火力发电厂温度测点跳变原因分析及处理

学术论文 2017-07-14 09:53:04
    1 概述
    某厂2X600MW机组于2013年分别实施SCR脱硝改造工程,每台锅炉布置两个SCR反应器。按环保要求,每个SCR反应器出口及入口各配置一套CEMS装置。两台机组共计8套,安装温度测点共计24个测点。自脱硝投入运行以来,这些温度测点偶尔发生跳变,且跳变幅度越来越明显,跳变频次越来越多,甚至导致了喷氨关断阀的跳闸,已危及脱硝设备的安全运行,成为了引发环保事件的重大隐患。通过认真分析及多次试验,最终找到了解决问题的最优方案,彻底解决了脱硝系统温度测点跳变的故障,保证了脱硝系统安全运行。现对解决这一问题的过程进行了分析,以求能对电厂中类似问题的解决提供一定的参考。
    2 测温回路介绍
    脱硝CEMS系统中,24VDC电源除给测量回路中各隔离器供电外,还给PLC输出回路如CEMS取样探头吹扫电磁阀等设备供电,测量回路与控制回路之间没有分开。每套CEMS系统各配置温度测点3只,如图1所示,温度变送器将热电阻信号转换成4-20mA信号。按环保相关规定,温度信号经信号隔离器分别送DCS及PLC,同时还给温度变送器供电。
    3 原因分析
    经检查发现,脱硝出口及入口温度测点几乎都有发生跳变的现象,但跳变的时间并不一致,跳变的方向也不尽相同,这些测点跳变似乎没有任何规律。为了进一步查找原因,考虑到每套CEMS装置所对应的温度测点的系统具有相似性,因此只需考察某一处三个温度测点即可,选择#1机组A侧脱硝入口温度作为考察对象。经仔细查看趋势,终于发现测点的跳变与探头吹扫电磁阀有关联,如图2所示。从趋势图上可以看出,每次探头吹扫并不会一定有温度测点发生跳变,而且温度跳变有时为增大方向,有时为减小方向。但有一点是显而易见的,即温度测点的波动一定发生在CEMS探头吹扫瞬间。准确的说,是在探头吹扫刚结束时。为进一步验证判断,将吹扫电磁阀断电,观察八个小时。结果发现了温度测点没有出现跳变现象,说明温度测点的跳变的确与吹扫电磁阀的带电相关。结合趋势图的时序分析,应该是在吹扫电磁阀带电后,然后失电时,会引起某种干扰。
    4 解决方案及比较
    为了进一步分析其内在原因,遂采取以下几种方法尝试解决问题,并将结果进行比较,以期找到最佳解决方案。
    4.1 增加24VDC电源容量
    系统中,24VDC电源带的负载有控制设备如探头吹扫电磁阀,同时又有测量设备如温度变送器等。该24VDC电源的额定功率为50W,探头吹扫电磁阀为20W。如果所配电源功率太小,则当吹扫电磁阀动作时将对整个回路造成影响,使温度变送器无法正常工作而发生跳变。为了验证想法,将24VDC电源换成额定功率为150W的电源。经试验跳变幅度有所减小,但温度信号跳变现象依然存在,可见此方案不合适。
    4.2 更换温度变送器
    考虑到回路中存在干扰,有部分温度测点跳变幅度较小,有可能正投用的温度变送器抗干扰能力较差。因此,挑选几种温度变送器进行替换试验。发现有的温度变送器跳变幅度稍小,但温度信号跳变现象依然存在,可见此方案也不合适。
    4.3 软件滤波
    通过图2可以看出,温度跳变是尖波,可以在DCS侧采取软件滤波的方式解决。但考虑到干扰一直都存在,采用软件的方法并不能消除干扰,不是解决问题的根本方法,因此决定放弃此方案。
    4.4 并联二极管
    考虑到电磁阀的线圈是感性原件,因此变化的电流通过线圈时会产生自感电动势。根据法拉第定律,自感电动势的大小与通过线圈的电流变化率成正比。当探头吹扫结束时,电磁阀线圈断开电源,瞬间电流变化率很大,线圈将产生高于电源电压数倍的自感电动势,并与电源电压叠加。这种自感电动势不仅对电源所带的回路造成极大干扰,同时有可能会损坏电路中的的元器件。这就是回路中温度测点跳变的根本原因,同时也是温度变送器时有损坏的原因。
    经过以上分析,弄清基本原理后,解决问题就比较简单了。采取的措施是在电磁阀线圈两端并联二极管即“续流二极管”,使断电瞬间线圈产生的自感电动势极性满足二极正向导通形成续流,把自感感生电流泄放掉,从而消除干扰。经过比较,决定选用1N4007二极管作为续流二极管。1N4007为常用的硅整流二极管,常用于桥式整流电路,其最高反向耐压值为1000V。在8套CEMS装置探头吹扫电磁阀线圈反向并接续流二极管后,所有温度测点再没有发生过跳变现象,同时也没有温度变送器出现故障,显然问题得到了彻底解决。
    5 结束语
    脱硝系统温度测点出现跳变,根本的原因是设计的问题,即没有将测量回路和电气控制回路完全分开,导致形成干扰。在设备投用后再进行改造也比较困难,采用在电磁阀线圈两端并接续流二极管,可以消除干扰,使温度测点不再发生跳变,同时还保护了电路中其它的元器件,这种方法简便易行有效。希望通过文中对脱硝系统温度测点跳变的原因分析及解决,且能给电厂中类似问题的解决提供一个有价值的参考资料。
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