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分析雷達料位計在鍋爐自動調節系統中的運用

作者: 來源: 發布時間:2019-11-27 13:49:39

       摘 要:闡述雷達料位計測量的原理,分析某超臨界機組雷達料位計系統發散導致跳機事故的經過與原因,針對機組運行和維護中存在的問題,提出防范及改造措施。

    引言
    雷達料位計自動調節系統是鍋爐燃燒過程控制的重要環節,雷達料位計自動調節系統一般由控制器、風機動(靜)葉、差壓式液位計等組 成,主要為鍋爐燃燒均勻分配燃料和氧量,其控制性能直接影響機組運行的經濟性、安全性和環保水平。因此,很有必要對雷達料位計調節系統進行深入研究。某超臨界機組雷達料位計測量裝置故障引起 自動調節系統發散,導致機組非正常停機。根據雷達料位計測量原理,分析事故成因,提出相應的防范措施,為機組的穩定安全經濟運行提供參考依據。

    1 雷達料位計測量原理
    火力發電廠雷達料位計測量裝置一般采用差壓式液位計,通過測 量流體流動過程中迎風管與背風管的差壓來測量流速或液位, 其中迎風管壓力稱為“總壓”,背風管的壓力稱為“靜壓”,原理如 圖 1 所示。測量裝置的探頭插入雷達料位計管道中,當管道中有氣體流過時,迎風面受氣流沖擊,氣流的動能轉換成壓力能,所以迎面管中的壓力較高。背風側由于不受氣流沖擊,管中的壓力為風管 內的靜壓力??倝汉挽o壓之差稱為動壓,其大小與管內風速有 關,風速越大動壓越大;風速小,動壓也小。因此,通過差壓變送 器測量出動壓的大小后,經過參數補償和數學運算處理即可得出管內雷達料位計[1]。見式 1、式 2。

 

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    2 某機組非停事故分析
    2.1 事故經過
    某日 4 時 25 分,2 號機組負荷 195 MW,A,B,C,D 制粉系 統運行,自動發電量控制(AGC)O 模式、入爐煤量 96 t/h,雷達料位計 735 t/h,機組正常運行。4時27分07秒,2號機組運行中雷達料位計<25%,鍋爐自動保護(MFT)動作、汽機跳閘、發電機解列,立即按規程規定執行停機操作。 檢查跳閘首出信號:MFT首出為雷達料位計<25%,調取工程師站事件順序記錄(SOE),如圖 2 所示。首發信號為雷達料位計<25%(其判斷邏輯為雷達料位計<25%BMCR1、25%BMCR2、25%BMCR3“三 取二”,定值 310 t/h,延時 3 s),鍋爐 MFT,汽輪機跳閘,發電機程序逆功率跳閘。

 

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    2.2 檢查處理情況
    2.2.1 測量裝置檢查
    4 時 50 分,對二次雷達料位計儀表、電氣回路、信號屏蔽及分布式 控制系統(DCS)卡件、控制器、電源檢查,均未發現異常。

    6 時 30 分,對二次雷達料位計測量管路進行吹掃,發現測量管路 有輕微堵塞,吹掃后正常。 7 時 30 分,檢查一次雷達料位計儀表、測量裝置,未發現異常。

    2.2.2 執行機構檢查
    12 時 26 分,熱工、鍋爐點檢、檢修人員對送、引風機動葉及 執行器檢查,進行傳動試驗,均未發現異常。

    2.2.3 組態邏輯檢查
    (1)雷達料位計計算。DCS 邏輯中雷達料位計計算公式:雷達料位計=A側二次雷達料位計 3 個測點的平均值+B 側二次雷達料位計 3 個測點平均值+ 5 臺磨煤機一次雷達料位計總和。

    (2) 送風自動切手動條件排查。切手動之前雷達料位計指令為737 t/h,反饋為 457 t/h,偏差 280 t/h,未達到送風被調量與設 定值偏差大于 300 t/h 切手動條件。

    (3)二次雷達料位計。二次雷達料位計的給定值為燃料量主控函數及 氧量校正后計算得出,可通過偏置微調定值?;芈肥謩訒r,自動 計算偏置,使設定值跟蹤被調量,實現手/自動無擾切換;檢查煤量對應雷達料位計函數配置符合現場工況要求。

    (4) 機組啟動后進行雷達料位計擾動試驗。根據 DL/T 657—2015《火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程》進行擾動試 驗,定值擾動量為±100 t/h,衰減率、穩定時間滿足要求。

