燃煤電廠除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)分析

林美華

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

結(jié)合實(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國很多燃煤電廠在除塵設(shè)備維護(hù)方面存在不足，如維護(hù)計(jì)劃制定不合理、欠維護(hù)或過維護(hù)、除塵設(shè)備狀態(tài)不可控等，該類情況導(dǎo)致燃煤電廠除塵設(shè)備故障頻發(fā)，相應(yīng)環(huán)保、安全問題也隨之產(chǎn)生。為盡可能解決相關(guān)問題，該文圍繞燃煤電廠除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)開展具體研究。

1 燃煤電廠除塵設(shè)備維護(hù)現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)狀分析

對(duì)燃煤電廠來說，長期運(yùn)行設(shè)備引發(fā)故障的過程較為漫長，這就使傳統(tǒng)監(jiān)測手段在故障提前預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)測方面存在不足，為解決相關(guān)問題，可通過最新技術(shù)開展設(shè)備預(yù)警建模，通過對(duì)比分析歸檔數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算明確偏差，保證設(shè)備故障預(yù)警及時(shí)發(fā)出，同時(shí)以微信、短信、聲光報(bào)警等方式傳遞預(yù)警信息，基于接收的信息，備件庫可及時(shí)備件，燃煤電廠設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行將得到保障。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，故障診斷、在線監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用極為關(guān)鍵[1]。

1.2 研究方向

但在長期運(yùn)行過程中，燃煤電廠除塵設(shè)備會(huì)受到操作、煤種、工況等多種因素影響，除塵效率會(huì)在這類影響下降低，為保證除塵設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行，定期檢修維護(hù)工作極為關(guān)鍵?，F(xiàn)階段我國設(shè)備故障診斷及狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展極為迅速，相關(guān)探索在火電領(lǐng)域同樣大量存在。對(duì)燃煤電廠系統(tǒng)來說，其本身由多種系統(tǒng)組合構(gòu)成，煙氣凈化系統(tǒng)同時(shí)包括脫硫、脫硝、除塵等系統(tǒng)。對(duì)電側(cè)設(shè)備的監(jiān)測在我國各地燃煤電廠較為普遍，但作為煙氣凈化系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，除塵設(shè)備的監(jiān)測受關(guān)注程度并不高，為填補(bǔ)市場空白，保證燃煤電廠粉塵排放穩(wěn)定且達(dá)標(biāo)，必須做好除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)[2]。

2 除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1 基該設(shè)計(jì)

預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體分析了除塵設(shè)備的維護(hù)需求，并從系統(tǒng)的功能以及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)兩個(gè)層面對(duì)其予以優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

該文設(shè)計(jì)的除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)如圖1 所示，系統(tǒng)功能可從三方面進(jìn)行探討：第一，數(shù)據(jù)采集。電廠鍋爐側(cè)工況數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取由SISPI 負(fù)責(zé)，靜電除塵器上位機(jī)由OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，以GPS 時(shí)鐘或機(jī)組DCS 時(shí)鐘為兩路數(shù)據(jù)基準(zhǔn)，通過物聯(lián)網(wǎng)VPDN 進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，分析平臺(tái)接收數(shù)據(jù)后基于時(shí)間序列進(jìn)行存儲(chǔ)；第二，數(shù)據(jù)分析。結(jié)合燃煤電廠除塵設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于過負(fù)載模型和機(jī)械劣化模型對(duì)灰斗、振打器、加熱器、高壓變壓器等進(jìn)行計(jì)算，單設(shè)備的老化分析、壽命分析、通流能力分析、負(fù)荷能力分析可由此完成；第三，檢修維護(hù)策略。檢修專家知識(shí)庫設(shè)置、維護(hù)策略制定可結(jié)合不同設(shè)備異常狀態(tài)開展，順利實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常排查，運(yùn)行檢修人員采取行動(dòng)措施的及時(shí)性也將大幅提升，可有效規(guī)避設(shè)備故障引發(fā)的停爐檢修問題。在除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)支持下，可得到始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)的除塵設(shè)備，基于生命周期的相關(guān)備品備件管理也能夠順利開展[3]。

