1神华国华寿光发电有限责任公司 262714；2上海克莱德贝尔格曼机械有限公司 200082
摘要：传统的蒸汽吹灰器维护模式需要配置大量人员在设备运行时监护，且不能保证能够发现设备潜在的缺陷。通过在吹灰器本体上安装采用工业物联网技术的吹灰器运行监控系统，可以及时采集并分析数据。有利于及时准确找到吹灰器存在的缺陷，为吹灰器运行和维护提供有效的参考信息，提高吹灰系统的可靠性。
关键词：燃煤锅炉；物联网；蒸汽吹灰器故障诊断
Industry IoT equipment for steam soot blowers in coal-fired boilers
Abstract：Traditional coal-fired boiler steam soot blower inspection has high labor cost and cannot effectively find the problems.After installation of the industry IoT（Internet of Things）equipment for steam soot blowers，the soot blower operation monitoring system can collect and analyses the equipment operation data.The system can find the equipment problems for steam soot blowers which is great help for the operation and maintenance.Meanwhile the system also improves the reliability of soot blowers.
Key Words：Coal-fired boiler；Industrial Internet of Things；Steam soot blower problem detect
1.引言
锅炉蒸汽吹灰器是清洁锅炉受热面的主要设备，其在锅炉上的安装情况呈现数量大、位置分散的特点。而蒸汽吹灰器本身由于采用高温高压过热蒸汽作为吹扫介质，投运时需要伸入锅炉内部工作。在这种恶劣工况下吹灰器很容易在运行过程中损坏。这些特点大大增加了运行监控及维护的工作量，这也是目前锅炉吹灰器运行维护工作需要大量人力投入的原因。更为危险的是，一般情况下运行维护人员不容易察觉到锅炉吹灰器的潜在故障，使得吹灰器处于带病运行的状态，甚至造成锅炉受热面的损坏。[1] 因此迫切需要能够实时掌握吹灰器运行状况，通过专业分析以排除危险隐患。
神华国华寿光发电有限责任公司在2台1000MW超超临界燃煤锅炉高温烟气区域48台超长吹灰器上应用了工业物联网产品，提升了长吹灰器的可靠性，实现了多维度的监控，提高了运行维护水平。
2.工业物联网及产品应用
工业物联网是工业领域的物联网技术。它是将具有感知、监控能力的各类采集、控制传感器或控制器，以及移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节，从而大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段的一种技术。
2.1系统方案
寿光电厂2台1000MW超超临界燃煤锅炉高温烟气区域的所有超长吹灰器共48台，是由上海克莱德贝尔格曼机械有限公司设计和提供吹灰器运行监控系统。该监控系统配备了数据采集装置（DTU），用于采集吹灰器运行信号、电机电流及吹灰器内管外壁温度的设备。该设备集成在接线盒内，接线盒本身可以固定在吹灰器罩壳上。所有数据采集装置通过单向的UDP通讯协议和消息服务器通信，将吹灰器运行数据储存在时序数据库中供数据分析服务器调用。另外吹灰器运行监控系统所采集到的数据将通过组态按现场吹灰器的排布显示每台吹灰器的运行情况、提升阀后温度以及电机的电流，可以通过网页或安卓手机端app查看吹灰器的实时情况。该安装方案有安装方便，工期短的特点。避免了以往有线架构方案安装耗时长、布线复杂、另外购置板卡成本高的缺点。网络架构如下图所示：
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图 1：吹灰器运行监控系统的网络架构
2.2物联网数据采集装置
燃煤锅炉蒸汽吹灰器上采用的物联网数据采集装置（Data Transfer Unit，DTU）设备是一种物联网无线数据终端，利用公用蜂窝网络为用户提供无线长距离数据传输功能。目前已有一些燃煤电厂在机组的远程诊断和设备检测上应用同类技术。[2][3] 该产品采用高性能的工业级位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，低功耗设计。数据采集装置提供8路I/O，可实现数字量输入输出、热电偶输入、应变片信号输入、4-20ma无源信号输入等功能。
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图 2：数据采集设备（DTU）的应用
