电站锅炉控制系统方面的检验研究

电站锅炉控制系统方面的检验研究

王金富 刘兵

青岛市特种设备检验研究院 山东 青岛 266041 摘要：本文对电站锅炉检验要点进行了分析，并结合实际案例，以锅炉燃烧控制系统为例，对系统检验的内容、存在问题、改进措施加以阐述，最后总结投运效果。通过 10%负荷扰动试验与故障试验表明，各项控制指标均可满足机组运行要求，系统运行更加稳定可靠，有效促进锅炉效率提升，降低 NOx排放。

关键词：电站锅炉；燃烧控制系统；检验方法

引言：当前经济飞速发展，对电力需求不断增加。在火电厂中电站锅炉作为三大设备之一，其运行状态对锅炉安全具有较大影响。对此，应定期对锅炉控制系统进行检验和试验。经过检验可知，部分企业过度追求经济效益，忽视锅炉运行情况，由此引发安全事故。可见，管理者应针对检验出的问题及时采取有效改进措施，在维护锅炉安全运行的前提下，促进电站经济效益提升。

1 电站锅炉检验要点

锅炉属于电站运行中的关键设备之一，为保证设备运行效率应定期进行检验，对锅炉安全与节能性进行验证，包括外部检验、内部检验与水压试验等。其中外部检验应每年开展一次，采用资料审查、宏观抽查等方式，判断炉体相关资料是否完整，重点对新增与变更位置进行检查。内部检查可每两年开展一次，首次检验在锅炉运行1年后开展，可与检修同期实施。在移装锅炉投运前或停运1年以上复用前均要开展内部检验与水压试验。内部检验包括锅炉各受热面、主闸门、减温器、主连接管道等方面，部分锅炉受结构影响无法实施内部检验，应每3年检验一次，且有计划、有方案的开展，对不同使用阶段做好安全检测工作，在现场检验后，根据检验结果由专业人员进行缺陷处理与整改，确保锅炉各项指标与规定相符，能够安全稳定的投入运行^[1]。

2 电站锅炉控制系统检验方法

电站锅炉的控制系统较多，如液位控制、主汽压力、温度控制、燃烧控制等等，本文以燃烧控制系统为例，该系统为锅炉系统中的重要子系统，对热力过程自动化具有较大影响。以中储式电站燃煤锅炉为例，燃烧控制是电站过程控制的重难点所在，确保锅炉运行效率与稳定性最佳十分关键。以某电厂3号机组燃烧控制系统为例，以热量信号为锅炉燃料量，通过系统检验发掘存在的问题。为满足锅炉工艺运行要求，针对该系统的检验方法与改进措施进行研究，具体内容如下。

2.1系统检验

该系统检验结果关系到锅炉能否正常运行，根据锅炉检验规则可知，电站应定期对燃烧控制系统与相关项目进行检验，判断保护装置设置能否满足安全技术监察要求；检验联锁保护投退记录，是否满足规定要求；在锅炉运行中联锁保护能否灵活退出；检验安全保护装置各项指标能否满足规定；对燃烧系统与设备进行抽查，判断其能否正常运转；余热锅炉尚未涉及该系统，燃烧系统大多能够正常运行，否则锅炉将陷入瘫痪，影响企业效益。在系统检验中，与主汽和液位系统相比，燃烧系统检验更为复杂。究其原因，主要是系统中部分项目与锅炉运行关系最为紧密，这便意识着燃烧系统与企业效益相关。在技术人员监控运行中，应对该系统投入更多精力，在发现问题后及时申报，由相关部门及时处理，确保锅炉正常运转，为检验工作带来更多便利。

在本厂检验过程中，重视燃料量、送风量等项目，还要重视锅炉运行的细枝末节，如火焰、烟温等等，主要包括：一是煤粉在线监测，磨煤机各支管中煤粉流量与浓度；二是风量监测，机组入口一次风、二次风测量，科学掌控一、二次风比例，促进燃料着火与燃尽，使炉内温度分布均衡，抑制NOx生成；三是飞灰在线检测，测量空预器烟道飞灰含碳量，掌握内部燃烧程度。大量事实证明，在检查中大多数烟温测点有不同程度的损坏，火焰检测误差也在所难免，可通过摄像头监视炉膛内火焰，与火焰监控界面相比，炉膛火焰监视画面更加直观，在监测探头失灵或受损时，企业应及时整改，确保锅炉运行安全^[2]。

