吕鉴2023年第4期

打造工匠精神 激发创新活力

吕   鉴

吕四港发电公司出品

吕电风光

王超

氢冷发电机氢气纯度下降的分析

08

于利祥

锅炉补给水反渗透系统水光学杀菌技术的应用

10

火电厂燃煤锅炉的燃烧优化分析

14

张晨

17

一起变送器屏电源混接事故的原因分析及预防措施

04

浅谈送风机动叶液压调节机构工作原理

26

 王滟文

锅炉飞灰含碳量影响因素的分析

23

经验交流

理论探讨

一起变送器屏电源混接事故的原因分析及预防措施

摘要：电源混接是一种十分危险的隐形故障，可能会导致设备的误动、拒动等严重后果，本文详细介绍了一起变送器屏电源混接事故的发现经过、原因分析、事故处理以及为防止电源混接事故而制定的预防措施。

关键词：电源混接；误动；变送器；防范措施；

某厂维护人员在进行本厂4号机组UPS设备巡检时发现一起异常事故，如下图1所示，UPS电源配电柜第八个支路的输出电源小空开在分闸状态，而此路电源的输出电源指示灯却亮着，此路电源送至4号机组发电机变送器屏，给4号发电机电流、电压、频率、有功功率、无功功率等变送器以及发电机电能表供电，参与机组协调控制的三个有功功率变送器也由此路电源供电。后经专业人员确认4号机组发电机变送器屏所有变送器的电源都正常，DCS上的测点和参与机组协调控制的三个有功功率变送器和发电机电能表都正常工作，DCS系统中UPS系统没有任何报警信息。

图1 4号机组UPS电源配电柜各支路空开和指示灯示意图

韩涌

理论探讨

   UPS也称不间断电源，在发电厂是给一些重要设备提供电源，保证其不发生断电事故。4号机组UPS电源配电柜总共有34个支路负荷，每路负荷由对应的空开控制，且每路负荷都有一个指示灯与之对应，当空开合上之后，空开的下口就带电，指示灯的电源取自于空开下口交流220V的电源，且每路带电的负荷都有一个监视继电器，继电器的电源也同样取自于空开下口交流220V的电源，继电器的一副常闭接点送至DCS作为负荷电源跳闸报警用，如图2所示，K8是第八路负荷的控制小空开，D8是第八路负荷的电源指示灯，J8是第八路负荷的报警用继电器的线圈。

图2 UPS电源配电柜每路负荷控制电源空开、指示灯与报警用继电器示意图 

理论探讨

当发现第八路负荷的小空开跳闸时，第八路负荷的电源指示灯亮着，指示灯为负荷电源正常输出状态，且DCS无任何报警，说明第八路负荷空开的下口带电，专业人员用万用表测量也证实空开下口为220V交流电，说明肯定有外部电源与此路UPS混接。专业人员对UPS电源配电柜第八路负荷供电的发电机变送器屏的电源回路仔细查找，最终查出此次异常事故是由于此路UPS电源与发电机变送器屏内的照明电源混接造成。 

图3 发电机变送器屏电源端子排图

理论探讨

经验交流

如图3所示，电缆编号为40MKA010213/1和40MKA010213/2的电缆来自于4号机组380V汽机MCC B段的02B间隔A相和N相，此间隔的开关额定电流为23A,作为变送器屏白炽灯管ZM的电源；电缆编号为40BRA010115/1和40BRA010115/2的电缆来自于4号机组UPS电源配电柜的第八支路，作为变送器屏总的电源，经过变送器屏空开K1控制，空开K1的额定电流为6A，UPS配电柜第八路负荷控制空开K8的额定电流为16A。但是发电机变送器屏内端子排X4:1和X4:2的内侧有一根短接线把这两个端子短接，X4:3和X4:4的内侧有一根短接线把这两个端子短接，这两根短接线特别短，不仔细检查根本发现不了它们的存在，正是这两根短接线致使这两路电源混接，而造成额定电流较小的UPS配电柜的第八路负荷的电源空开跳闸。此时给发电机变送器屏供电的其实是4号机组380V汽机MCC B段02B间隔电源，由于此路电源一直在给发电机变送器屏供电，UPS配电柜的第八路电源与之并联，以致UPS配电柜的第八路电源的控制小空开虽然跳开，但是空开的下口一直带电，所以第八路负荷电源的指示灯一直处于亮的状态，监视继电器也一直带电，所以未发出报警信号。

   由于此次事故发生在机组168小时试运刚刚结束之后，而且参与机组协调控制的三取二变送器也在发电机变送器屏，为了保证机组的稳定运行，经专业人员研究之后决定暂时不处理此次异常事故，待机组停备或检修时再处理。随即继电保护班组织发电部电气专工和相关人员召开紧急会议，商议在处理此次异常事故之前如何保证发电机变送器屏电源的可靠性问题，经过讨论之后达成如下意见：

3.1 发电部运行人员加强4号机组380V汽机MCC的巡检工作，发现任何异常立即通知检修人员处理，保证其供电的可靠性。

3.2 在此期间4号机组380V汽机MCC B段尽量不要有任何检修工作，防止工作期间由于某种原因致使给发电机变送器屏供电的电源开关跳闸，若是很紧迫必须进行的工作，应提高监护等级，发电部运行监盘人员也要加强对发电机变送器屏各个测点的监视。

3.3 继电保护班人员在此期间应加强4号机组发电机变送器屏的巡检工作，尽快制定好处理此次异常事故的方案，待机组停机时立即处理。

   此次异常事故最终是在4号机组停备时处理的，在发电机变送器屏将UPS配电柜来的第八路负荷电源和380V汽机MCC B段02B间隔来的电源彻底分开了，如下图4所示。

图4 发电机变送器屏改过之后的电源端子排图

理论探讨

经验交流

   此次异常事故虽然没有造成严重后果，但是性质十分恶劣，电源混接是一种非常危险的隐形故障，可能会导致设备的误动、拒动等严重后果，此次事故倘若UPS配电柜第八路电源的小空开故障拒动，将会越级使整个UPS配电柜的总输出开关跳闸，整个UPS配电柜的34个支路的所有负荷电源都将失电，后果不堪设想。为了防止此类事故的发生，特制定了如下防范措施：

