淺談電廠鍋爐吹灰系統(tǒng)控制方式及應(yīng)用

董學(xué)全 廣東茂名熱電廠 525011

淺談電廠鍋爐吹灰系統(tǒng)控制方式及應(yīng)用

董學(xué)全 廣東茂名熱電廠 525011

闡述了電廠鍋爐吹灰控制系統(tǒng)的發(fā)展階段，目前普遍使用的PLC控制的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了吹灰控制系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)DCS控制的優(yōu)勢(shì)。

PLC;DCS 獨(dú)立分布控制;集中分布控制;分散控制系統(tǒng)

一、吹灰的必要性以及吹灰控制系統(tǒng)的重要性

電廠鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，燃料中不可燃的礦物質(zhì)在燃燒過(guò)程結(jié)束后成為灰渣，其中一部分沉積并掉入撈渣機(jī)內(nèi)，大部分細(xì)小的灰粒隨煙氣一起流動(dòng)，沉積在爐膛輻射受熱面或后部對(duì)流受熱面上，時(shí)間一長(zhǎng)成為疏松的積灰層或較堅(jiān)硬的渣層，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)形成結(jié)焦，危及鍋爐的安全運(yùn)行。所以大型鍋爐都會(huì)在水冷壁、對(duì)流受熱面及空氣預(yù)熱器處裝設(shè)吹灰器。常用的吹灰器有蒸汽吹灰器、燃?xì)饷}沖激波吹灰器、聲波吹灰器。本文以蒸汽吹灰器為例。

目前在全國(guó)的電廠中，隨著節(jié)能減排、上大壓小政策的實(shí)行，大容量機(jī)組已較為普遍，那么相應(yīng)的大型鍋爐就需要上百臺(tái)乃至更多的吹灰器，在鍋爐的吹灰過(guò)程中,存在兩個(gè)問(wèn)題：1如果整個(gè)鍋爐一臺(tái)一臺(tái)吹，全部吹灰一遍需要很長(zhǎng)時(shí)間，而且耗費(fèi)太多人力物力，既不經(jīng)濟(jì)又無(wú)效率可言；2 如果想要整個(gè)過(guò)程中鍋爐的熱傳遞效果達(dá)到最佳值 ,同時(shí)又防止局部過(guò)熱,使生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到最優(yōu)，一般需要采用吹灰器定時(shí)吹灰的方法。有鑒于此，就要求整個(gè)吹灰系統(tǒng)有一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)完成吹灰，一方面，節(jié)省值班人員的操作負(fù)擔(dān)，另一方面，使整個(gè)吹灰過(guò)程更加科學(xué)、合理、快捷。

二、吹灰控制系統(tǒng)的兩個(gè)發(fā)展階段

2.1 獨(dú)立式分布控制方式

早期的時(shí)候，自動(dòng)化水平較低，控制元件沒(méi)有現(xiàn)在的高集成度，基本都是靠各個(gè)元件組成回路來(lái)控制吹灰，每個(gè)吹灰器都有各自的正、反轉(zhuǎn)接觸器，過(guò)載繼電器，前、后到位開(kāi)關(guān)，各有自己的控制系統(tǒng)，單個(gè)吹灰器投運(yùn)不受其他吹灰器是否運(yùn)行影響，這種控制方式叫做獨(dú)立式分布控制方式，這種控制方式吹灰過(guò)程較為自由，但鍋爐吹灰器需使用多個(gè)接觸器、繼電器、電流變送器等元器件及輸入輸出通道和卡件、電纜，使控制裝置復(fù)雜，整個(gè)吹灰過(guò)程也繁瑣拖沓，占用了運(yùn)行人員太多精力，效率很低。有些建了幾十年的老廠的吹灰系統(tǒng)就采用了這種用繼電器控制鍋爐吹灰器的方式，故障率高，可靠性差，不僅使運(yùn)行人員操作起來(lái)負(fù)擔(dān)較重，維護(hù)人員維護(hù)時(shí)，也需要較大的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2 集中式分布控制方式

近些年隨著PLC技術(shù)的日益發(fā)展，越來(lái)越多的鍋爐吹灰系統(tǒng)開(kāi)始使用PLC技術(shù)，在采用了PLC技術(shù)進(jìn)行控制吹灰系統(tǒng)后，可以將若干吹灰器組成一組，每組吹灰器共用一組正反轉(zhuǎn)接觸器和過(guò)載繼電器，而每個(gè)吹灰器又各有一個(gè)接觸器和前、后行程開(kāi)關(guān)，所有前行程開(kāi)關(guān)合并為一個(gè)信號(hào)，所有后行程開(kāi)關(guān)合并為一個(gè)信號(hào)，輸入可編程控制器。這種控制方式叫做集中式分布控制方式。

