决定实施优化2台风机控制策略。见图3。

图3 HSSCS顺控功能块原理图

三、返料风机系统结构分析优化策略

依据风机故障的事故状态分析，除去运行人员承担责任外，还有控制逻辑不完善的因素也是造成事故发生之重要原因。考虑到现场设备结构、电气控制特性进行如下分析：一台运行，母管制分别供给双分离器、双返料器，一台备用，电力拖动依靠软连接实现拖动；双输送管路双风压、风量测量测点；返料风机的结构因素（泄压阀、逆止阀门）；返料风机终止送风事故时，CFB锅炉床温迅速上升，此时床温上升趋势发生时的两侧返料风管风压节点分别为9.6 kPa以下，瞬时风量各为240 m3以下；变频器选用普通型，当发生电压冲击尤其是欠电压时，运行控制变频器保护动作，需要人员到变频器上手动复位，才能重新启动。

四、实施控制逻辑的完善建议

1.实施控制逻辑的操作建议。（1）增加风压、风量控制逻辑，同时考虑风压、风量在运行中测点容易误报因素（灰尘堵塞取样点），将双返料器的测点约束为同时满足。（2）加入电机停运状态比逻辑增大判断电机故障因素与运行状态的同时满足逻辑关系。（3）普通变频器不带远传DO复位端子，只能依靠优化控制逻辑完善设备结构，减小影响生产及事故发生扩大的因素。完善后的逻辑关系见图4。

图4 改造后的控制逻辑关系图

2.实施控制逻辑后的变化。（1）在增加两侧风压与10 kPa比较后，两侧风量与250 m3比较后，二选二输出触发量然后任选其一，可以排除单个取压点、风量取样点堵塞误报信号的假信号，增大安全因素。（2）增加停运状态与电机电流与逻辑，增大判断电机是否运行的条件，将风压、风量、电机运行条件任选其一后在和连锁按钮建立关系。（3）综合返料风机的电气、结构、输送的管阀系统，通盘考虑可能发生的设备故障因素，降低运行人员的对设备故障发生后进行事故处理的步骤，同时优化增大检修人员处理设备缺陷的安全因素。（4）将运行返料风机的运行各个状态作为备用风机的连锁启动条件，增加两套连锁按钮，互为连锁、互为备用。

五、启动优化控制后的效果

事实证明，经过优化后的返料风机控制逻辑，在我厂3年里起到了保护及降低事故扩大的优势。2011年3月，我厂正在运行的返料风机由于泄压阀脱落，造成风压泄露，但优化后的控制逻辑在第一时间就将备用风机迅速连锁启动，没有造成事故进一步的扩大。2012年6月，我厂35 kV外线短路，瞬间造成电源欠压，最终波及动力电源，运行中的返料风机保护动作，停止运行，经过优化后的返料风机控制逻辑第一时间将备用风机启动成功，再次为我厂安全生产提供了有力保障。通过上述实践检验，证明对返料风机控制优化改造的措施是可行的。

六、结束语

DCS系统控制策略的优化一直是热控人员研究的一个方向，本文从发生的几例事故中，经过研究分析，结合设备结构、特性分析现场设备运行条件的控制策略，提供了一个角度。