2.2存在问题

通过对燃烧系统全面检验与分析，发现该系统调试和运行中存在以下问题。

1. 热量信号虽可准确体现锅炉负荷，但具有滞后性，无法充分满足机组负荷协调控制要求，尤其是在辅机故障后，锅炉负荷更是很难准确快速到位；

2. 采用四台给粉机转速相平衡，在给粉机开启或暂停中，转速控制回路无法保障自身平衡，对锅炉负荷稳定产生不良影响；

3. 在磨煤机开启和停机期间，三次风变化对二次风量、锅炉负荷产生较大干扰，在系统设计时便未重点考虑；

4. 锅炉负荷指令、风量指令均可通过相互对比形成，受测量等因素影响，二者间无定量关系，很难使煤、风配比达到最佳状态。

2.3改进措施

针对检验出的上述问题，针对该厂3号机组开展大量试验。根据研究决定采取以下改进措施。一是对锅炉负荷指令经过多级惯性环节进行PD运算，形成负荷校正回路；通过函数转变为与负荷相对应的平均转速指令，以比例、微分前馈的方式作用到转速控制回路中，实现快速调节。上述措施可有效弥补负荷响应速度慢的缺陷，维护锅炉负荷稳定性；二是增加转速控制回路，利用16台粉机转速相平衡，可克服在粉机开启与停机期间对锅炉负荷产生的不良影响；三是为避免磨煤机运行中三次风对负荷产生的干扰，可通过偏置回路自动校正前馈执政的方式实现；四是锅炉负荷指令经过惯性与微分运算后，形成燃料量指令、风量指令，可严格遵循负荷运行中先增风后增粉、先减粉后减风的原则。

2.4应用效果

通过上述改进措施应用，在多次试验调整后，将系统正式投入运行，通过10%负荷扰动试验与故障试验表明，各项控制指标均可满足机组运行要求，系统运行更加稳定可靠，有效促进锅炉效率提升，降低NOx排放，具体应用效果如下。

2.4.1煤粉浓度、速度检验结果

在线对煤粉浓度与速度等数值进行测量，将测量结果作为各磨一次风煤粉调整的依据，技术人员通过监控画面更加直观的监测各风管的风速、煤粉浓度，为运行调整提供便利。通过试验对比，使煤粉流速与浓度精度均达到±5%。同时，利用PFS对磨煤机中不同粉管多工况、相同速度下进行取样，用电子天平称重得出各粉管煤粉重量，将其处理后计算出不同粉管的相对浓度，并与煤粉浓度值在线对比分析。根据检验结果可知，在线测量与取样结果接近相同，符合规定要求。

2.4.2飞灰含碳量检验结果

飞灰含碳量检验装置在稳定运行一段时间后，实时测量值与实验数值偏差不超过0.5%，可为机组运行提供稳定可靠的数据支持。通过实验数据与实际值对比可知，飞灰含碳量的误差不超过0.5%，可真实体现反应机组燃烧情况，为提高机组燃烧效率，降低MOx水平提供准确可靠的数据支持^[3]。

2.4.3煤粉均衡分配结果

在机组运行中尝试着调节各煤粉管道中平衡阀的角度，观察煤粉质量流速、风速的变化，煤粉分配结果如下。一是热态对煤粉流速的调整，调整前流速均值分别为24.9、30.6、29.6、26.3、28.4m/s；调整后流速均值分别为26.6、28.4、27.5、26.3、28.4m/s；二是煤粉浓度分配的调整，调整前浓度均值分别为26.6、20.4、17.3、20.3、15.8%；调整后浓度均值分别为22.7、22.6、20.4、20.4、16.5%。根据分配结果可知，通过调整不同煤粉管道中煤粉浓度偏差，使差值得以减小，为煤粉均衡燃烧创造有利条件。

结论：综上所述，在现代化工业飞速发展下，电站锅炉数量不断增加，为保障企业经济效益与社会安定，应定期组织锅炉检验。在燃烧控制系统检验中，应做好煤粉在线监测、风量监测、飞灰在线监测工作，实时掌握控制系统运行情况，作为检验人员应了解锅炉运行原理，在安全技术规范指导下，预测各类事故发生可能性，有效杜绝安全隐患，避免事故发生，延长设备使用寿命，减少资源浪费与污染物排放，促进电站的长久稳健发展。

参考文献：

[1]何楠.过程控制技术在电站锅炉中的应用研究[J].赢未来,2019,000(011):0319-0319.

[2]邓辉宇.发电厂锅炉承压管道检测机器人控制系统研究[D].上海交通大学,2020.

[3]么利中.中储式电站燃煤锅炉燃烧控制系统的应用研究[J].山西电力,2020,000(005):8-10.

作者简介：王金富（1976.6.24）；性别：男，民族：汉族 籍贯：山东省青岛市，学历：本科，毕业于佳木斯大学；现有职称：中级工程师；研究方向：锅炉技术及锅炉检验。