4.1 机组调试期间和检修期间，对屏柜内的接线一定要对照图纸认真仔细地检查，有不对的地方及时更改，避免事故发生。

4.2 设备专责人在进行设备巡检时，一定要认真负责，空开、指示灯、压板一些小器件都要巡检到位，发现问题及时分析原因，汇报相关领导，研究处理方案，切勿盲目处理造成更严重的后果。

4.3 对于一些重要的设备，一定要保证其电源的可靠性，比如参与机组协调的三取二变送器，可以选用双电源的变送器，即使一路电源故障时，另外一路电源也能保证其稳定运行。

   此次发电机屏变送器屏电源混接事故虽然发现及时，且处理得当，使事故危害减至最小，但是这也提醒我们在今后的工作中，一定要认真负责、仔细精心，以防类似的事件再次发生。

某660MW发电机为哈尔滨电机厂制造的QFSN-660-2型三相交流隐极式同步汽轮发电机，发电机采用双流环式密封瓦，密封瓦内有空、氢侧两个环形油槽，油槽内的油压始终高于发电机内氢气压力84±10kPa，保证发电机内的氢气不会外泄；密封油系统的氢侧供油将沿着轴朝发电机内侧流动，而密封油系统的空侧供油将沿着轴朝外部轴承一侧流动。而空、氢侧油槽差压维持0.5kPa以内，当这两股密封油的供油压力趋于平衡时，油流将不在两个供油槽之间的空隙中串动。空、氢侧密封油分别有独立的油源提供。

规程要求发电机氢气纯度不得低于96%，氢气纯度不合格，将导致冷却效率降低，造成机内构件局部过热，同时有害气体的存在还会造成绝缘老化、铁芯及其金属部件腐蚀。此外油进入发电机，如果未及时排出，油在发电机内蒸发产生油烟蒸汽也形成很大的危害。

1.1 氢站来氢气纯度不合格

氢站为发电机氢气的来源，氢站氢气纯度不合格直接导致发电机氢气纯度低，生产中要测量氢站气瓶内氢气纯度合格后才能接通机组补氢管道。

1.2 发电机充压缩空气或二氧化碳管路隔离不严

发电机充空气和二氧化碳气源为发电机气体置换时所用，直接进入发电机本体内。正常运行中充压缩空气管道应有明显断开点防止空气进入发电机，而充二氧化碳管路应将阀门关严隔离。

1.3 定冷水或闭冷水漏入发电机

定子线圈采用定冷水冷却，当定子线圈出现漏点且局部水压大于氢压时，定冷水会漏入发电机内。发电机氢气冷却器采用管壳式冷却器，一旦冷却器发生泄露，也可能发生发电机进水。发电机进水伴随现象一般有氢气湿度上升、纯度下降、油水继电器报警。

1.4 空、氢侧密封油差压大串油

发电机空侧与氢侧密封油在密封瓦中的压力不平衡，会引起油流串动，若空侧密封油压高于氢侧密封油压，则含有大量杂质气体的空侧密封油向氢侧串油，进入氢侧循环，在此过程中一部分空侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内。同时空侧向氢侧串油也一定程度的排挤了氢侧油，使氢侧的进油减少，这将加大油污染。

特别策划

若氢侧密封油压高于空侧密封油压，则氢侧密封油向空侧密封串油，此时将使回到氢侧密封油箱中的油量减少，油位降低，为了保证系统安全运行，将自动向氢侧密封油箱中补油。这样就将含有大量空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，同样也会污染氢侧密封油。发电机机内的氢气与密封油系统中的氢侧密封油相接触，污染机内氢气，使氢气纯度降低。

1.5 发电机密封油温度高

密封油的粘度随油温的升高而降低，在同样的流通面积内，要维持一定的密封油压力，当密封油温度高时，就需要较大流量的密封油。同样密封油温度的升高，将导致密封瓦间隙增大，这同样需要增大密封油流量才能维持一定的密封油压力。哈尔滨电机厂说明书规定氢冷发电机空、氢侧密封油温度正常值在27-50℃之间。

1.6 密封油滤油机净化效果不良

密封油滤油机有净化油中的水分、颗粒物、杂质气体的作用，密封油滤油机净化效果不良，使得密封油中杂质气体超标，污染氢气。

2.1 保证进厂氢气气瓶纯度合格，从源头上保证纯度合格。

2.2 将充二氧化碳管道隔离严密，防止漏进发电机。

2.3 监视氢水差压，闭式水压力，防止超压打坏定子线圈、氢冷器管束，运行中注意检查油水继电器是否有水，氢气湿度是否有异常变化。

2.4 调整氢侧两个平衡阀，使实际励端和汽端空氢侧密封油串油量降至最低，空侧、氢侧密封油压力的测量误差，目前机组运行中只能测量密封瓦上的空氢侧密封油进油处的压力作为平衡阀的调节信号压力，并不能准确的代表密封瓦内的实际空氢侧油压，而平衡表由于与平衡阀取自用一油路也不能完全表示空氢侧密封瓦内的油压差。而实际判断空氢侧油压是否平衡，是否串油，比较合理的方法是测量氢侧密封油箱自动补油、排油管道温度，当空氢侧密封油平衡时，排、补油管道应为常温或者微热状态。

2.5 解决轴瓦振动大的异常，减轻因为轴瓦振动引起的密封环浮动，从而减少双流环间的油流串动。

2.6 大修后投运初期，可能因为管道、差压阀等设备的死角窝有空气，经过多次排气后，差压阀可稳定运行。在保证主差压阀调整正常的情况下，尽量开大滤油机手动门，增加滤油机实际净化出力，提高密封油品质，减轻氢气纯度下降的程度。

2.7 在说明书规定的油温范围内适当调低空、氢侧密封油温，一方面提高密封油的粘度，减少油量，可有效减少两侧油环间的串动；另一方面低油温可使密封瓦与轴间的间隙变小，可有效的减轻串油的情况。但调整油温同时必须就地听音、加强对轴瓦振动的监视，防止发生动静摩擦。

理论探讨

经验交流

锅炉补给水反渗透系统水光学杀菌技术的应用

摘要：水光学杀菌技术(Hydro-Optic-Disinfection,HOD)突破了传统光学杀菌的设计模式,利用光纤原理,即全反射的原理来提高杀菌效率。HOD系统是由一组或两组高强度中压紫外光源组成，且不与流体接触，管道式杀菌器,对流经的水进行短时杀菌,以保证出口的水达到无菌要求。