圖1 除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)功能

2.1.2 系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的采用的技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，工藝及設(shè)備。研究涉及的燃煤電廠電除塵器由機(jī)械和電氣兩部分組成，電氣部分涉及低壓控制系統(tǒng)和高壓直流電源裝置，高電壓能夠使極間的氣體產(chǎn)生電離，運(yùn)動(dòng)過程中的離子和粉塵相碰撞，電場力作用下帶上電荷的粉塵移動(dòng)至收塵極，粉塵收集由此完成，燃煤電廠氣體除塵需要能夠順利滿足；第二，預(yù)測性維護(hù)模型?；叶范禄?、絕緣子破裂、振打失靈、陰極線斷線均屬于常見的靜電除塵設(shè)備故障，該文研究的預(yù)測性維護(hù)模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)這類典型故障的預(yù)測。圖2 為除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的電場短路判斷邏輯。結(jié)合圖2 進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)綜合考慮關(guān)聯(lián)分析、同比分析、環(huán)比分析、預(yù)警閾值、運(yùn)行時(shí)長、檢修時(shí)間、故障信息完成了預(yù)測性維護(hù)模型算法設(shè)計(jì)，除塵設(shè)備的狀態(tài)檢修輔助決策及在線預(yù)警得以實(shí)現(xiàn)[4]。

圖2 電場短路判斷邏輯示意圖

2.2 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)是通過對(duì)除塵設(shè)備隱患故障趨勢的精準(zhǔn)預(yù)判，對(duì)其實(shí)施保養(yǎng)，以此延長除塵設(shè)備使用年限。其中在系統(tǒng)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)階段，可依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開展，逐步淘汰單一數(shù)據(jù)專項(xiàng)分析、被動(dòng)處理的除塵設(shè)備維修，單純反饋設(shè)備狀態(tài)、基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)防性維修也需要同時(shí)淘汰，因此細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)聚焦燃煤電廠除塵設(shè)備的大數(shù)據(jù)綜合分析、設(shè)備維修主動(dòng)管控、基于數(shù)據(jù)的預(yù)防性維修，進(jìn)而提供高可行性的解決方案，全生命周期的監(jiān)測、診斷需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)。在預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，具體可從軟硬件配備上，為其創(chuàng)造對(duì)應(yīng)的實(shí)踐應(yīng)用條件。在硬件設(shè)施布置階段，需要設(shè)置性能優(yōu)良的服務(wù)器設(shè)施與計(jì)算機(jī)平臺(tái)以及傳感器、監(jiān)控器等。而在軟件設(shè)計(jì)上，應(yīng)聚焦遠(yuǎn)程監(jiān)測、智能故障診斷、大數(shù)據(jù)性能預(yù)測等方面的創(chuàng)新，利用監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)掌握除塵設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和健康狀態(tài)，進(jìn)而為智能化的除塵設(shè)備維護(hù)、管理提供支持。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)支持下，對(duì)除塵設(shè)備的監(jiān)測和診斷要設(shè)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視、自動(dòng)化的故障診斷、報(bào)警、統(tǒng)計(jì)。通過對(duì)故障數(shù)據(jù)的查看、追溯、統(tǒng)計(jì)，可明確除塵設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和可靠性，維修和養(yǎng)護(hù)工作自然能夠更好開展。

此外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，還可以使用在線監(jiān)測診斷和應(yīng)力波分析方法，基于在線監(jiān)測診斷，可實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，高效通信網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)傳感器需要在除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)中得到充分應(yīng)用，為保證測量和分析工作的實(shí)時(shí)、連續(xù)推進(jìn)，還需要應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在技術(shù)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力支持下，對(duì)比除塵設(shè)備健康狀態(tài)下數(shù)據(jù)和監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，除塵設(shè)備的故障發(fā)生規(guī)律可由此識(shí)別、解讀、模擬，除塵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)判斷、最佳維護(hù)時(shí)機(jī)輔助決策、各部件使用壽命預(yù)測均可順利實(shí)現(xiàn)。關(guān)于除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)需要充分結(jié)合除塵設(shè)備特點(diǎn)和燃煤電廠運(yùn)行及管理實(shí)際情況，這關(guān)系著系統(tǒng)價(jià)值能否充分發(fā)揮；應(yīng)力波分析技術(shù)能夠較好服務(wù)于燃煤電廠除塵設(shè)備監(jiān)測，該技術(shù)能夠充分結(jié)合除塵設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，解決以往監(jiān)測診斷工作面臨的一系列難點(diǎn)。作為超聲波能量脈沖，應(yīng)力波能夠?qū)Τ龎m設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的沖擊和摩擦完成信號(hào)采集，基于處理、分析信號(hào)獲取的頻率、能量、直方圖等數(shù)據(jù)，即可完成除塵設(shè)備的故障和狀態(tài)分析。應(yīng)力波技術(shù)在除塵設(shè)備中的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)故障寬度和深度的分辨，振動(dòng)對(duì)這一分辨過程造成的影響能夠降到最低，除塵設(shè)備沖擊和摩擦可基于應(yīng)力波能量圖實(shí)現(xiàn)量化展示，能夠直觀展示源于二者產(chǎn)生的應(yīng)力波能量以及除塵設(shè)備動(dòng)態(tài)化的內(nèi)部變化。直方圖能夠?qū)Τ龎m設(shè)備存在的污染等非周期事件進(jìn)行監(jiān)測，利用FFT 頻譜可實(shí)現(xiàn)除塵設(shè)備故障的具體定位，這種定位能夠精確到具體部件。通過貫徹新型維護(hù)保障理念，應(yīng)力波技術(shù)在除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵設(shè)備早期故障特征提取，相較于傳統(tǒng)技術(shù)，應(yīng)力波技術(shù)能夠在除塵設(shè)備實(shí)際損壞后及時(shí)捕捉突變狀態(tài)，同時(shí)完成的除塵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)預(yù)判能夠在傳統(tǒng)技術(shù)完成故障診斷前給出，真正改變除塵設(shè)備傳統(tǒng)檢修思路，狀態(tài)檢修將真正逐步取代定期檢修。