2.2.1 如果采用這種集中式分布控制方式，首先可以節(jié)約很多卡件、器件以及大量電纜，并且節(jié)省系統(tǒng)控制柜的空間。其次，可編程控制器PLC是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)控制裝置，由于其相對(duì)來(lái)說(shuō)可靠性高、適應(yīng)性好、配置靈活、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝和維護(hù)相對(duì)方便等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)。集中分布控制方式優(yōu)點(diǎn)在于，將多臺(tái)吹灰器分成若干組，每組采用集中分布控制，同時(shí)從系統(tǒng)母管中把各組母管引出，且盡量靠近總管壓力控制器站，有助于同時(shí)投運(yùn)多臺(tái)吹灰器時(shí)減少壓力損失。實(shí)際應(yīng)用中，將吹灰器分為左前、右后兩側(cè)，同側(cè)吹灰器共用一個(gè)前行程開(kāi)關(guān)信號(hào)和一個(gè)后行程開(kāi)關(guān)信號(hào);因長(zhǎng)吹和短吹的馬達(dá)功率不同，從電氣控制方面講又把每側(cè)分成長(zhǎng)吹和短吹兩組，每組共用一個(gè)過(guò)載繼電器和一對(duì)方向接觸器。這樣既節(jié)省了投資成本，又可靈活控制，也提高了吹灰效率。

2.2.2 PLC相對(duì)來(lái)說(shuō)具有其先進(jìn)性，但同時(shí)也有著較明顯的缺點(diǎn)。因?yàn)橐唤M吹灰器需要共用一對(duì)方向接觸器和一個(gè)過(guò)載繼電器，吹灰過(guò)程中一旦方向接觸器出現(xiàn)故障或過(guò)載繼電器動(dòng)作，整組吹灰器就不能工作。又因?yàn)檫M(jìn)到位、退到位行程開(kāi)關(guān)信號(hào)串到一個(gè)回路，若任何一個(gè)吹灰器的進(jìn)到位或者退到位行程開(kāi)關(guān)故障，或者信號(hào)線(xiàn)短路、接地，不易查出是哪個(gè)吹灰器故障。有一個(gè)典型的真實(shí)案例：在一次吹灰過(guò)程中，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)程控走到短吹時(shí)就停止，畫(huà)面上顯示“正在吹灰”，但一直不見(jiàn)有短吹啟動(dòng)吹灰。當(dāng)深入檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有進(jìn)到位的信號(hào)進(jìn)入PLC，按正常程序，當(dāng)進(jìn)到位時(shí)到位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，槍體退回，進(jìn)到位信號(hào)消失，退到位之后下一臺(tái)吹灰器啟動(dòng)。但該進(jìn)到位信號(hào)一直存在，沒(méi)有消失，繼電器保持吸合，串進(jìn)進(jìn)槍回路的節(jié)點(diǎn)一直斷開(kāi)，無(wú)法接通，所以其他吹灰器也無(wú)法啟動(dòng)，因?yàn)樵摯祷蚁到y(tǒng)的進(jìn)、退到位信號(hào)是多臺(tái)吹灰器并在一起串進(jìn)回路的，所以只得到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)短吹灰器進(jìn)行逐個(gè)檢查，最后發(fā)現(xiàn)有一臺(tái)短吹的進(jìn)到位開(kāi)關(guān)動(dòng)作之后，槍體退出而到位開(kāi)關(guān)沒(méi)有斷開(kāi)，才造成了其他短吹無(wú)法啟動(dòng)。所以說(shuō)進(jìn)到位、退到位限位開(kāi)關(guān)發(fā)生不斷開(kāi)或不接通等故障時(shí)，吹灰器持續(xù)運(yùn)行，一旦長(zhǎng)時(shí)間停留在爐膛中而不能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行人員無(wú)法發(fā)現(xiàn)而不能采取相應(yīng)措施，造成燒毀、吹破鍋爐壁管的事故發(fā)生，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行極為不利。其次，其控制程序可修改性較差，再加上不同廠商的技術(shù)機(jī)密原因，有時(shí)只能讓廠家過(guò)來(lái)處理。用于各種等級(jí)性能范圍的可編程序控制器西門(mén)子S7系列PLC，速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高，在我國(guó)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，可是它在實(shí)際使用過(guò)程中也仍然擺脫不了上述種種問(wèn)題。

三、DCS控制系統(tǒng)在吹灰系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前大多數(shù)電廠的鍋爐吹灰系統(tǒng)還是使用PLC來(lái)控制吹灰器的運(yùn)行。不過(guò)隨著DCS控制系統(tǒng)被各種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用, 使用高級(jí)語(yǔ)言編程的技術(shù)優(yōu)勢(shì)慢慢凸顯出來(lái)，而這種優(yōu)勢(shì)足以使吹灰系統(tǒng)這類(lèi)控制變得更為簡(jiǎn)單靈活、科學(xué)高效。

