电厂制粉系统的故障诊断与维修策略研究

电厂制粉系统的故障诊断与维修策略研究

魏翔 周杨钦

上海电力股份有限公司吴泾热电厂  200000

摘要：随着电力需求的不断增长，电厂在能源产业中扮演着至关重要的角色，为保证可靠的电力供应和提高电厂的运行效率，在电厂中，制粉系统作为火力发电机组的关键部分之一，负责将煤炭磨碎成煤粉以提供给锅炉燃烧。制粉系统的正常运作对于电厂的生产率、经济性和安全性具有关键影响，然而在实际运行过程中，由于各种原因，制粉系统可能出现多种故障，导致机组效率降低，甚至发生事故，因此对制粉系统的故障诊断与维修策略进行深入研究具有重要的理论意义和实际价值。本文旨在探讨电厂制粉系统中常见的故障现象、诊断方法和维修策略，以便对照实际情况，发现并解决可能的问题，以便在发现问题时能够迅速采取措施，确保系统运行的稳定和可靠。

关键词：电厂；制粉系统；故障诊断；维修策略

1、电厂制粉系统概述

电厂制粉系统作为火力发电机组的关键部分，在电力产业中扮演着至关重要的角色。制粉系统的主要任务是将煤炭磨碎成合适粒度的煤粉，以确保锅炉的高效燃烧。煤粉燃烧时可产生高温高压蒸汽，进而驱动发电机组产生电能。制粉系统对于电厂的生产率、经济性和安全性具有决定性影响。制粉系统的基本原理涉及煤炭被一系列设备破碎、输送，并最终磨成细粉，这一过程需要有效控制煤炭粒度分布、输送速度、煤粉浓度以及出料温度等参数，以维持锅炉燃烧的稳定性。根据统计数据，火力发电厂中制粉系统的消耗电量约占总电量的15%，因此提高制粉系统的磨煤细度、产量和稳定性对降低电厂能耗具有重要意义。制粉系统主要由给煤设备、磨煤设备、石灰石制粉设备、煤粉输送设备、煤粉储存设备以及排放控制设备等组成，具体包括燃料给煤装置、煤磨和磨煤辊、煤粉输送管道、研磨轴承、热风进口、煤粉储存仓等部件。

2、电厂制粉系统的故障诊断方法

2.1、振动分析

振动分析法是一种结合数学计算、信号处理和传感器技术的故障诊断手段，应用于电厂制粉系统故障检测，具有一定的优越性。以磨煤机为例，通常情况下工作时有一定的振动，但当磨煤机处于异常状态下，其振动特征有很大差异，这为故障诊断提供了现实依据。设备上安装振动传感器，以采集振动信号。信号经过傅里叶变换，可以得到设备的振动频谱，进一步通过模态分析，可以理解设备内部共振和振幅等故障特征。以实际案例进行分析，某电厂制粉系统中选择检测磨煤机230频率域的振动数据，正常状况下，230节点振动值保持在0.2-0.4mm/s，而当该节点振动值增加至1.2mm/s时，可以断定为异常状况，可能是磨煤机内部零件磨损造成的，再通过模态分析出局部结构谐振频率小于整体谐振频率，即故障磨煤机的55Hz谐振频率大于正常磨煤机的43Hz，通过相关矩阵分析，发现故障机组磨盘磨损严重，立即对其进行更换，从而及时处理这个故障问题。

2.2、热量平衡分析

热量平衡分析是另一种基于数据与数学建模的故障诊断方法，该方法分析电厂制粉系统磨煤机与锅炉之间能量转换和流通过程中的热量平衡，通过对热量损失的计算和对比，实现对制粉系统故障的检测与诊断。通过监测煤粉流量、入口空气温度、出口烟气温度、喷嘴动态翁红和反向回灌品管等参数，可以计算磨煤机和锅炉热量的损失，从而探寻故障原因。以某电厂为例，根据热量平衡计算，正常状况下，系统热量损失仅为15%，但当锅炉热量损失升高至30%，可能代表磨煤机存在故障。进一步测量煤粉含量、颗粒粒径等，发现颗粒粒径比正常值大50%，这是由于磨煤机磨损导致的粉碎效果差，加剧锅炉热量损失，在及时更换磨煤机零件后，热量损失降低至正常水平，故障得到处理。