例如某發(fā)電廠在實(shí)現(xiàn)除塵設(shè)備高效運(yùn)行目標(biāo)時(shí)，專門從下述三個(gè)方面，打造良好的維護(hù)環(huán)境。第一，推進(jìn)電改袋式除塵技術(shù)，增加設(shè)備人力巡視頻率，隨時(shí)記錄除塵設(shè)備除塵量變化規(guī)律、設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)，結(jié)合記錄信息知曉變化趨勢，而且還在發(fā)電廠限電時(shí)時(shí)，及時(shí)更換出現(xiàn)破損或使用年限較長的除塵布袋；第二，組建技術(shù)組，專門對(duì)預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用流程以及應(yīng)用效果進(jìn)行調(diào)研，并利用漏焊智能監(jiān)測裝置，對(duì)除塵設(shè)備上漏焊處進(jìn)行有效補(bǔ)焊，借此抑制除塵設(shè)備低效運(yùn)行；第三，對(duì)發(fā)電廠中使用的鍋爐設(shè)備的返煙現(xiàn)象予以解決，經(jīng)過風(fēng)機(jī)頻率與吹掃頻率的控制，促使煙氣處于可控狀態(tài)，及時(shí)對(duì)反煙后的煙氣予以回收，最終確保該發(fā)電廠在預(yù)測性維護(hù)計(jì)劃執(zhí)行階段，始終處于煙氣合理清除環(huán)節(jié)，維護(hù)了發(fā)電廠發(fā)電項(xiàng)目的生態(tài)性價(jià)值。

由于袋式除塵設(shè)備在日常運(yùn)行期間，其風(fēng)量、清灰效果、濾袋通暢性以及粉塵回收密封性均影響除塵效率。所以，在設(shè)計(jì)預(yù)測性系統(tǒng)時(shí)，于發(fā)電廠除塵設(shè)備周邊增設(shè)風(fēng)量傳感器與風(fēng)力傳感器、智能監(jiān)控系統(tǒng)，在一體化設(shè)計(jì)中知曉除塵設(shè)備是否存在隱患問題，借此達(dá)到合理預(yù)判故障目的。