對(duì)吹灰系統(tǒng)的控制通過(guò)DCS 來(lái)實(shí)現(xiàn), 一方面可以提高控制對(duì)象的安全性和可靠性,另一方面可以使運(yùn)行值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大為降低,減少集控室內(nèi)操作員站的個(gè)數(shù)。控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù), 與DCS 控制系統(tǒng)其他子系統(tǒng)和工程師站、操作員站掛接在同一條數(shù)據(jù)高速公路上, 做到數(shù)據(jù)共享。其開(kāi)放友好的操作界面使運(yùn)行人員操作起來(lái)得心應(yīng)手, 整個(gè)吹灰系統(tǒng)的吹灰過(guò)程一目了然。

現(xiàn)以新華控制工程有限公司的XDPS-400為例，它具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）采用模塊化組態(tài)，對(duì)程控進(jìn)行組態(tài)極為方便，可以根據(jù)具體工藝要求設(shè)置任何功能；

2）XDPS能應(yīng)用于各種工業(yè)過(guò)程對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)控，構(gòu)成的系統(tǒng)可大可小，多至250個(gè)節(jié)點(diǎn)，少至只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)；

3）XDPS具有60多種預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)算法塊，包括各種PID、自整定控制模塊、算術(shù)邏輯運(yùn)算、手操器、開(kāi)關(guān)操作器、超前滯后、數(shù)字邏輯等，系統(tǒng)集過(guò)程控制、順序控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視和記錄分析功能于一體；

4）運(yùn)行人員操作簡(jiǎn)單、人機(jī)界面開(kāi)放友好、系統(tǒng)脈絡(luò)清晰、監(jiān)控信息豐富。

采用DCS系統(tǒng)以后可以有效地降低吹灰系統(tǒng)的故障率，完善吹灰器的故障報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)追憶功能，而且由于DCS系統(tǒng)具有控制器物理位置分散、系統(tǒng)功能分散、控制功能分散和顯示、操作、記錄、管理集中的優(yōu)點(diǎn)，形成了一個(gè)功能更加完善且具有決策管理性能的新型分布式控制系統(tǒng)，使操作員站具備與熱控系統(tǒng)XDPS-400操作員站同樣的功能，不但提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，而且也方便了運(yùn)行人員監(jiān)控，并且，如果工藝要求另有改進(jìn)，則可以隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行修改。

舉一些較為典型的例子，像固旋吹灰器沒(méi)有進(jìn)退伸縮，只是在原地旋轉(zhuǎn)吹灰，一旦限位開(kāi)關(guān)不能動(dòng)作或者卡澀，吹灰器槍體則會(huì)在爐內(nèi)一直吹掃管壁；又或者過(guò)載熱繼電器沒(méi)有動(dòng)作，類(lèi)似于這兩種情況，運(yùn)行人員在操作員站的CRT上無(wú)法監(jiān)控到反饋信息，熱工人員也無(wú)法在PLC的程序里迅速及時(shí)進(jìn)行檢查，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行造成一定的影響。而用DCS則根本不存在這樣的情況，經(jīng)過(guò)對(duì)吹灰系統(tǒng)的組態(tài)，可以在控制畫(huà)面上顯示吹灰器自始至終的運(yùn)行過(guò)程。這樣當(dāng)再有吹灰器因啟動(dòng)失敗或啟動(dòng)后行程開(kāi)關(guān)卡澀，接點(diǎn)未閉合或未斷開(kāi)的情況，運(yùn)行人員可以在CRT上看得一清二楚，這樣就可以及時(shí)地通知檢修人員去處理，而不影響下次的程控啟動(dòng)，有時(shí)甚至可以避免事故的發(fā)生。

四 結(jié)束語(yǔ)

目前，雖然只有少數(shù)電廠比如陡河發(fā)電廠、浙江長(zhǎng)興電廠、寧夏中寧發(fā)電有限責(zé)任公司等單位的吹灰控制系統(tǒng)使用了DCS或者進(jìn)行了DCS改造，但是以上各電廠良好的使用效果已經(jīng)有力地證明了采用DCS控制系統(tǒng)來(lái)控制吹灰器進(jìn)行吹灰是非常成功的，也可以預(yù)見(jiàn)將DCS控制技術(shù)納入吹灰系統(tǒng)必定能成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。

[1]王達(dá)峰.應(yīng)劍.大型鍋爐吹灰探討[J].浙江電力.2001,(3)

[2] 夏堅(jiān). 吹灰器的DCS程序控制[J]. 化工自動(dòng)化及儀表.2003, (02)

[3]張洪, 須文波, 劉飛. 吹灰器優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表.2004, (05)

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.039