电厂磨煤机故障智能监测系统的设计与实现

（华电国际十里泉发电厂，山东 枣庄 277103）

0 引言

电力设备的运行状态直接关系着电网系统的安全性和稳定性。传统以人工为主的设备维修和管理方式，往往是在设备出现故障之后进行被动的维修，造成的损失难以估量，维修过程中的针对性和经济性较低，不仅维修工艺落后，设备使用寿命得不到有效提升，而且维护和保养费用较大。在现代技术的推动下，故障智能预警系统无疑是电厂设备状态检修发展的主要方向，以预防为主，重点进行设备状态检测，及时发现设备运行过程中的异常状态故障诊断进行有效预警，并与工作人员采取针对性的防治措施，最大限度的降低设备故障所造成的经济损失[1]。

1 磨煤机工作原理和常见故障分析

磨煤机主要是进行碾压、粉碎作用，为锅炉提供符合燃烧技术要求的煤粉，是火力发电中的核心设备。根据磨煤机转速不同可以分为低速磨煤机、中速磨煤机和高速磨煤机三种类型。其中低速磨煤机转速为18～25r/min，该磨煤机对原料的要求不高，适用性广，维修保养方便，但是耗电量较高，内部金属球磨损量较大，常见的低速磨煤机包括单进单出钢球筒式磨煤机、双进双出筒式磨煤机。中速磨煤机转速通常为60～300r/min，具有煤粉细度可以进行调节，安全性高，噪声小，耗电低，占地面积小等优势，但是中速磨煤机结构复杂，原料中的杂质对其影响较大，易引发部件损坏，并且维修成本较高，常见的中速磨煤机为碗式磨煤机；高速磨煤机转速为500～1500r/min，具有结构简单，尺寸小、金属损耗量小等优势，但是叶轮和叶片的磨损较快，维修保养周期短、成本高，常见的高速磨煤机为风扇式磨煤机。中速磨煤机在火力发电过程中使用较为广泛，本文以碗式中速磨煤机为例，分析其主要工作原理和常见故障类型：

1.1 工作原理

碗式中速磨煤机主要由分离装置、碾磨机构、驱动装置和润滑系统组成。驱动装置为整个碾磨系统提供动力，碾磨机构由磨辊和磨盘组成，原煤在磨辊与磨盘之间相互作用下挤压和研磨，然后移动至分离区域，通过带有一定温度的热风将碾磨好的煤粉带入锅炉中，而较大块状的煤料则受重力影响落入碾磨区域内，再次进行碾磨。原煤中的石子、木棍、金属等杂物从磨碗边缘溢出，被刮板清除至磨煤机外。碗式中速磨煤机结构如下图1所示。

1.2 常见故障分析

磨煤机内部着火故障的产生，是由于设备内部煤粉以及大量易燃物的堆积，当温度达到一定值后，遇明火会快速燃烧。发生该故障时，磨煤机出料口温度急剧升高，磨煤机内部结构容易出现损坏。磨煤机着火时，需要立即切断磨煤机电路，停止磨煤机继续运转，同时关闭热风机，手动控制给煤量。如果磨煤机内部温度仍然持续上升，需要进行冷水降温，确保磨煤机内部火灾征兆消失，出口温度下降，待设备完全冷却后，打开检修窗进行清理[2]。

磨煤机振动异常是常见的故障之一，磨煤机运行过程中常伴有较大振动或者金属撞击声。产生原因包括：原煤中含有较大的石块与磨辊发生碰撞，导致磨辊受力不均匀，在运转过程中产生异常振动和异响。另外，由于气封损坏，导致轴承工作温度生高，润滑油出现泄漏或者污染，润滑效果不佳也会造成异常振动。出现该故障时，需要减少给煤量，检查并及时清理异物，加强煤炭异物分拣工作，确保磨煤机磨盘上有一定的煤层厚度。

碾磨机构是磨煤机核心部分，也是故障发生率较高的区域，长期在恶劣工况下运行，容易出现各种磨损，其中刮板断裂是也是常见故障。设备运行过程中出现刮板断裂会导致原煤中的杂物清理不及时，杂物大量堆积会影响煤质，同时也会进一步加速设备磨损程度并且会引起更为严重的安全隐患。出现刮板断裂时，需要立即停止设备运行，待设备冷却后及时进行更换[3]。

