電廠氣膜煤場可靠性配置及控制邏輯研究

贛浙國華信豐發電有限責任公司 肖 賓

氣膜建筑，指的是用特殊膜材料做成封閉空間，內部不需要任何類似于柱子、桁架支撐，完全依靠風機向氣膜內吹氣，使氣膜內壓力高于大氣壓力，使氣膜支撐起來的一種新興的建筑。從氣膜建筑的結構特點分析，需要風機持續運行向氣膜內充氣維持氣膜內外差壓恒定結構的穩定，風速、雨雪等極端天氣均有可能影響氣膜的安全運行。因此，研究設計一套氣膜煤場安全智能化控制邏輯，通過自動調節氣膜內外差壓恒定，維持氣膜煤場的穩定具有重要意義。

1 項目概況

電廠煤場為全封閉氣膜煤場，采用PDVF膜材實現氣膜全封閉，長330m、寬124.7m、高45m，氣膜煤場共設計有2個汽車門、4個旋轉門、8個應急門，正常運行時需維持膜內外差壓在250Pa左右，最大膜內外差壓力小于550Pa。共設計有20臺風機向膜內充氣，維持氣膜煤場穩定，其中#1、#2為變頻風機，#3～#20為工頻風機，氣膜煤場充氣成功后，由變頻風機調節膜內壓力穩定在250Pa。

氣膜煤場充氣成功后，需多臺風機持續運行維持氣膜內外差壓穩定，考慮到氣膜風機電源配置的可靠性，20臺風機的電源分3組分別從不同電源點取電，其中#1、#5、#11、#13、#17、#18、#19、#7風機電源取自輸煤MCC A段，#2、#4、#8、#10、#12、#14、#16、#6風機電源取自輸煤MCC B段，#3、#9、#15、#20風機電源取自保安段。保證任何兩路電源失電，均能滿足4臺風機運行。

2 控制邏輯設計

2.1 氣膜壓差控制

為確保氣膜內外差壓控制穩定，共配置了3個壓差傳感器，用于檢測氣膜內外差壓，3個壓差傳感器經過三取中后，確保壓差信號穩定可靠，作為PID調節器的輸入，通過變頻風機調節氣膜內壓差衡定。

2.2 氣膜內環境控制

氣膜煤場內存儲了大量的燃煤，上煤和卸煤期間會產生大量的粉塵，同時煤場內煤堆內會揮發出CO、瓦斯等有毒氣體，尤其是在夏天有毒氣體的溶度可能更高，這將嚴重危害在氣膜巡檢及工作人員。為了有效檢測氣膜內部有毒有害氣體濃度，氣膜煤場共設計了12個CO傳感器、12瓦斯濃度傳感器、12個粉塵濃度傳感器，用于檢測氣膜煤場內環境，并在邏輯設計了粉塵濃度高聯動與其距離最近的射霧器降低煤場內粉塵濃度，減少粉塵對作業人員造成危害[1-2]。

2.3 氣膜煤場設備連鎖及自動控制

為統籌安排氣膜風機運行均衡，氣膜安全智能化設計考慮了20臺氣膜風機的輪換控制，對每一臺風機的運行時間都進行累計計算，當一臺風機故障跳閘時，將聯鎖啟動非跳閘風機MCC段運行時間最短的風機，以確保每臺風機運行時間均衡[3-4]。

2.3.1 保安風機

保安段的#3、#9、#15、#20風機采用上位機手動運行，兩用兩備，聯鎖狀態下#3與#9保安風機互為聯鎖熱備，#15與#20保安風機互為聯鎖熱備。

2.3.2 變頻、工頻風機

啟動控制邏輯。自動模式投入&主控變頻風機頻率＞48Hz&且氣膜壓差平均值＜設定值20Pa時，DCS控制系統會延時90S啟動一臺運行時間最短的工頻風機（系統自動進行時間比較）；若工頻風機啟動后變頻風機頻率仍＞48Hz且氣膜壓差＜設定值20Pa，繼續啟動運行時間最短的工頻風機，直至壓差達到設定值-20Pa以內。

停運控制邏輯。自動模式投入&主控變頻風機頻率＜35Hz且氣膜壓差＞設定值30Pa時，DCS控制系統會延時90S停運一臺運行時間最長的工頻風機（系統自動進行時間比較）；若工頻風機停運后主控變頻風機頻率仍舊＜35Hz且氣膜壓差＞設定值30Pa，繼續停運運行時間最長的工頻風機，直至壓差達到設定值+30Pa以內。