关键词：发电厂 补给水 水光学杀菌技术

随着我国超超临界火电机组的快速发展，火力发电厂反渗透系统安全稳定运行更显重要，一旦发生水质污染，将会直接影响电厂的正常运行，甚至造成全厂停机事故，损失、影响巨大。因此，采取有效的杀菌措施，是火电厂水处理工作管控重要环节之一。

水中的微生物对工业水系统正常运行带来极大的危害，完全消灭水中的微生物，以当前科学技术是无法实现的。因此，将其控制在合理的水平之内，是当前的主流处理方法。工业水杀菌消毒的主要方法可分为两大类，即化学消毒法和物理消毒法。其中，化学消毒药剂（非氧化性杀菌剂）成本高，对水质处理副作用大等不利因数。物理消毒法，利用中压紫外线来替代非氧化性杀菌剂的方式对工业水进行杀菌，不但比非氧化性杀菌剂有更好的杀菌效果，而且可以显著改善膜的污堵现象，经济型和可行性都能满足生产需求。

1.1 HOD系统杀菌原理

HOD系统杀菌技术作用与次氯酸钠相同，都是作用在微生物细胞内，将其染色体组的DNA破坏（图1）。但中压波段紫外线通过让细菌、病毒和原生动物曝光在紫外光灭菌波长下的物理灭菌方式，紫外光可通过打开微生物DNA双螺旋的键而达到破坏微生物的DNA的目的，并使其无法进行自我修复，阻止微生物的复活。

于利祥

理论探讨

理论探讨

图 1

即使是存活的微生物，在中压紫外线的照射下也会失去依附于设备表面的能力。其中在250-270nm波段的中压紫外线杀菌力最强，但是紫外线杀菌对水的透光率也有要求，水透光率越大，处理效果越好，反之越差。因此在选择紫外线杀菌时必须先考虑水透光率，一般水透光率在70%以上时，才可以优先考虑选择紫外线杀菌。

1.2 HOD系统杀菌的特点

HOD系统利用全内反射技术（类似于光纤技术），可以把水光学紫外反应腔内的紫外灯能量重复利用。简单来说，就是紫外线波长被有效地延长（即放大），使其获得更大机会灭活微生物。技术的核心在于高质量石英制成的灭菌腔体替代了传统的不锈钢，这种配置采用了光纤原理使其收集光子并重复利用光能。光子被石英壁重复反弹回腔体内，有效的延长了光子的路径，保证了紫外光能量不衰减，以及在腔体内的布置均匀，达到剂量均匀且无死角杀菌。

a)杀菌效果良好及可靠性高

HOD系统的全反射技术使紫外线在水中变为均匀的照射强度。由于是全反射，HOD系统紫外线损失很小。系统安装的紫外灯在反应器的两侧，这样水流方向与光线方向一致（或逆行），同时反应器还有大量折射紫外线散布和作用在水体上，水体的光反应时间远大于传统紫外线消毒系统。

b)无照射盲区，灯管无结垢

HOD系统的紫外光源在在反应器外部，灯源工作温度可以保持稳定。而系统采用先进的监控技术，确保紫外灯在最佳的工作温度下运行。由于紫外灯被外置，灯体将不会产生结垢（灯体上不会有水垢）。 传统UV是完全浸入水中的，光源的热量造成石英管保护表面易结垢。外套结垢后又会使光源的工作温度升高，系统的紫外灯很难处在最佳温度下工作，灯管的 稳定性降低， 且需要频繁清洗更换。

c)操作和维护方便

HOD系统是由一组或两组高强度中压紫外光源组成，且不与流体接触，开关机操作安全。其中，灯管更换仅需要4 分钟完成，节省大量人力、物力。 传统紫外消毒系统一般采用多组紫外灯直接放入水中，灯管和石英套管易结垢，更换、清洗非常麻烦，一般需要停机更换紫外灯。同时，灯管更换时易发生灯管破裂，造成汞污染环境。 

d)先进的监测系统来确保稳定性 

HOD系统仅采用双检测系统，即光源监测和水体监测，避免了许多监测干扰。HOD系统所带的控制和记录系统可以时刻确保杀菌效果，达到设计要求。 传统紫外消毒系统是通过水中的光线来测量紫外线强度 (存在着较多的干扰因素)。

e)可以降低TOC（总有机碳）和THM（有机卤化物）

紫外线的TOC降解及产生臭氧的功能 

理论探讨

超纯水中紫外线能够与H2O发生水光学反应，产生具有强氧化能力的羟基自由基·OH。水中氧气（O2）在紫外光的照射下，发生光解作用，产生臭氧（O3）。 

HOD系统设备一般安装在一级反渗透入口管道，利用设备集成智能化控制系统，配备相应的流量传感器，透光率传感器，紫外光强度传感器，可根据水量和水质变化，24小时监控并自动计算杀菌所需要的紫外光剂量，自动调节紫外灯功率（并非按最大功率一直运行），并实时监测紫外灯实际发出的紫外线剂量，对细菌繁殖做了全面“围攻”从而保证杀菌效果，减少锅炉补给水中氯离子含量和提高杀菌效果。

理论探讨

（1）减少化学药剂使用，降低排放处理成本，更加环保。

（2）减少反渗透膜污堵增加RO使用寿命，减少在线、离线清洗次数。

（3）降低高压泵能耗。

（4）减少人工检修工作量。

（5）减少人工加药操作，降低现场人员的健康风险。

同比目前采用化学药剂杀菌，每年直接经济效益约为45万元，2年左右即可收回投资。

综上所述，随着技术的不断进步，HOD系统杀菌技术将会更多的应用到锅炉补给水处理系统中，为电厂锅炉安全稳定运行莫定基础。

[1] 刘文君.高度重视饮用水微生物学安全性，强化紫外线消毒技术研究与应用[J].给水排水，2011

[2] 安特兰德 维护手册，2022

理论探讨

理论探讨

近年来随着人们对于电能源的高度需求，对热力发电厂锅炉燃烧高度重视。在这一发展背景下，相关工作人员应该充分明确锅炉的燃烧效率对于整体发电做功的重要影响，从而能够不断对当下存在的问题进行优化完善，促使其能够满足当下发展需求，促进活力发电厂的快速稳定发展。通过对锅炉的燃烧进行优化调整能够满足这一需求，满足当下发展对电能源的高度需求。