2.3 應(yīng)用過程

在除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，需要聚焦硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)部署，以此保證系統(tǒng)能夠更好地服務(wù)于燃煤電廠，主要涉及數(shù)據(jù)采集箱、傳感器、分析軟件，需要在除塵設(shè)備上布置傳感器，收集相關(guān)信息，監(jiān)測現(xiàn)場就近布置數(shù)據(jù)采集箱，對(duì)多個(gè)傳感器的監(jiān)測信息進(jìn)行匯聚和處理，在控制室部署分析軟件，對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)采集箱提供的設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進(jìn)行診斷、分析及處理。在傳感器的部署過程中，須保證傳感器測點(diǎn)選擇兼顧安裝方便、信息采集可靠穩(wěn)定、便于后續(xù)維護(hù)等要求，具體選擇夾持安裝傳感器的方式，傳感器安裝位置在安裝前須結(jié)合螺栓尺寸確定，并做好打孔、固定處理，以此在夾持底座上安裝傳感器。結(jié)合工況實(shí)際，可局部調(diào)整傳感器位置，以此實(shí)現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量改善；在軟件及網(wǎng)絡(luò)的部署方面，須做好分析軟件、除塵設(shè)備監(jiān)測與診斷平臺(tái)的設(shè)計(jì)，應(yīng)在大數(shù)據(jù)中心布置除塵設(shè)備監(jiān)測與診斷平臺(tái)，采用私有云方式建設(shè)除塵設(shè)備監(jiān)測與診斷平臺(tái)，通過獨(dú)享宿主機(jī)資源，除塵設(shè)備監(jiān)測與診斷平臺(tái)能夠滿足安全、獨(dú)享、合規(guī)需求，多副本冗余方式的數(shù)據(jù)規(guī)避數(shù)據(jù)單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可提供遷移、監(jiān)控、恢復(fù)、備份、容災(zāi)等數(shù)據(jù)庫運(yùn)維方案，順利實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的部署、擴(kuò)展、管理。在PLC 機(jī)房內(nèi)布置分析軟件，大數(shù)據(jù)中心部署總的集群軟件服務(wù)器?；诜?wù)器/瀏覽器架構(gòu)設(shè)計(jì)，分析軟件可通過網(wǎng)絡(luò)連接通過電腦瀏覽器訪問，同時(shí)可通過手機(jī)App 對(duì)除塵設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。結(jié)合燃煤電廠實(shí)際情況，除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還需要做好網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)須利用已有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)絡(luò)，燃煤電廠提供分析服務(wù)器到除塵設(shè)備監(jiān)測與診斷平臺(tái)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路，以此實(shí)現(xiàn)與分析軟件服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集箱、終端監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)、除塵設(shè)備監(jiān)測與診斷平臺(tái)的連接，最終在燃煤電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)大屏幕上展示除塵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以更好地開展除塵設(shè)備的維護(hù)工作[5]。

2.4 應(yīng)用效果

以某燃煤電廠為例，結(jié)合除塵設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，建設(shè)除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)除塵設(shè)備的短路等故障預(yù)警，并能夠提供建議用于運(yùn)維策略。以基于系統(tǒng)的堵灰故障預(yù)測為例，可得到圖3 所示的堵灰故障預(yù)測特征曲線，由此進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，輸灰管道某一電場隨時(shí)間增加出現(xiàn)火花率逐步增加，同時(shí)存在逐步下降的二次電流、電壓，隨著二次電流、二次電壓為零，短路報(bào)警自動(dòng)發(fā)出。除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)主頁能夠顯示設(shè)備名稱、故障原因、報(bào)警類別、機(jī)組編號(hào)、報(bào)警時(shí)間、設(shè)備狀態(tài)等基本信息，結(jié)合預(yù)警信息，運(yùn)行人員可明確除塵設(shè)備故障情況及出現(xiàn)原因，采用針對(duì)性預(yù)警和處理措施，更好預(yù)防除塵設(shè)備故障。在具體應(yīng)用除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的過程中，該系統(tǒng)具備的VPN、多種通信協(xié)議、數(shù)據(jù)透傳等功能可較好對(duì)接燃煤電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)和第三方信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)對(duì)接可基于OPC、HTTP 等方式實(shí)現(xiàn)，因此未來除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)將逐步參與到燃煤電廠的管理業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)信息整合與集成中，這一過程需要聚焦設(shè)備管理系統(tǒng)與除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接，以此規(guī)避“數(shù)據(jù)孤島”問題，可加快燃煤電廠的生產(chǎn)經(jīng)營一體化進(jìn)程，提升應(yīng)用集成水平。對(duì)燃煤電廠除塵設(shè)備的維護(hù)策略來說，除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)能夠通過比較、定量、統(tǒng)計(jì)分析明確相關(guān)零部件是否需要更換或保養(yǎng)，最佳維護(hù)時(shí)間和內(nèi)容也能夠順利確定，燃煤電廠除塵設(shè)備管理、診斷水平因此大幅提升。

3 結(jié)論

綜上所述，燃煤電廠除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)具備較高的推廣價(jià)值。在此基礎(chǔ)上，該文涉及的基該設(shè)計(jì)、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、應(yīng)用效果等內(nèi)容，則直觀展示了除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)具體構(gòu)成。燃煤電廠除塵設(shè)備近年來不斷升級(jí)，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)也開始用于設(shè)備預(yù)測性維護(hù)，這一現(xiàn)狀必須得到高度重視，為更好地實(shí)現(xiàn)除塵設(shè)備預(yù)測性維護(hù)，應(yīng)結(jié)合“未病先防，即病防變”理念，更深入應(yīng)用智能診斷技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等新型技術(shù)。