2.3.3 氣膜壓差一級報警

壓差低一級報警。氣膜壓差＜設定值-50Pa時，DCS控制系統報警窗提示“氣膜壓差一級報警”，在氣膜壓差低一級報警時不允許開排風閥、停運風機；壓差高一級報警。氣膜壓差＞設定值+50Pa時，DCS控制系統報警提示“氣膜壓差一級報警”，在氣膜壓差高一級報警時不允許關排風閥、啟動風機。

2.3.4 氣膜壓差二級報警

氣膜壓差低二級報警。當氣膜壓差＜200Pa時觸發氣膜壓差低二級報警，在氣膜煤場DCS控制系統報警提示“氣膜壓差二級報警”，DCS控制系統保護邏輯動作，強制關閉所有排風閥，延時10s啟動一臺工頻風機直至氣膜壓差恢復到250Pa以上；氣膜壓差高二級報警。當氣膜壓差高于550Pa時觸發氣膜壓差高二級報警，此時氣膜煤場DCS控制系統報警提示“氣膜壓差二級報警”，DCS控制系統保護邏輯動作，強制打開所有水平排風閥，延時10s停運一臺工頻風機直至氣膜壓差恢復到450Pa以下。

2.3.5 其他說明

氣膜壓力自動調節，需實現兩臺變頻風機間無擾切換，當一臺變頻分機跳閘時，另一臺變頻風機聯鎖啟動，并自動跟蹤跳閘風機頻率指令；氣膜壓差信號為：三個壓力信號三取中；優先級：壓差調節優先級最高，各傳感器濃度聯來排風閥優先級其次。

2.4 風速聯動排風閥及風機控制邏輯

氣膜壓差自動模式下氣膜壓差根據風速進行自動選擇，如表1所示。

表1 風速聯動排風閥及風機控制邏輯

2.5 風機啟停控制邏輯

保安段：4臺保安風機正常運行時兩用兩備；工作段：16臺風機，2臺變頻風機正常運行一臺，另一臺聯鎖熱備。參與自動控制的14臺工頻風機，MCCA段為主段，當需要啟動奇數臺時，A段風機優先，啟動偶數臺時先啟A段、再啟B段風機，依次交替進行；根據控制邏輯每次啟動運行時間最短風機、每次停運行時間最長風機（系統自動進行時間比較）；風機運行達到輪換時間可設（暫定15天）時，先啟非本段風機，再停該風機。

3 氣膜煤場運行

3.1 運行參數設置及報警信息

氣膜煤場運行參數設置及報警信息詳見表2。

3.2 運行效果分析

根據表2中參數設置，經過氣膜煤場調試，氣膜運行穩定，圖1為氣膜運行圖。

表2 氣膜煤場運行參數設置及報警信息

圖1 氣膜運行圖

經濟效益：氣膜項目最大的特點是跨度大，可以實現數百米大跨度，不需要鋼結構立柱及鋼結構梁等任何支撐結構，造價低廉。因此本項目建設成本為傳統煤棚的40%左右；項目建設周期短，所有的分項工程都可以在工廠內完成生產加工，在現場僅完成安裝即可，對現場在運行的生產設備影響時間短；膜材具有無污染及可回收性，索體也可以進行回收再利用，節約了資源的使用。

社會效益：大跨度氣膜提供了超大型的獨立密閉空間，真正實現煤場全封閉，防止煤粉揚塵擴散，有效減少燃煤流失，提高燃煤利用率，提高煤場設備運行的安全可靠性，避免了對周邊環境的污染[5]。

4 結語

大跨度氣膜采用智能控制系統，在不同外部條件下通過內壓調整達到索膜體系的安全性，根據每個工作特征進行優化從而使氣膜在節能的狀態下工作，有效降低氣膜使用時的能耗。氣膜煤場安全智能化邏輯設計需考慮在不同風速情況下氣膜內外差壓恒定、氣膜內環境控制（包括氣膜煤場內粉塵濃度、CO氣體濃度、甲烷溶度）、風機自動輪換等功能。項目完成后可以確保氣膜煤場設備控制穩定，提出了一種全新的控制邏輯，可為氣膜建筑控制提供借鑒與參考。

大跨度氣膜的研發利用，響應國家綠色發展保護環境的號召，改變了熱電廠整體的環境和形象，為企業自身環保綠色節能減排的發展方向夯實基礎，保駕護航。