1.1 间断掺烧

在火力发电厂锅炉燃烧中，煤是必不可少的重要资源。通过燃烧煤产生大量热能进而进行转化才能够得到电能。在这一过程中，应该高度重视对掺烧方法的应用，从而满足其燃烧需求，提高整体的燃烧效率。在进行掺配方法选择上，间断掺烧是一种常见的掺配方法。但是，这一掺配方式具有高度的危害性，因此也在当下的发展中逐渐不被人们应用。在进行间接掺烧的过程中，由于其温度过高，导致出现结渣问题，直接影响到整体设备机械的运行。在火力发电厂的锅炉燃烧过程中，其需要各个部分的机设备进行充分配合才能够保证其能源转化的高效性。但是，在进行接配的过程中，如果应用间接掺烧的方式则会大概率出现危害问题，形响整体锅炉高效燃烧。由于其燃烧过程中出现的结渣对设备机械造成故障，导致无法转化能源。在这一发展背景下，就会出现大量的资源浪费问题，不利于锅炉燃烧的高效性，甚至还会导致燃烧无效的问题出现，严重影响火力发电厂的快速稳定发展。因此，在当下的发展中，应该重视应用合理的掺配方式进行燃烧工作的开展，避免不合理的燃烧方式造成机械故障问题，严重影响整体发电作业，难以满足人们对电能源的高度需求。

1.2 炉前预混掺烧

在进行锅炉燃烧前，相关工作人员需要将燃料进行充分准备，从而确保其燃烧的充分高效。在这一过程中，应用合理的烧方法能够提高燃烧效率，促使电能源的高效转化。在进行锅炉燃料填充前，应用炉前预混掺烧的方式能够充分满足这一要求，从而保证其燃烧的过程中不会出现结渣问题，最终才能够满足人们对于锅炉燃烧的高度要求，促使火力发电厂能够得到高效运转。但是，在应用这一方法进行烧的过程中，往往由于相关工作人员不能重视燃料混合比例，导致在燃烧的过程中出现效率低下的问题，最终也会导致机械故障等问题的出现。因此，在应用这一方法进行锅炉燃烧工作开展的过程中，相关工作人员应该高度重视对其进行燃料的均匀混合，从而为其锅炉燃烧定良好的前提基础，促使其在燃烧的过程中能够得到充分的烧保证，最终才能够满足锅炉燃烧对燃料的高度要求，促进火力发电厂的稳定快速发展2。相关工作人员则应该不断对自身的能力进行提升，从而保证在工作开展的过程中能够以专业的混合能力作为炉前预混摻烧的重要基础，促使锅炉在燃烧前能够得到充分的燃料保障，最终才能够满足火力发电厂对锅炉燃烧烧工作的高度要求，从而提高能源转换效率，促进电能源的高效产出。

特别策划

1.3 分磨入炉掺烧

在火力发电厂的锅炉燃烧工作中，应用合理的掺烧方法能够提高锅炉燃烧效率，从而满足人们对于能源转换的高度要求，最终高效产出电能源，促进社会的稳定快速发展。在锅炉燃程中，应用分入炉的烧方法能够充分满足这一要求，促使其在燃烧的过程中能够得到充分的燃料质量保障，避免在燃烧的过程中出现结渣问题，从而能够有效保证燃烧的充分性，也避免出现机械设备损坏的问题。应用这一方法进行烧的过程中，其不需要投入大量的机械设备，因此更具有高效性。但是，在应用这一掺烧方法的过程中，相关工作人员应该高度重视这一方法的应用对燃料成分的高度要求。因此，在进行分磨人炉掺烧前，相关工作人员应该高度重视对其燃料进行成分的分析，保证在炉燃烧的过程中能得到充分的料成分保，终才够满足锅炉燃烧对燃料的高度要求，促进火力发电工作的高效开展。通过应用分磨人炉的掺烧方法能够提高整体工作效率，同时还能够减少投入，提高整体燃料燃烧的充分性，促使锅炉能够得到高效燃烧，满足电能源转换的高度要求。相关工作人员应该重视其对于燃料成分的高度要求，不断进行自我提升，确保在燃烧的过程中能够保证燃料质量，促进火力发电的高效开展。

2.1 控制氧量

在进行锅炉燃烧的过程中，其内部的氧量是影响燃烧的重要因素。在燃烧的过程中，由于其锅炉内部氧量过高，导致其燃烧过快，难以满足燃烧需求，不利于工作的高效开展。而在燃烧的过程中如果锅炉内部氧量不足，则会导致燃烧效率低下，不利于能源的高效转化。因此，在锅炉燃烧的过程中，要想对其进行优化调整，就要重视对其进行锅炉内部的氧量控制，从而保证在工作开展的过程中能够以合理的内部含氧量作为燃烧基础，充分满足锅炉燃烧火力发电的高度需求，促进其工作的正常高效开展，满足人们对于火力发电工作的高度要求。

2.2 控制煤粉细度

锅炉燃烧中，往往由于人们不能重视对煤粉的细度进行控制，导致在燃烧的过程中由于煤粉过粗导致燃烧效率低下，不利于工作的高效开展。因此，在当下的火力发电厂锅炉燃烧工作开展的过程中，相关工作人员应该高度重视对煤粉的控制，从而保证在工作开展的过程中能够以细度合理的煤粉作为其燃烧基础，促进锅炉的高效燃烧，满足其能源充分高效转化的高度要求，最终则能够提高发电效率，促进火力发电厂的快速发展。

2.3 风压控制

在具体工作中，往往需要用足够的通风管对其火势进行控制。但是，在传统的发展过程中，由于相关工作人员不能高度明确这一工作的开展对整体工作发展的重要影响，导致在锅炉燃烧的过程中不能合理控制通风管道压力，最终造成炉内通风过大或者过小的问题出现，严重影响其正常燃烧发电。因此，在当下的发展中，相关工作人员应该高度重视这一内容，对其锅炉的通风管道进行压力控制，保证其在燃烧的过程中能够得到风力大小管控，从而有效提高燃烧效率，促进发电工作的高效开展。

