鍋爐長吹灰器控制邏輯分析與優化

魏 霞，劉 波，郭軍強，王貞衛

(1.新疆大學，新疆 烏魯木齊 830047；2.華電新疆發電有限公司烏魯木齊熱電廠，新疆 烏魯木齊 830065)

蒸汽吹灰器因其技術成熟、吹灰用時短、效果好而被火力發電廠廣泛用于清除鍋爐“四管”積灰及結焦。但由于吹灰器，特別是長吹灰器，數量眾多、工作環境較為惡劣，運行中吹灰器本體極易發生卡澀，使其無法正常進、退到位，或出現提升閥長期因高溫蒸汽沖刷產生內漏等缺陷，且因很難被及時發現，可能導致高溫蒸汽長時間對吹鍋爐受熱面管道，最終造成受熱面管道減薄、爆裂等惡性事件。

1 長吹灰器常見故障及其原因

(1) 因長吹灰器本體卡澀造成電機過流，電機熱保護動作，使吹灰器槍管無法正常進、退到位。

長吹灰器在進、退過程中，若槍管長時間受熱產生變形或現場粉塵進入吹灰器減速機傳動導軌造成其進、退不暢，將導致電機過流，電機熱繼電器動作，電機“進”、“退”交流接觸器控制回路斷開，電機失電，長吹灰器槍管將無法直接對吹鍋爐再熱器或過熱器管道。如果運行人員不能及時發現此類缺陷，被吹傷的管道一般在1～2天后將減薄、爆裂，并將吹傷其附近受熱面管道，使事故擴大。

由于長吹灰器布置在水平煙道及尾部受熱面，更換此受熱面管道的工作量非常大，需將鍋爐本體溫度降低到50 ℃后，檢修人員才能進入爐膛搭設檢修平臺，才可進行檢查及消缺工作，一般消缺時間為4～5天。以1臺330 MW機組為例，檢修時間加上停、開機時間，損失電量近3 000萬kW?h，經濟損失近300萬元。

(2) 長吹灰器在進、退過程中因其本體振動較大，引起“退到位”行程開關誤動，使吹灰器槍管無法正常進、退到位。

長吹灰器在進、退過程中，槍管內的高溫蒸汽隨著槍管旋轉運動進入爐膛，引起吹灰器本體振動。特別是在吹灰器進到位開始回退時，因槍管要反向轉動，吹灰器本體振動加劇，可能引起“退到位”行程開關誤動，吹灰器“退”交流接觸器控制回路誤認為吹灰器已到位，控制回路斷開，而吹灰器實際停在中間位置，直接對吹鍋爐受熱面管道。此種現象雖然發生幾率較少，但對鍋爐受熱面管道的破壞程度較(1)中所述更為嚴重，修復時間更長。

(3) 長吹灰器提升閥內漏造成吹灰器退到位后繼續向爐膛噴射高溫蒸汽，造成長吹灰器進口處管道減薄、爆裂。

吹灰器啟動后，長吹灰器提升閥在一定時間內連續通過高溫蒸汽，其運行天數及使用次數達到一定數量后就可能造成提升閥密封面受損，產生閥門內漏。如果泄漏量較小，尚不足以對受熱面產生損壞；但如果泄漏量較大，將會使吹灰器入口處受熱面管道減薄、爆裂。

2 控制邏輯存在的問題

隨著DCS系統的發展，早期基于PLC的吹灰器程控系統的各項功能已逐漸納入機組DCS系統，吹灰器廠家只配套提供吹灰器動力配電柜和接觸器柜。但DCS系統廠家和調試單位對吹灰器本體設備性能了解較少，對吹灰器長期運行過程中可能出現的各類問題及對應的解決辦法不清楚，以致DCS系統所實現的吹灰器控制邏輯過于簡單，無法適應各類異常工況。以華電新疆發電有限公司烏魯木齊熱電廠長吹灰器單體控制邏輯為例，其控制邏輯如圖1所示。

為了簡化編程，DCS系統定義了吹灰器專用邏輯控制塊FB-CHQ。其入口及出口參數為：R1為使能信號，M1為手動啟動信號，A1為程控啟動信號，CBLK為吹灰器閉鎖信號，POUT為吹灰器啟動命令。塊內控制邏輯較為簡單。

從圖1可以看出，長吹灰器單體控制邏輯沒有任何應對異常工況的處理措施，無法適應現場出現的各類異常情況。

另外，設計單位未將長吹灰器“進到位”信號引入DCS系統，只引入長吹灰器“退到位”、“正在進”和“正在退”信號，引入信號不完整，極大地影響了長吹灰器單體設備控制邏輯優化。對于已投運機組，由于重新引入此信號工作量較大，只能通過其他信號的邏輯組合來取代此信號功能。

3 控制邏輯優化及分析

從前面所述的長吹灰器常見故障分析可以發現：長吹灰器的3種常見故障的解決均需要運行人員盡早發現設備缺陷，以減輕高溫蒸汽對受熱面管道的損傷。

對于前2種故障，可通過在吹灰器單體控制邏輯中增加進、退時間判斷報警邏輯來解決。時間是唯一不受外界因素影響的變量，如果在長吹灰器單體控制邏輯中加入進、退時間判斷報警邏輯，可及時、可靠地發現吹灰器槍管進、退不到位缺陷。對于提升閥內漏缺陷，因無法通過常規設計中的信號邏輯組合來判斷，只能通過在提升閥前進汽管道上加裝壁溫測點，并增加泄漏量判斷邏輯來解決。