煤粉过细会导致大量煤粉堆积在设备内造成磨煤机卡塞，出粉过粗则会导致给煤量减少，造成磨辊与磨盘之间的煤层厚度不均匀。给煤量异常故障主要原因是出料口堵塞或者磨煤机压差增加。当磨煤机出现堵煤故障时，磨煤机出料口风压、风量、磨煤机给煤量、磨出口温度、磨煤机电流、加载电压等参数均有较大幅度的下降。磨煤机堵煤会造成煤粉炉燃烧不稳定，缺料和少料情况严重时会出现熄火保护，导致磨煤机跳闸；落煤管以及给煤机出口堵塞，会造成少煤或断煤故障。当发生该故障时，给煤量严重不足，磨辊和磨盘之间由于缺少研磨料，发生金属研磨的声音并伴有异常的机械振动。

2 磨煤机故障智能监测系统设计

磨煤机故障智能监测系统是利用现代化的科学技术，通过对磨煤机运行状态进行实时监控，采集状态参数信息，分析设备运行状态是否存在异常并进行有效预警，帮助工作人员主动进行设备维护工作。下面就对磨煤机故障智能监测系统的设计进行详细分析：

2.1 系统结构功能设计

电厂磨煤机故障智能监测系统通过离线和在线监测两种方式对磨煤机运行状态和参数进行监测和分析，结合数据库中的历史信息进行综合评估，得出故障诊断的结论。电厂磨煤机故障智能监测系统主要由状态监测模块、数据库以及故障诊断模块组成。状态检测模块是通过设备传感器对磨煤机运行状态参数进行实时采集，进行可靠性分析及时发现设备存在的安全隐患[4]。故障诊断模块主要工作内容包括故障监测、故障识别、故障分析以及故障预警。该模块从状态检测模块中获取设备故障的参数信息，通过数据库中的历史数据进行推理并得出诊断结果，通过人机交互界面反馈给设备管理人员，便于采取有效的维护措施。

2.2 故障预警设计

电厂磨煤机故障智能监测系统具有高效的故障分析和判断能力。采集磨煤机运行状态参数信息并且参考历史数据进行对比分析，判断设备运行状态是否存在异常，得出科学合理的维修方案。故障分析模块可以根据数据库中的历史数据信息得出磨煤机各种故障模式、征兆、原因以及故障造成的影响，根据不同的故障类型选择针对性的处理和预防措施。电厂磨煤机故障智能监测系统流程如下图2所示。

3 磨煤机故障智能监测系统应用

电厂磨煤机故障智能监测系统通过对设备运行状态参数进行评价，通过数据库诊断和分析输出结果。通过人机交互界面，提供方便快捷的输入方式，用户只需要根据屏幕显示的状态信息进行选择。故障诊断界面会显示诊断和清除按钮，诊断按钮可以根据输入的信息进行故障诊断，经过神经网络系统分析输出故障类型，得出故障发生的原因，然后进一步点击相应的故障按钮就可以获得故障维护的措施。例如出现磨煤机入口温度高故障时，可以点击诊断，显示磨自燃并且显示磨煤机磨出口温度存在异常，并根据分析结果判断为入料口冷热风配比不当，研磨后没有及时清理残渣，导致积粉自燃。清除按钮主要是恢复界面的初始状态。磨煤机故障诊断系统是对设备异常工况进行分析，有效排查故障并进行定位[5]。现阶段，磨煤机故障诊断系统的功能日趋完善，但是仍处于开发阶段，还有许多问题需要通过深入研究得到改善，提升神经网络预测模型的更新速度，完善和扩充故障诊断策略和知识规则，改进故障诊断和定位方式，实现故障诊断自动学习功能。

4 结论

综上所述，磨煤机在火力发电中有着非常重要的作用，作为粉煤炉辅助设备，为锅炉提供满足燃烧条件的煤粉。磨煤机运行状态对电力系统的安全运行有着直接影响。因此，对于磨煤机的故障诊断和维护就显得至关重要。本文详细介绍了电厂磨煤机故障智能监测系统的设计与实现。通过对磨煤机常见故障进行分析，建立故障分析诊断模型，然后通过故障智能监测系统对磨煤机运行状态的实时监测，结合数据库中的历史信息对磨煤机常见故障进行分析，设定故障参数信息，制定磨煤机故障诊断策略和规则，实现电厂磨煤机故障的快速诊断和准确定位。