理论探讨

理论探讨

总而言之，当前人们对于能源的需求不断增大。因此，在当下发展中，应该高度重视对火力发电厂的锅炉燃烧工作进行优化调整，促使其能够得到效率的提升，最终则能够提高火力发电厂的工作效率，满足人们对电能源的高度需求，促进社会的稳定快速发展。

理论探讨

理论探讨

基于给煤机双转速探头的煤量运算方案研究及应用

摘 要：某电厂机组给煤机控制系统采用美国施道克系统，电机速度的测量是单转速测量系统，转速测量出的电机速度误差比较大。给煤机转速测量普遍采用的是磁电式测速传感器，该传感器长时间使用会导致磁场下降引起测量误差，导致煤量测量波动引发机组燃料调节回路震荡。基于给煤机双转速探头的煤量运算方案采用的双测速系统对给煤电机加装了两个测速传感器，从硬件和软件方面保证了给煤机煤量计量的精度，同时也保证了给煤机在转速探头发上故障时运行的稳定性。

关键词：给煤机；双转速探头；传感器

0 引言

目前，火力发电厂广泛使用的电子称重式给煤机的计量方法，给煤机的计量决定于皮带的速度和皮带上煤重负荷，给煤机的计量精度与皮带的速度成正比关系[1]，故皮带的速度的精度对给煤机的计量精度起决定性作用。皮带的速度一般是通过采集电机的转速[2]，为了提高给煤机称重计量精度，需要基于给煤机双转速探头的煤量运算方案进行研究。

某电厂机组给煤机电机速度的测量是单转速测量系统，由于目前火力发电厂普遍采用的煤质比较差，经常会引起电机卡涩，此时电机转速不稳定，单转速测量出的电机速度误差比较大。且目前给煤机转速测量普遍采用的是磁电式测速传感器，该传感器在测速时普遍存在以下问题：因长时间使用磁电传感器的磁场下降引起测量误差，导致煤量测量波动引发机组燃料调节回路震荡；正常工作时电机振动导致，磁电传感器与旋转齿轮间距波动引起测量故障，引发给煤机煤量丢失，导致机组被迫停运故障给煤机。以上问题不仅导致计算处的皮带速度误差较大，影响给煤量的计量精度，严重时甚至会导致给煤机被迫停运，机组限负荷的恶劣后果。

基于给煤机双转速探头的煤量运算方案采用的双测速系统对给煤电机加装了两个测速传感器，并在控制器程序里面采用了一定的算法，在给煤机正常运行时采用双测速传感器测量值取平均的后参与给煤机煤量计算，当两个转速探头测量值偏差较大时，将自动剔除测量值变化率大的测量值以保证给煤量的稳定，并发出报警通知检修人员及时对给煤机进行检修。采用本技术既能保证了给煤机煤量计量的精度，同时也保证了给煤机在转速探头发上故障时运行的稳定性。

张晨

理论探讨

理论探讨

某电厂机组锅炉制粉系统给煤机使用的是施道克公司生产的EG2490型设备，给煤机煤量运算的转速传感器安装在给煤机电机罩壳上。当给煤机需要现场手动盘电机时，必须拆卸电机罩壳来完成。当检修工作结束后，回装罩壳时，经常出现转速探头安装位置发生偏离原位置的现象，造成传感器与感应盘距离发生变化，影响给煤机转速测量。给煤机转速传感器与齿轮盘的距离变化后，在给煤机运行时瞬时煤量会发生大幅波动，甚至会出现转速传感器与测量盘距离过近导致的转速传感器损坏以及给煤机跳闸等问题，严重威胁机组安全稳定运行。

给煤机煤量计量准确性直接影响入炉煤煤量的统计，影响公司经济性指标的计算。同时也对机组稳定燃烧，特别是深度调峰时段的燃烧调节调节系统产生巨大的影响。综合以上问题，提出了一种双转速测量及运算的解决方案，提高设备运行的可靠性。

给煤机双转速探头改造，需要拆除现有给煤机电机防护罩壳上安装的单个测速探头，在电机外壳上重新打孔安装两个新的测速探头。将原测度探头安装位置由原来的冷却罩壳更换到电机外壳上可以增加探头的稳定性。

给煤机双转速探头改造后，需要修改给煤机内部测量原理逻辑，在给煤机正常运行时采用双测速传感器测量值取平均的后参与给煤机煤量计算，当两个转速探头测量值偏差较大时，将自动剔除测量值变化率大的测量值以保证给煤量的稳定，并发出报警通知检修人员及时对给煤机进行检修。

3.1给煤机双转速探头技术应用

给煤机双转速测量运算技术，是拆除图1给煤机转速电机的罩壳上安装的测速传感器，在电机的罩壳上重新打孔，安装图3显示的两个新的测速探头，安装后效果如图2所示。给煤机测速传感器的测量线路经过给煤机就地控制板（图5）的W4端子的1、2通道引入给煤机测量回路中。

图1 技术应用前的单转速探头

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图2 技术应用后的双转速探头

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3.2 给煤机双转速探头测量算法应用

采用了双探头，使给煤机煤量计算使用的转速有了冗余数据，测量的转速数据在控制器程序里面采用了一定的算法，在给煤机正常运行时采用双测速传感器测量值取平均的后参与给煤机煤量计算，当两个转速探头测量值偏差较大时，将自动剔除测量值变化率大的测量值以保证给煤量的稳定，并发出报警通知检修人员及时对给煤机进行检修。即提高了给煤机转速测量的精度，同时也保证在其中一个探头出现故障时，给煤机能稳定的运行，而不是停运给煤机。

3.3 给煤机双转速探头的煤量运算方案应用

图3 新型磁电感应测速探头

在给煤机正常运行时，测速传感器测量的给煤机电机转速经过就地控制卡W4端子的1、2通道引入给煤机就地控制回路，测量的数据传输至CPU中，通过CPU中采用的一定的算法，在给煤机正常运行时采用双测速传感器测量值取平均的后参与给煤机煤量计算，当两个转速探头测量值偏差较大时，将自动剔除测量值变化率大的测量值以保证给煤量的稳定。

图4 给煤机两个测速探头数据显示

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理论创新

基于给煤机双转速探头的煤量运算方案的目的是提供一种用于给煤机的双转速测量方法，采用该方法既能保证了给煤机煤量计量的精度，同时也保证了给煤机在转速探头发上故障时运行的稳定性。