2.3系统的网络安全
吹灰器运行监控系统的设计充分考虑了寿光电厂对运行安全的需求。该系统设计原则是所有传感器均为独立安装，不和现有控制和信息系统有接触。系统专用的信号采集设备也是根据该设计原则定制的机型，本身只能采集信息无法输出控制信号。
寿光电厂的方案中，运行数据采样装置和锅炉吹灰器的联系如下表：
表格 1：运行数据采样装置和锅炉吹灰器的隔离措施
由于有物理的隔绝手段并且DTU本身只能接收信息无法输出控制信号，这样保证了无法通过DTU来影响吹灰器的正常运行。
另外，为了保证用户数据安全还采取了下面的手段：
1）服务器与外网接口部分都布置有防火墙，可以有效隔离恶意访问。
2）采集的数据在DTU设备端加密后直接通过移动网络发到指定的服务器，没有相应的加密和解密算法是没法知道数据的具体内容。
3）所有上公网的数据除了带有DTU的序列编号外，没有任何电厂相关的信息，这些数据对第三方是无用的数据。
2.4系统的实施
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图 3：手机APP端吹灰器运行监控系统的组态图
在每台锅炉高温区蒸汽吹灰器安装运行数据采集装置后，为设备送电。在后台根据采集设备的ID号配置消息服务器、数据库服务器，并做画面组态。吹灰器运行的实时数据可以通过手机APP实时查看。
3.数据分析
3.1阀后温度数据分析
温度的测量采用热电偶而非日常吹灰器巡检中的红外线测温，是由于吹灰器内管为不锈钢材质且表面一般都很光滑。测量光滑表面的红外辐射时不但有发射辐射还存在反射辐射，所以用红外测温枪测量时需要根据内管表面情况调整设置才能测得准确。否则测得的温度会偏低，导致不能发现阀门内漏的问题。
数据采集设备每10秒采集一次吹灰器提升阀阀后温度。由于温度测点是吹灰器升阀阀阀后内管的外壁，所以温度测得值容易受到环境温度以及空气对流的影响。根据当地气象站资料，当地平均温度为12.7℃，极端最高气温为39.7℃，极端最低气温为-22.3℃。使用传统的实时温度与固定阈值对比判断阀门是否泄漏存在误判风险。在夏季环境温度过高时阀后温度也普遍偏高，容易误报阀门泄漏。而在冬季环境温度过高时阀后温度也普遍偏低，容易产生阀门微漏也不报警的情况。因此考虑到锅炉高温区域的吹灰器都使用一路蒸汽汽源，所以在吹灰器运行期间温度的变化是一致的。通过算法优化排除吹灰蒸汽母管不通蒸汽和吹灰器运行的工况后找出在吹灰蒸汽母管通蒸汽时实时温度超过平均温度的阀门。通过分析全天的数据，取每分钟阀后温度的均值做对比。如果阀后温度超过平均温度的频次超过720次，则判断阀门有泄漏情况。
为吹灰器在对应的时间段内的平均温度，
公式 1：判断吹灰器阀门泄漏的公式
吹灰器运行监控系统运行后第一个月就发现泄漏严重（阀后温度超过80℃）的提升阀2台，有泄漏情况的提升阀（阀后温度超过70℃）8台。这些阀门的泄漏情况均得到现场验证，并已做好维护工作。
3.2电流采集数据分析
通过采集吹灰器运行时的电流参数并将同一台吹灰器在一段时间内数次运行的电流曲线放在一张图中就能表现出该吹灰器的日常运行电流变化情况。如图 4所示，2号炉超长吹SL01从2020年2月10号到2月19号的10天内运行了14次，多次运行的电流曲线叠加起来就体现了该吹灰器在运行时的电流特征曲线。由于超长吹在行程后段行走箱有变轨所以SL01在行程的后段电流会比更高，符合超长吹运行的特点。如图 5所示，2号炉的SL25在同一时间段共运行了7次，但是各次运行的电流曲线重合度低，数值规律性很差。经现场检查发现该台吹灰器的链条张紧装置没有调整好，运行时吹灰器的传动链条一直处于跳动状态，导致电机电流不稳定。链条张紧机构松动后容易造成每次转动的冲击力大，影响转动链条的寿命。如果没有及时发现也容易导致吹灰器投运效果差甚至损坏吹灰器行走机构。现场调整后电流曲线如图 6所示，其运行电流曲线比调整链条张紧机构之前明显好转。另外通过对吹灰器电流曲线的长期监控，很容易发现运行电流慢慢变大的吹灰器。及时检查这些电流异常的吹灰器，为设备做好润滑维护可以提高吹灰器运行的可靠性。
图 6：2号炉 SL25调整链条张紧机构后的电流曲线
4.结束语
工业物联网技术在寿光电厂1000MW超超临界燃煤锅炉蒸汽吹灰器运行监控系统的实施，能够实时对寿光电厂锅炉高温区域的超长蒸汽吹灰器的运行数据进行智能分析。有利于及时准确找到吹灰器提升阀泄漏、传动机构故障以及齿轮箱润滑不够等缺陷，为吹灰器运行和维护提供有效的参考信息，便于及时消除吹灰器潜在缺陷，提高吹灰系统的可靠性。
参考文献：
[1]陈治龙.吹灰器故障对锅炉设备的影响及改进措施[J].华东电力，2002（09）：67-68.
[2]刘春雨，贾启月，郭占纬，张兰生，刘斯曼，曹定华，李成志，赵伟平.基于工业物联网技术的设备检测系统在火电厂的应用[J].电力设备管理，2020（06）：80-82.
[3]史恒惠，夏静，李海军.基于物联网的火电机组远程诊断服务实践[J].中国高新技术企业，2016（01）：131-134.