660 MW燃煤机组给煤机称重稳定性差的原因分析及处理

引言

目前,随着现代大型燃煤火力发电机组的装机容量越来越大,现代大型燃煤火力发电机组每天消耗的燃煤量也逐步增加,而称重式给煤机作为燃煤输送、称重及调节自动化的重要辅助设备,其稳定可靠性、称重计量准确性对机组的安全经济运行及燃煤耗量数据分析具有重要意义。

某厂采用的是徐州赛摩FH—05给煤机,自机组调试以来,给煤机一直存在称重偏差大、称重长期稳定性差、称重大幅漂移等问题[1],导致给煤机自动无法投入,严重影响了机组协调控制系统的投入及调节品质。经过现场专业人员长时间的摸索分析研究,查找出了其根源所在并彻底改进后解决了问题,目前整个给煤机系统运行正常。

1工作原理

徐州赛摩FH—05耐压称重给煤机是能对通过皮带上的物料进行连续自动称重计量并对流量加以控制的一种输送设备,其称量和控制过程连续和自动进行,通常不需要操作人员的干预就可以完成设备启停、称重计量及流量控制等一系列工作。其工作原理如下:当来自原煤仓的物料通过给煤机输送皮带时,安装在皮带上的称重桥架就会对其进行重量载荷信号检测,同时装于尾轮的测速传感器对皮带进行速度信号检测,载荷信号及速度信号一同被送入积算器中进行处理并在积算器的面板上显示瞬时流量及累计量[2]。并且积算器还将实测的瞬时流量值与DCS给的设定流量值进行比较,再根据偏差大小通过PID调节输出相应的控制信号,提供给变频器来改变输送带电机转速,以动态调节皮带速度,使得瞬时流量值与设定流量值一致,从而完成恒定给料流量的控制,保证磨煤机的连续、均匀、定量给煤。其基本原理公式如下:

2称重影响因素及原因分析

自机组调试以来,发现某厂采用的12台徐州赛摩FH—05给煤机均不同程度地存在称重严重漂移、转速和称重值不匹配、称重稳定性差等问题。具体表现为:

1)当给煤机保持转速不变时,给煤机称重值存在上下漂移问题,与机组实际运行情况不相符,并带有周期性。

2)当给煤机投入自动后,在相同转速且煤种不变情况下,给煤机称重值上下波动且不成比例,甚至出现DCS显示的给煤量自行上涨的情况。

3)给煤机无论是在手动还是自动状态,同一工况及同煤量情况下,各台给煤机称重值和转速值均不相同,偏差较大,远超合理范围。

4)在给煤机进行重新标定及短时间内启停后,给煤机称重值会发生较大变化,零点漂移较大(达到—37%~—18%),稳定性极差。

5)在机组投入协调运行时,给煤机称重反馈煤量与机组负荷所需煤量不匹配,不具有可调节性,导致水煤比失调,主汽压力、温度控制品质差,机组经济性无法评估。

2.1给煤机称重测量系统的检查及分析

为了解决给煤机存在的以上问题,技术人员一开始分析认为给煤机称重测量装置应该存在问题,从而引起称重值不准确、不稳定。故首先从给煤机测量原理上开始逐一分析原因并排查。从式(1)可以分析,转速信号U及称重信号W是影响给煤机称重是否准确的主要因素,任一个因素发生变化或出现偏差,在经过积算器的演算后均可能导致称重不准。为此,主要从以下方面着手分析、处理:

1)转速测量不稳定问题。根据给煤机运行时呈现出转速不变而煤量波动或同煤量不同转速的现象,首先怀疑转速测量存在偏差或波动大,从而导致测量不准。经现场检查发现,多台给煤机的转速探头确实存在安装支架松动的情况,运行时转速有跳变现象.经全面排查并紧固探头后,转速跳变的现象消失,转速稳定性变好,但转速波动大的现象依然存在,问题未得到有效解决.

2)称重测量不准确问题.徐州赛摩给煤机采用两只vishay3410的称重传感器,其可将0~100 kg的称重信号转化成0~10 mv的电压信号,两者平均后参与称重计算.当称重传感器其中一只或两只故障发生变化时,称重电压值发生变化,必然会引起实际煤量的波动.为排除称重传感器问题,现场测量了传感器各信号线之间的阻值及电压值,均在正常范围,在更换新传感器、更换高精度称重传感器及调换其他给煤机的传感器后,波动现象仍存在,问题依然存在.

3)积算器、变频器问题.积算器作为接收DCS指令、现场转速信号和称重信号后最终进行演算并输出控制信号的装置,如果积算器内部演算逻辑不完善或装置本身接收、输出信号异常也会导致煤量不准或控制不精准,而且从故障现象分析也需进一步排除积算器内部计算是否输出正常.为此,采取将积算器更换为成熟的旧批次产品及在各给煤机之间互相调换积算器的方式进行比对,并分别在试验台和现场给煤机上进行静态试验比对的方法.比对结果发现,在模拟同样称重载荷的情况下,试验台的积算器显示值未发生变化,而现场停运给煤机上的积算器显示值则出现了波动并带有规律性,从而排除了积算器问题,问题根源应该还是存在于现场设备中.

