火电厂输煤系统中常见故障的原因与对策研究

一、引言

火电厂输煤系统承担着燃煤输送、筛分、破碎等核心任务，其运行状态直接影响机组出力与能耗水平。然而，受煤质波动、设备老化、环境粉尘等因素影响，输煤系统常出现输送带跑偏、撕裂、堵煤等故障，导致停机检修、煤损增加及安全风险 2。传统人工巡检与被动维护模式已难以满足现代电厂智能化运维需求。本文基于故障机理分析，结合工业物联网、AI 预测维护等新技术，提出全流程故障防控策略，为火电厂输煤系统的高效运行提供创新思路。

二、火电厂输煤系统常见故障原因分析

2.1 输送带跑偏

输送带跑偏是输煤系统最频发故障之一，主要由三方面因素导致：

设备安装偏差：滚筒与托辊中心线不平行、托辊安装角度偏移等机械误差，导致输送带受力不均 2。例如，某电厂因尾部滚筒制造精度不足，运行半年后输送带跑偏量达带宽的 15% ，造成撒煤量日均增加 2 吨。

物料分布不均：落煤管出口位置偏移或导料槽挡煤皮过宽，使煤流集中于输送带单侧，形成偏载。实测数据显示，偏载量超过输送带承载能力的 20% 时，跑偏概率提升 3 倍以上。

张力失衡：拉紧装置两侧拉力不一致或输送带长期运行后弹性模量变化，导致动态张力失衡。螺旋拉紧装置因锈蚀卡涩，常引发输送带局部松弛与跑偏 2。

2.2 输送带打滑与撕裂

打滑成因：驱动滚筒与输送带间摩擦力不足是主因，具体表现为：输送带预紧力不足（如车式拉紧装置配重缺失）、滚筒表面粘附煤泥降低摩擦系数、过载运行导致驱动力超限。某电厂因冬季滚筒结冰，打滑频率增加 40% ，直接影响上煤效率 2。

撕裂诱因：煤中混入金属异物（如螺栓、铁丝）刺穿输送带，或落煤管耐磨衬板翘起划伤带面。2020 年某厂 皮带因滚筒焊接缺陷开裂，引发皮带撕裂 30 米，直接损失 6.6 万元。

2.3 输煤系统堵煤

结构性缺陷：方形落煤管四角易积煤，缓冲锁气器动作不灵敏加剧堵塞。某电厂因落煤管倾斜角度不足（仅 45^∘ ），雨季堵煤频率高达每周 3次。

煤质影响：高湿度煤（含水率 >12% ）粘性增加，易粘附于管壁；掺烧泥煤时，煤流流动性下降 30% ，导致下料不畅。

设备老化：犁煤器升降机构卡涩、导料槽挡煤皮过宽阻碍煤流，均可能引发堵煤。

三、火电厂输煤系统故障防控对策

3.1 基于物联网的智能监测系统

多维度感知网络：部署振动传感器监测托辊异常（如轴承损坏）、激光位移计实时监测皮带跑偏量、红外热像仪检测滚筒温度 2。XKCON 祥控智能机器人搭载粉尘、CO 等多参数传感器，实现 24 小时无死角巡检，故障预警响应时间 <10 秒。

AI 视觉识别技术：采用高速摄像机与深度学习算法，自动识别皮带撕裂、异物卡阻等隐患 2。科远智慧 AI 系统通过激光条纹分析，可检测出0.5mm 以上的纵向撕裂，准确率达 99.2% 。

边缘计算与云平台：现场数据经边缘节点预处理后上传云端，利用大数据分析建立故障预测模型。某电厂应用该系统后，设备非计划停运次数下降 60% 。

3.2 新型材料与结构优化

耐磨抗粘材料：陶瓷滚筒包胶通过热硫化工艺将氧化铝陶瓷与橡胶复合，耐磨寿命达传统橡胶包胶的 10 倍，且表面凸点设计可自动碾碎污泥，避免打滑。宁夏某电厂应用 10 年未出现严重磨损 2。

落煤管改造：将方形落煤管改为流线型圆弧结构，内壁加装高分子衬板（摩擦系数 <0.15 ），配合空气炮清堵装置，使堵煤频率降低 80%2 。东营发电公司采用“干雾抑尘 .+; 烧结板除尘”双效治理，作业面粉尘浓度稳定