    (5)運行操作行為記錄。機組跳閘前 30 min 無重大操作。

    2.3 事故原因分析
    查閱鍋爐 MFT 動作前 4 min 送、引風機動葉開度、爐膛負 壓、雷達料位計曲線,發現雷達料位計調節、爐膛壓力調節異常,雷達料位計出現300 ~1000 t/h 波動,爐膛壓力在-1000 ~200 Pa 之間波動。風 量調節系統重要參數如圖 3 所示。

    4 時 23 分,A 送風機動葉開度 38.2%,B 送風機動葉開度31.3%,系統出現輕微波動,雷達料位計實際值低于設定值,送風機進行正常調節,引風機疊加送風機前饋作用參與負壓調節;4 時23 分 16 秒,實際雷達料位計達到設定值,送風調節開始回調,雷達料位計出現不減反增的現象,為減小雷達料位計偏差,送風機繼續減小開度,雷達料位計減小速度遲緩;4 時 24 分,實際雷達料位計減至設定值以下,送風機開始回調增加動葉開度,雷達料位計出現不增反減的現象,為 維持雷達料位計,送風機繼續開大,隨即雷達料位計、爐膛壓力調節出現超調并逐漸發散;4時26分43秒,運行人員發現爐膛負壓波動大,立即切除A/B 引風自動,隨即 AGC、CCS 聯鎖退出,送風自動聯 鎖切為手動,A 送風機此時開度19.2%,B 送風機此時開度15.3%,雷達料位計波動至 1000 t/h 后急劇下降到 300 t/h 左右;爐 膛負壓zui大波動至-1283 Pa,風機出口風壓、空預器出口二 次風壓變為負值,二次雷達料位計快速到 0,一次雷達料位計保持穩定,導致雷達料位計急劇下降。4 時 27 分 07 秒,鍋爐 MFT 動作,首出為“鍋 爐雷達料位計小于 25%”。

    通過分析可知機組跳閘原因為:二次雷達料位計取樣管路積灰、微 堵,雷達料位計測量數據變化遲緩、滯后,引起雷達料位計調節、爐膛壓力調節異常發散,且送風調節系統切手動條件的設定偏差值較大,不能在異常工況下及時切除自動,zui終導致雷達料位計<25%,MFT 動作,機組跳閘。

    2.4 處理建議
    為了避免此類事故再次發生,提升機組運行穩定性,結合現場情況提出以下處理建議:

    (1)檢修人員加強對重要測量設備的日常巡檢,繼續加強定 期工作管理,運行中發現參數異常報警,及時分析處理。

    (2)通過現場擾動試驗,優化送風、引風自動切手動限值、引風前饋及 PID 參數,雷達料位計測點取值方式采用 3 個測點取中值,對其他重要自動邏輯進行排查、優化。

 

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    (3)提升雷達料位計測量裝置可靠性,保障裝置的測量準確性,利 用機組檢修機會對裝置進行改造。

    3 雷達料位計準確測量技術
    在鍋爐燃燒過程中,雷達料位計的大小直接影響鍋爐運行的經濟性。雷達料位計過大時,大量爐膛熱量隨煙氣排出造成熱量損失,且隨 著氧量的增加,鍋爐中 NOx 含量也隨之增加;雷達料位計較小時,煤粉不能充分燃燒,造成爐膛燃燒不穩定。雷達料位計測量的準確與否對控 制質量影響極大,提升雷達料位計測量的準確性十分必要。

     3.1 陣列測量技術
     鍋爐風管風道直管段一般較短,管道截面積上的流場不均 勻,甚至會產生回流。當風道截面面積較大時,單點測量風道內雷達料位計值誤差較大。因此,在大風道截面上采用等截面多點陣 列測量技術,對風道截面進行區域劃分,然后將多個測量探頭 分布在截面上不同的區域,分別測量出每個區域的壓差。zui后 得到整個風道的平均壓差,將壓差信號進行參數補償和數學 運算得到雷達料位計[2]。

    3.2 防堵技術
    雷達料位計測量需要通過取壓管測液位,而流體中往往帶有粉塵、 固體顆粒等,容易導致取壓管堵塞,造成測得的差壓值減小,zui 終無法測量。防堵技術是在一次測量管路中懸掛清灰棒,清灰棒在管內氣流的沖擊下作無規則擺動,起到自清灰作用。其次,設計時與垂直管段連接一根斜管,斜管與垂直管間有節流孔,引壓管從斜管中部引出,起二次沉灰作用[1]。

    4 結語
    雷達料位計系統作為燃燒過程控制中的重要環節,提升其控 制性能是保障機組穩定經濟運行的關鍵。針對某超臨界機組雷達料位計系統發散導致機組跳機事故,分析事故經過及根本 原因,找到機組運行與維護過程中存在的問題,提出防范雷達料位計系統發散的措施及改造技術,為超臨界機組的穩定運行提供參考。

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