4)屏蔽干扰因素影响。由于给煤机的转速信号、称重信号及控制指令都为弱电信号,对现场强电磁干扰的屏蔽要求较高,为此重点对给煤机控制柜与转速、称重传感器之间的信号单端屏蔽进行仔细排查。经检查,转速信号电缆满足单端接地要求,但称重信号电缆存在共用一根电缆且与驱动电机电源线并列布置的问题,经采取分开信号电缆及独立布置电缆走向等措施彻底排除屏蔽干扰导致的因素,但问题依然未解决。

2.2给煤机本体结构因素的排查及分析

经过以上多方面排查后,已基本确认给煤机测量、检测信号及控制装置均正常,排除了给煤机称重测量系统的问题,明确了问题根源应该来自于现场设备。结合12台给煤机所出现的问题具有普遍共性这一特点,说明称重稳定性差问题应该与给煤机结构存在联系。会同厂家对给煤机结构图纸进行分析,发现此类给煤机为适应侧煤仓布置的要求,在整体结构上有所创新,其总体框架长度相对常规布置的给煤机尺寸要短小,进出落料口距离较短,为此在托辊、称重桥架两个方面进行了较大改进[3],因此,逐一分析其对给煤机称重稳定性产生影响的可能性。

1)托辊影响。设备厂家为防止给煤机皮带跑偏影响称重测量,在称重托辊及前后7根辅助托辊上均设计有凹槽,其宽度正好与皮带上的凸筋相配套,主要用于辅助纠偏。但现场检查发现,所有给煤机称重托辊及辅助托辊均有较明显的碰磨痕迹,且越靠近称重托辊越明显。这说明给煤机运行时,皮带存在跑偏甚至脱离托辊凹槽的问题,从而使得称重装置受力发生变化,尤其当某处皮带脱离凹槽后,皮带凸筋会导致皮带在称重托辊前后处于非同一水平状态,当煤量发生变化时不能被准确测量,进一步影响了称重测量。

2)称重桥架影响。现场给煤机的称重传感器与称重桥架一体化安装在支撑板上,支撑板下方焊接三组支撑架用于加固,整个称重桥架通过焊接与给煤机本体相连。现场检查发现,整个称重桥架与前后托辊的支撑板焊接工艺不良,且支撑板厚度不足,使得整体结构支撑强度不足,容易变形。同时注意到在安装称重传感器及侧板门时,固定力稍微增加,称重信号会存在波动、零点漂移。结合给煤机短期运行且在煤量变化时煤量波动尤其明显这一现象,分析认为是称重桥架的刚性不足导致在煤量较大、称重桥架受力较大情况下,整个称重桥架发生轻微变形弯曲,使得托辊垂直受力方向发生改变,进而影响了称重传感器测量电压值变化,最终导致煤量波动。

3改进措施及效果

根据以上分析,为彻底解决给煤机称重稳定性差问题,保证给煤机的称重准确性及长期稳定可靠,决定针对给煤机目前存在的问题进行处理,并采取了针对性措施。

1)加固转速探头。每台给煤机的转速探头增加安装一个足够强度的L型支架,使得转速探头与电机输出轴始终保持同心,保证转速探头长期稳定不松动,转速测量稳定性得到保证。

2)增加独立屏蔽电缆。称重信号属于弱电信号,在电缆重新独立分开布置的同时,信号电缆及屏蔽电缆做了单独接地,远离电机及动力电缆,防止强信号干扰,提高信号稳定可靠性。

3)更换新型托辊。重新设计、改进称重托辊和纠偏托辊,使托辊凹槽宽度比皮带凸筋稍宽1 cm左右,使得皮带可在正常范围内活动而不影响称重测量,同时合理调整皮带头尾两端的纠偏装置,减小了皮带跑偏程度,解决了皮带跑偏严重甚至脱离托辊凹槽而影响称重测量的问题。

4)改进称重桥架。鉴于整个称重桥架存在刚性强度不足问题,主要采取了两个措施:一是在前后辅助托辊处,利用#8角钢制作4根拉筋固定在给煤机本体,并采用焊接连接板的方式来增加整个支撑板强度;二是将称重桥架独立分开布置,采用强度更大的基座式安装方式,完全避免其与给煤机侧板门、辅助支撑等其他受力部位相连,确保其不受外力影响。通过重新对整个支撑结构进行优化加固,彻底解决了称重桥架强度不足的问题。

最终通过逐一实施改进措施并试验对比发现,给煤机称重稳定性差与给煤机结构形式密切相关,根本原因在于给煤机托辊设计不合理,称重桥架强度不足。之后对所有给煤机逐台实施改进,观察运行情况(图1),稳定性差问题得到彻底解决。

4 结束语

在实际工程应用中 ,导致给煤机称重不准确、稳 定性差的原因是多方面的 ,不仅受传感器、测量系统 的稳定、精确性影响 ,而且与给煤机结构设计的合理 性也有较大关系 。给煤机本体设计要综合考虑托辊 结构形式、本体强度等对称重系统产生的影响 , 因为 其往往是直接影响称重系统准确测量的根本原因 , 并且这在实际应用中往往是不易察觉或易被忽视的 问题。本文通过分析影响给煤机称重测量准确性、稳 定性的几个因素并逐一排查问题 ,最终找到了根本 原因 ,为处理给煤机类似问题提供了案例 ,具有较强 的参考意义。