<5mg/m³ 。

3.3 智能控制与协同优化

自适应纠偏系统：基于 PID 算法的液压纠偏装置，可根据跑偏量自动调整三联托辊角度，响应速度 <200ms ，纠偏精度达 ±10mm 。

煤流均衡控制：通过称重传感器与变频器联动，动态调整给煤机出力，避免皮带过载。某电厂实施后，打滑故障减少 75% ，能耗降低 5% 。

智能调度策略：结合煤场三维建模与堆取料机路径优化，实现“抑尘 .+ 高效取煤”协同 2。大唐东营电厂通过优化门式刮板取料机路径，日均上煤效率提升 15% 。

四、火电厂输煤系统运维管理创新

4.1 预防性维护体系

状态检修机制：基于振动频谱分析技术，通过采集托辊、减速机等设备的振动信号，结合傅里叶变换分析频谱特征，可精准识别轴承磨损、齿轮啮合异常等潜在故障；油液监测则通过检测润滑油中的铁谱颗粒浓度、水分含量及粘度变化，判断设备内部磨损程度 2。

智能工单系统：依托输煤系统物联网平台，智能工单系统可自动抓取设备异常数据并生成维修任务，通过移动端 APP 向运维人员推送包含故障位置、历史维修记录、备件库存等信息的工单，并根据故障等级自动排序优先级。系统集成的 AR 远程指导功能，能让现场人员通过手机摄像头扫描设备，实时接收专家标注的故障点及操作指引，实现“隔空会诊”2。

4.2 人员技能升级与安全管控

数字化培训：采用 VR 仿真技术构建 1:1 还原的输煤系统虚拟场景，模拟输送带撕裂时的紧急停机操作、落煤管堵煤引发的粉尘爆炸处置、火灾事故中的疏散路径选择等高危场景，学员可通过手柄操作反复练习，系统实时评判操作规范性并给出改进建议 2。某电厂将该培训纳入月度考核，运维人员在虚拟场景中的操作失误率从初期的 35% 降至 15% ，实际作业中处理突发故障的平均时间缩短 50% ，成功避免了 3 起因操作不当可能引发的设备损毁事故。

行为识别预警：在输煤栈桥、滚筒区域等关键位置部署具备深度学习能力的 AI 摄像头，通过图像识别算法实时监测人员未佩戴安全帽、跨越防护栏、在运行设备旁逗留等违章行为，识别准确率达 98.5% 。一旦发现违规，系统立即触发现场语音告警（如“请注意：禁止翻越皮带”），同时向安全管理人员手机推送含时间、地点、行为截图的预警信息，自动记录至员工安全档案 2。

4.3 全生命周期数据管理

设备数字孪生：基于激光扫描技术构建输煤系统三维数字模型，通过部署在滚筒、电机、落煤管等设备上的数千个传感器，将温度、振动、压力等实时数据映射至虚拟模型，实现物理设备与数字副本的动态同步 2。该模型可模拟不同煤质、负荷下的系统运行状态，预测设备老化趋势，华能玉环电厂利用该技术提前 3 个月发现滚筒轴承游隙增大的隐患。

大数据决策支持：整合输煤系统 10 年以上的故障记录、检修数据、煤质分析报告及气象数据，运用随机森林算法挖掘故障与环境（如雨季湿度>85% ）、设备运行时长（如托辊累计运行超 5000 小时）的关联性，识别出输送带跑偏（雨季夜间）、堵煤（高湿度煤种）等高发故障的时空特征2。

五、结论

火电厂输煤系统故障防控需从“被动维修”向“主动预防”转型。通过物联网、AI、新材料等技术深度融合，可实现故障的精准诊断与超前治理 2。建议火电厂优先在易损设备（如滚筒、托辊）部署智能传感器，同步推进落煤管结构优化与耐磨材料升级。未来，随着 5G、数字孪生等技术的深化应用，输煤系统有望实现全流程无人化、智能化运维，为火电机组的安全高效运行提供坚实保障。

参考文献

[1] 吕茁. 火电 厂输煤 系统 设备 运行故 障分 析[J]. 中国 设备工程,2021,(12):68-69.