3.1 長吹灰器“進超時”報警

長吹灰器“進超時”報警的控制邏輯如圖2所示。其中，QD為長吹灰器手動啟動信號，T1為以長吹灰器實際進到位時間為參考設定的“進超時”時間，JFV為“正在退”信號(因無“進到位”信號，只能將“正在退”信號取反后作為“進到位”信號，由“吹灰器進”交流接觸器輔助觸點送來)，MFV為報警復位信號。

當運行人員在DCS系統啟動長吹灰器后，脈沖發生器TP1將產生脈寬為(T1+2) s的脈沖，此脈沖與JFV取反信號作與運算，其結果觸發定時器TON1進行時間累積。如果在T1時間內JFV信號一直為0，即DCS系統在T1時間內未收到長吹灰器“正在退”信號，定時器1動作，RS1觸發器置位，長吹灰器“進超時”報警，提醒運行人員緊急處理。

3.2 長吹灰器“退超時”和“過早退”報警

長吹灰器“退超時”和“過早退”的控制邏輯如圖3所示。其中，TZV為“正在退”信號(由吹灰器“退”交流接觸器輔助觸點送來)，TFV為“退到位”信號(原位行程開關)，T2為以實際退到位時間為參考設定的超時時間，T3為以長吹灰器實際退到位時間為參考設定的吹灰器退到位最小所需時間，MFV為報警復位信號。

當長吹灰器進到位后，吹灰器“退”交流接觸器帶電吸合，吹灰器開始退操作，TZV信號為“1”，RS1觸發器置位并觸發定時器TON1進行時間累積。如果在T2時間內TFV信號一直為0，即DCS系統在T2時間內未收到長吹灰器“退到位”信號，定時器1動作，RS2觸發器置位，長吹灰器“退超時”報警，提醒運行人員緊急處理。

當長吹灰器進到位后，“吹灰器退”交流接觸器帶電吸合，吹灰器開始退操作，TZV信號為“1”，脈沖發生器TP1將產生脈寬為T3s的脈沖，此脈沖與TFV信號執行“與”運算。如果在T3時間段內吹灰器本體設備振動導致“退到位”行程開關誤動后，TFV信號為1，RS2觸發器置位，長吹灰器“過早退”報警，提醒運行人員緊急處理。

MFV為報警手動復位信號。當報警RS2觸發器置位后，點擊復位按鈕，MFV信號為1，產生脈寬為3 s的復位脈沖，使RS2觸發器復位。

需要注意的是定時器預設值T1、T2和T3之間的關系。在鍋爐熱態運行期間測定吹灰器進到位時間為t1，退到位時間為t2，則可?。?/p>

t1+10

3.3 提升閥內漏缺陷判斷及泄漏量判斷邏輯

判斷提升閥內漏缺陷較為簡單的辦法是，在長吹灰器退到位后，用便攜式測溫槍檢測提升閥后的管道溫度。由于長吹灰器數量眾多，采用此種方法將大大增加運行人員的勞動強度，因此可通過監測提升閥進汽管道壁溫來判斷提升閥是否內漏。

在長吹灰器提升閥進口蒸汽管道上加裝管道壁溫測點，并將其引入DCS系統。當長吹灰器正常退到位后，提升閥將在壓桿作用下關閉。如果提升閥無內漏缺陷，在提升閥關閉一定時間后，管壁溫度將持續下降；如果有內漏缺陷，管壁溫度將保持不變或下降趨勢不明顯(按內漏量大小而定)。通過此原理可判斷提升閥是否內漏，但每臺吹灰器實際的管壁溫度下降趨勢不同，需要逐臺測定。管道壁溫測點安裝如圖4所示。

4 試驗結果

在鍋爐熱態工況下，選擇處于不同位置的6臺長吹灰器、6臺半長吹在器進行試驗，方法如下。

(1) 在吹灰器進過程中，將其就地控制箱內的控制回路空氣開關斷開，模擬電機熱保護動作斷開“吹灰器進”接觸器控制回路故障。在到達“進超時”定時器設定值后，若操作員站發出“吹灰器進超時”報警，則試驗結果符合改造要求。

(2) 在吹灰器退過程中，將“退到位”行程開關撥回，模擬吹灰器“退到位”行程開關因本體設備振動誤發故障。若“退到位”信號在指定時間段內出現，操作員站發出“吹灰器早到位”報警，則試驗結果符合改造要求。

(3) 在吹灰器退過程中，將就地控制箱內的吹灰器控制回路空氣開關斷開，模擬電機熱保護動作斷開“吹灰器退”接觸器控制回路故障。在到達“退超時”定時器設定值后，若操作員站發出“吹灰器退超時”報警，則試驗結果符合改造要求。

(4) 在吹灰器退到位后，將提升閥前蒸汽管道壁溫取樣模擬為蒸汽溫度正常值，這就模擬了提升閥內漏故障。當到達“提升閥內漏”定時器設定值后，若操作員站發出“提升閥內漏”報警，則試驗結果符合改造要求。

1 柳成亮．鍋爐吹灰器吹傷受熱面管排的綜合治理[J]．山西電力，2002(3)：6-8.

2 陳治龍．吹灰器故障對鍋爐設備的影響及改進措施[J]．華東電力，2002(9)：67-68.

3 鄧亞軍．電站鍋爐吹灰器運行現狀及性能比較[J]．四川電力技術，2003(3)：22-24.

4 陳 建．吹灰器未退回無報警的處理[J]．電力安全技術，2006，8(8)：48.