4.1给煤机的双转速测量方法技术方案

图5 双转速探头信号接入点

图6 双转速测量逻辑原理图

理论探讨

步骤1，在给煤机电机防护罩上分别安装A转速探头和B转速探头。

步骤2，对A转速探头测量的给煤机转速进行速率及质量判断，从而判断A转速探头是否正常工作，并输出相应的转速值V1。

步骤3，对B转速探头测量的转速进行速率及质量判断，从而判断B转速探头是否正常工作，并输出相应的转速值V2。

步骤4，根据步骤2和步骤3输出的转速值求给煤机的瞬时给煤量W(t)。

步骤5，对A转速探头和B转速探头的测量值V1和V2进行坏值和速率判断，当两个测量值同时无法正常测量或同时变化速率超出规定范围时，将发出给煤机跳闸指令。

图7 给煤机保护跳闸逻辑原理图

4.2 给煤机的双转速测量方法技术优势

步骤2中，A转速探头有输出测量值且测量值变化率在设定范围内时，输出值V1为A转速探头的测量值，否则输出值V1为B转速探头的测量值；通过质量判断模块Quality，确认A转速探头是否有脉冲转速输出，从而确认A转速探头是否正常工作。

步骤3中，B转速探头有输出测量值且测量值变化率在设定范围内时，输出值V2为B转速探头的测量值，否则输出值V2为A转速探头的测量值；通过质量判断模块Quality，确认B转速探头是否有脉冲转速输出，从而确认B转速探头是否正常工作。

步骤4的具体过程为：通过取平均模块AVG将步骤1输出的V1和步骤2输出的V2取平均，得到瞬时皮带速度V(t)。

步骤5的具体过程为：当A转速探头接线松动或断线时，没有正常的数值输出，则认为A转速探头的数据通道质量是坏点，Quality输出值为V1。

当B转速探头如果没有输出值则证明该B转速探头通道数值质量为坏点，则Quality输出值为V1。

基于给煤机双转速探头的煤量运算方案应用后，给煤机煤量计量精度及可靠性大幅度提高，有利与机组锅炉燃烧调节控制。同时给煤机煤量计量精度控制在±0.4%以内，有利于机组煤耗的计算。

基于给煤机双转速探头的煤量运算方案，通过引入双转速测量，使给煤机的转速测量信号增加冗余备用。在其中一个测量装置出现问题后，给煤机仍可以继续正常运行。此种方案提高了给煤机的运行稳定性，降低了给煤机煤量测量故障对机组负荷的影响。

基于给煤机双转速探头的煤量运算方案研究及应用。通过在给煤机上安装双转速测量传感器并在逻辑中实现信号的质量判断，实现双转速运算，保证了给煤机转速传感器故障等情况下的设备稳定运行。可以在行业内存在给煤机转速问题的单位进行广泛推广。

[1] 盖立嵩,干珊君. 大坝电厂II期给煤机转速控制系统的改进. 宁夏电力, 2005

[2] EG2490型给煤机控制系统可靠性分析与提高措施. 重庆电力高等专科学校学报.2020

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摘要：飞灰含碳量一直为影响锅炉效率的重要因素之一，本文以某厂 1 号机组的实际运行情况为例，探讨锅炉飞灰含碳量的主要影响因素。在二次风配风和磨煤机运行相对稳定的前提下主要讨论了煤种的变化、负荷的不同、以及氧量目标值的不同对飞灰含碳量的影响。实际燃用煤与设计煤种燃料特性的不同，会造成飞灰含碳量偏大，合理的掺烧可以避免飞灰含碳量偏大；合理提高氧量目标值可以降低飞灰含碳量；机组在经济负荷下运行飞灰含碳量较低。

关键词：飞灰含碳量；煤质；氧量目标值；负荷；煤粉燃烧

燃煤电站锅炉的经济性一直是备受关注 的问题。随着国家节能减排力度的加大，“节能降耗”工作的深入，各项经济指标的优化已经成为日常工作的重点。保证锅炉安全稳定经济运行是运行调节的重要任务。在锅炉各项热损失中，机械不完全燃烧热损失仅次于排烟热损失，约占锅炉热效率的0.5%-5%。飞灰含碳量是反映锅炉燃烧效率的重要指标，飞灰含碳量增加不仅增加燃料消耗量，飞灰中的碳对锅炉尾部受热面有磨损作用，对锅炉的安全运行造成很大的威胁。容易发生锅炉结焦和尾部烟道二次燃烧，还会降低电除尘器的效率，造成环境污染。因此，尽量降低飞灰含炭量是节能减排的必然之举。影响飞灰含碳量的主要因素有：锅炉负荷、炉膛内的风煤比、煤质特性、煤粉细度和配风方式等。通过经验可得二次风的配风方式对飞灰含碳量的影响很大，分析通过习惯倒宝配风、均匀配风、菱形配风、正三角配风和束腰配风等配风方式研究了二次风的配风对飞灰含碳量的影响得出，采用菱形配风更有利于降低飞灰含碳量。

某厂为 660MW 超超临界燃煤发电机组，配置哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产制造，由三菱重工业株式会社提供技术支持的超超临界参数变压运行直流锅炉。锅炉型号：HG-2000/26.15-YM3。型式为П型布置、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。锅炉为四墙切圆燃烧方式，采用改进型低 NOx PM主燃烧器和 MACT 型低 NOx 分级送风燃烧系统。锅炉的制粉系统为中速磨正压直吹系统磨煤机共 6 台采用 HP1003Dyn 型中速磨煤机。BMCR 时5台投运一台备用。磨煤机出口煤粉细度为R90=13%。每台磨带一层燃烧器每根一次风管道供至一只燃烧器。

在我厂 1 号机组实际的运行过程中二次风的配风大多采用对于各个煤种和负荷都普遍适用的均匀配风而且上层的附加燃尽风开度稍大。磨煤机的运行通常采用下层磨维持高出力运行上层磨在低出力方式下运行即所谓的正宝塔式给煤。本文在此基础上研究了煤质的变化、氧量定值变化和负荷高低对飞灰含碳量的影响。