2.3、模型自适应诊断法

模型自适应诊断法，通过对电厂制粉系统各种参数进行实时监测和智能算法调整，准确判断故障源。建立一套动态数据驱动的计算模型，包括磨煤机性能、空气流量、煤粉质量、吸附负荷等参数，实现故障诊断，以现有的数据为基础，模型通过迭代计算调整自身参数，优化故障诊断效果。例如，在某电厂制粉系统中，通过模型自适应诊断法，发现自传感器数据传输中的异常，具体表现在系统磨煤机空气流量监测数据错误，导致锅炉煤粉燃烧不完全；原因分析后，定位为监视系统参数传感器安装不当所致。诊断结果包括了两个关键参数： (1) 空气流量传感器测量误差高达10%；(2) 煤粉加热效果波动较大，最高加热至700℃。针对这一故障，对磨煤机空气流量传感器进行了重新安装与标定，并对煤粉喷射加热系统进行了部分调整。

3、电厂制粉系统的维修策略

3.1、预防性维修

预防性维修是一种基于事先制定的修理方案和时间表的维修策略，旨在提前识别和解决潜在问题，从而防止电厂制粉系统突发性的故障和设备损坏。预防性维修强调维修工作的计划性和规律性，维修工程师根据设备的使用寿命和历史维修数据来制定长期的维修计划，包括例行检查、更换磨损部件、对关键部位进行维护等。以某电厂为例，由于目前燃烧煤种较差，掺杂大量异物及煤矸石，结合磨煤机运行5年的历史维修数据，发现磨煤机关键部位的磨损周期约为1年，因此根据预防性维修策略，该电厂每隔1年就对磨煤机关键部位进行例行检查和维护，从而提高设备的运行效率和安全性。通过实施预防性维修策略，电厂成功减少了过去3年内磨煤机由于磨损导致故障发生的次数，从每年平均3次降低到1次，设备利用率由85%提高至95%，有效降低了维修成本和停机时间。

3.2、状态监测与条件基维修

状态监测与条件基维修策略强调实时监测和评估设备的运行状态，根据设备性能数据制定针对性的维修方案，该方法通过实时收集设备运行参数、分析故障诊断结果，并与历史数据进行对比，预测设备潜在故障，为维修工作制定合理的时间表，状态监测与条件基维修策略的实施为电厂制粉系统实现最佳运行状态提供了科学依据，有助于降低因故障导致的停机成本和提高生产效率。某电厂通过持续对制粉系统的关键设备，如磨煤机、磨碗、分离器和喷嘴等进行状态监测，发现磨煤机在4000小时运行后出现轴承温度升高和磨损加剧等异常状况，根据这些数据，该电厂采取条件基维修策略，提前对磨煤机轴承进行检查和维修。结果表明，电厂在故障发生前成功采取维修措施减少了设备停机时间，减少了制粉系统维修成本5%，保持了生产效率在98%以上。

3.3、可靠性中心维修

综合维修策略将预防性维修、状况监测与基于条件维修等多种方法相结合，通过全面关注电厂制粉系统的性能和可靠性，系统地分析设备运行数据和维修历史记录，识别可能影响设备正常运行的关键因素，并针对这些因素制定相应的维修计划。采用综合维修策略可有效地辅助诊断和解决故障，降低停机时间，提升电厂制粉系统的运行效率。以某电厂为例，在实施综合维修策略过程中，对于制粉系统核心设备如磨煤机、分离器、输送装置等，进行了全面的运行参数和维修记录分析，通过与历史数据对比发现：磨煤机里，主要故障源是关键部件（如磨辊、磨碗衬板、磨盘、密封圈等）的磨损加速。据统计，近五年内磨煤机故障发生次数共45次，其中32次为关键部件磨损引起。据此，电厂优化了设备维修计划，制定了科学合理的关键部件更换周期，减少了故障发生率。根据实施综合维修策略的统计数据，磨煤机故障率下降了45%，设备利用率提高至98%，维修成本降低了25%。故障处理时间由原先平均4小时缩短至2小时，系统出现故障的累计停机时间减少了50%。此外，电厂制定了操作人员培训计划，加强了对制粉系统操作和维护知识的培训，使员工更加了解设备的性能要求和操作技巧，避免因误操作等人为因素导致的故障。

结语：

总结来说，电厂制粉系统的故障诊断与维修策略研究具有重要的实践意义，经过对振动分析、热量平衡分析、模型自适应诊断法等故障诊断方法的研究，以及预防性维修、状态监测与条件基维修、可靠性中心维修等维修策略的探讨，可以为电厂制粉系统的高效、安全、稳定运行提供科学依据和技术支持。然而，随着先进制粉技术的不断发展和电厂制粉系统设备的日益复杂化，未来还需进一步加强对故障诊断与维修策略的研究与创新，借鉴现有方法与策略的优点，结合新技术的发展，例如大数据、人工智能、物联网等，提升故障诊断与维修策略在制粉系统中的实际应用水平，为电厂制粉系统管理带来更高的价值。

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