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2.1 煤质的影响

机组投产以来实际燃用煤的煤质变化比较频繁，多种煤质相互掺烧，在燃用优质煤为主的基础上，掺烧印尼煤等劣质煤，这些对飞灰的含碳量造成了一定影响。煤中的灰分高到一定程度就会影响燃烧，使飞灰含碳量增多。这是由于燃料中的灰分在燃烧过程中不但不能释放热量，而且还要吸收热量，使燃烧温度降低，从而降低了燃烧的强度。另外，过多的灰分会阻碍煤中碳和氧气发生化学反应，也会使残留碳增多。

合理的煤粉细度是保证锅炉飞灰含炭量在正常范围主要因素之一，降低煤粉细度是降低飞灰可燃物的有效措施。由于实际燃用的优质煤和劣质煤石子煤较多导致煤粉较粗。煤粉颗粒过大比表面积变小，过剩的氧很难扩散到内部空隙中，加热升温、挥发分的析出着火及燃烧反应速度变慢，因而着火越缓慢煤粉燃尽所需时间越长燃烧不完全飞灰可燃物含量越大。在实际生产中将不同煤种掺烧时采用“分磨上煤，炉内掺烧”的方式。根据运行调整的经验，优质煤与劣质煤掺烧时下层燃烧器配送优质煤上层燃烧器配送劣质煤。

煤中水分对飞灰含碳量的影响水分过多使燃烧过程中温度降低，从而灰中残留碳增加。然而我厂在优质煤掺烧高水分含量的劣质煤时飞灰的含碳量比单独燃烧优质煤有所下降是因为优质煤的发热量远高于劣质煤的掺入使得入炉煤的固定碳含量下降在炉中的燃尽时间变短。煤粉的燃烧过程包括煤粉的预热、挥发份析出、着火和煤焦的燃尽。劣质煤的热值较低，劣质煤的燃尽时间比优质煤的燃尽时间短，上层磨燃用易燃尽的劣质煤下层磨燃用含碳量高的优质煤尽量使优质煤在炉中的燃烧时间得到延长从而达到高的燃尽度。这种掺烧方式有利于控制飞灰含碳量。劣质煤与优质煤混合燃烧时由于两者都属于高发热量煤，煤中固定碳含量比较高燃尽的时间比较长使得飞灰含碳量比较高。在实际的运行过程中应加强对煤质的监视合理的进行搭配掺烧。

2.2 氧量设定值的影响

供应充足而又适量的空气是保证燃料完全燃烧的必要条件。若氧量的设定值偏低，过量空气不足燃料得不到充足的氧气，不完全燃烧热损失就会增加，飞灰中残留的碳含量就会增加。经过一段时间的运行发现适当的提高氧量对于降低飞灰的含碳量有显著效果当然，当炉内氧量在一定范围内增大时，有利于燃烧，使未燃尽损失q3 和 q4 有所减少，燃烧生成的烟气量增加。为保持煤粉的充分燃烧，同时又不致使排烟损失过大，就必须合理地控制燃烧配风总量，即控制好烟气含氧量。

2.3 负荷的影响

负荷330MW上升到 660MW 时飞灰的含碳量呈现先下降后上升的 趋势在机组的经济负荷 450MW、550MW下飞灰的含碳量较低。锅炉在负荷330MW时，总燃料量在150t左右燃料消耗量的相应减少，燃烧稳定性降低使得炉膛平均温度降低，而且煤粉在炉膛中的分布不均匀影响煤粉的着火，煤粉不容易燃尽造成飞灰含碳量上升。在 660MW 负荷时总燃料量为240t左右炉膛的温度比较高煤粉的分布也比较均匀煤粉在炉膛中比较容易着火。但是在总燃料比较高的情况下单台磨煤机的出力比较大旋转分离器的转速下降会导致煤粉变粗而且高负荷时氧量定值比较小在炉膛上部没有足够的氧气影响了煤粉的燃尽这样也使得飞灰的含碳量偏高。负荷在450MW至550MW时总燃料量和总风量比较匹配单台磨煤机的

理论探讨

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出力比较接近磨煤机的额定工况煤粉的细度合适在炉膛中的煤粉的燃烧状况较好不论是燃烧的初始阶段的着火还是燃尽阶段都有较好的燃烧条件，经济负荷下飞灰中的含碳量最小。

另外在机组的实际运行中负荷的变化率对飞灰的含碳量也有一定的影响。机组负荷频繁大幅度波动对总煤量和总风量变化造成影响由于机组的风量跟踪调整具有滞后性短时的煤粉过粗影响燃烧完全涨负荷过快时送风量跟踪不上会导致煤粉燃烧短时的缺氧影响燃烧的完全性，很容易导致飞灰含碳量上升。

通过以上初步的分析，在均匀配风及正宝塔的前提下，影响我厂飞灰含碳量的主要原因是煤质变化、氧量定值的调整及负荷的变化。煤中固定碳的含量、灰分的含量和煤粉的细度都对飞灰的含碳量有一定的影响，固定碳和灰分含量的增大会使飞灰含碳量增加，高发热量煤中掺少劣质煤会使飞灰含量降低。合理的提高氧量设定值可以降低飞灰含碳量；机组在高负荷和低负荷下运行，锅炉中煤粉的燃烧条件较差，飞灰含碳量偏低，机组经济负荷下运行时飞灰的含碳量较低。

理论探讨

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某电厂锅炉送风机采用的是动叶可调轴流风机，作用是向锅炉提供安全经济运行时所需要充足且适量的空气。轴流式动叶可调风机工作原理是气体以一个冲角进入叶轮，在翼背上产生一个升力，同时必定在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力，使气体沿着轴向被挤压出叶轮，与此同时，风机进口处由于差压的作用，使气体不断地被吸入。

1 叶片角度的调整

若将风机的设计角度作为0度，把叶片角度转在-5度的位置，即是叶片最大角度和最小角度的中间值，叶片的可调角度为+20度到-30度。这时将曲柄轴心和叶柄轴心调节到同一水平位置，然后用螺丝将曲柄紧固在叶柄上，按照回转方向使曲柄滑块滞后与叶柄的位置（曲柄只能滞后叶柄而不能超前叶柄）。全部叶片一样装配，这时当装上液压缸时，叶片角处于中间位置，以保证叶片角度开的最大时。液压缸活塞在缸体的一端。叶片角关得最小时，液压缸活塞移动到缸体的另一端。否则当液压缸全行程时可能出现叶片出现最大，而不能关到最小位置，或者反向只能关到最小而不能开到最大，液压缸与轮毂组装时应使液压缸轴心与风机的轴心同心。安装时偏心度调节到小于0.05mm，用轮毂中心盖的三角顶丝顶住液压缸轴上的法兰盘进行调整。当轮毂全部组装完毕后进行叶片角度转动范围的调整，当叶片角度达到+20度时，调整液压缸正向的限位螺丝，当叶片达到-30度调整液压缸负向的纤维螺丝，这时叶片只能在+20度到-30度的范围内变化，而液压缸的行程约为78-80mm。当整个轮毂组装完毕再在低速动平衡台上找动平衡，找好动平衡进行整机试转时，其振动值一般为0.01mm左右。

2 平衡块的工作原理

送风机每个叶柄上都安装有6kg的平衡块，他的作用是保证风机在运行时产生一个与叶片旋转力相反、大小相等的力。平衡块的计算相当复杂，设计计算中总是按照叶片全关时（-30度）来计算叶片的应力，因为叶片全关时离心力最大，即是应力最大。所以叶片在运行时总是向力求离心力增大的方向变化，有些没有安装平衡块的送风机关闭时容易，启动时打不开就是这个原因，平衡块在运行过程中是向离心力增大的方向移动，平衡产生的离心力正好与叶片产生大小相等方向相反的离心力，这样就能使叶片在运行时无外力作用，可在任何一个位置保持平衡，开大或者关小叶片角度时的力是一样的，如果没有平衡块想要实现液压调节，液压缸就得做的很大，否则不易调整。

3 液压调节机构的工作原理

送风机的主要技术特点之一是动叶的叶片角度调整采用液压调节，动叶片在运行时通过液压调节机构可以改变叶片的角度，使得风机的性能曲线角度移位，若需要流量和压头

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增大，只需要增大动叶安装的角度，反之只需要减少动叶的安装角度。轴流风机的动叶调节，调节效率高，而且又能使调节后风机处于高效率区工作，采用动叶调节的风机还可以避免在小流量工况下落在不稳定工作区内，轴流风机动叶调节使风机结构复杂，调节装置要求较高，制造加工精度要求更高。液压调节机构从结构上来看，可分为两个部分，一部分为控制头，它不随轴承转动，另一部分为液压缸。液压缸由叶片、曲柄、活塞、缸体、轴承、主控箱（即控制阀）、带齿条的反馈拉杆、位置指示轴承和控制箱等组成。液压缸的轴线上钻有5个孔，中心孔是为了安装位置反馈杆，此反馈杆一端固定在缸体上，另一端通过轴承与反馈齿条连接。这样位置反馈齿条做轴向往返移动，反馈齿条带动输出轴，输出轴与一传递杆弹性连接，在机壳上显示叶片角度的大小，同时又可转换成电信号引到控制室作为叶片角度的开度指示。另一方面，反馈齿条又带动传动伺服阀（错油门）齿条的齿轮，使得伺服阀复位，而液压缸周围中心的4个孔是使得缸体做轴向往返运动的供油回路，叶片装在叶柄的外端，每个叶片有6个螺栓固定在叶柄上，叶柄由叶柄轴承支撑，平衡块用于平衡离心力，使得叶片在运转过程中可调。

液压缸的轴承固定在转子罩壳上，并插入风机轴孔内随转子一同转动。轴承的一端安装液压缸和活塞（固定于轴上）。另一端安装控制头（即控制阀，它和轴依靠轴承连接）在两轴承间被分割成两个压力油室。该轴与风机同步转动，而控制头则不转动，油室的中间和两端与轴间的间隙都是依靠齿形密封环密封，而轴与控制阀壳依靠橡胶密封，使得油不至于大量泄露出来，或者油从一侧油室泄露到另一侧油室，伺服阀安装在控制头的另一侧，压力油和回油管道通过伺服阀与两个压力油室连接。伺服阀的阀芯与传动齿条相连接，传动齿条穿过滑块中心与转配在滑块上的小齿轮啮合。小齿轮同轴的大齿轮与反馈牙杆相啮合，在与伺服机构连接的输入轴上偏心安装金属杆，嵌入在滑块的槽道中，当轴流风机在某工况下稳定工作时，动叶片也在相应某一安装角下运转，那么伺服阀恰好处在图示的位置，伺服阀将油道的两个油孔堵住，活塞两侧的工作油压不变，动叶安装角自然固定不变。

当锅炉工况变化需要调节风量时，电信号传至伺服马达使得控制轴承发生旋转，控制轴承带动拉杆向右移动，此时由于液压缸只随叶轮做旋转运动，而调节杆和与其相连接的齿条是静止不动的，于是齿套带动与伺服阀相连的齿条往右移动，使得压力油口与油道2接通，回油口与油道1接通，压力油不断从油道进入活塞右侧的液压缸容积内，使得液压缸向右侧移动，与此同时活塞左侧的液压缸容积内的工作油从油道通过回油孔返回油箱，由于液压缸与叶轮上每个动叶片的调节杆相连接，当液压缸向右移动时，动叶的安装角减小，轴流送风机的送风量和压头也随之降低，当液压缸向右移动时，调节杆一起往右移动，但是由于控制轴承拉杆不动，所以伺服阀上齿条往左移动，从而使得伺服阀将油道的两个孔堵住，则液压缸处在新的工作位置下（即调节后的动叶角度）不在移动。动叶片处在关小的新状态下工作，这就是反馈过程。

若锅炉负荷增大，需增大动叶角度，伺服马达使得控制轴承发生旋转于是控制轴承上的拉杆以调节杆上的齿条为支点，使得齿套向左移动，与之啮合齿条（伺服阀上的齿条）也向左移动，使得压力油口与油道1接通，回油口与油道2接通。压力油从油道1油口进入活塞左侧的液压缸容积内，使得液压缸不断向左移动，而与此同时液压缸活塞右侧的容积内的工作油从油道2通过回油孔返回油箱。此时动叶片安装角增大，锅炉通风量与压头也随之增大。当液压缸向左移动时，定位轴也一起往左移动，使得伺服阀的齿条向右移动，直到伺服阀将油道1与2的油孔堵住为止，动叶在新的安装角下稳定工作。

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