基于DCS的布袋除塵器脈沖閥順序控制改造分析

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(國電駐馬店熱電有限公司，河南 駐馬店 463000)

0 引言

國電駐馬店熱電有限公司2×330 MW供熱機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造的亞臨界、自然循環(huán)、單爐膛四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、半露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置汽包鍋爐，鍋爐型號為SG-1117/17.5-M749。布袋除塵采用ZD-90脈沖袋式除塵器，每爐配1臺布袋除塵器，其中灰斗共16個，布置為4室，每室分為2個單元，共計8個噴吹單元，576個脈沖電磁閥。

1 改造的必要性

#1，#2機組的布袋除塵器系統(tǒng)采用施耐德昆騰系列可編程控制器(PLC)，中央處理器(CPU)采用冗余67160雙機熱備的CPU。#1，#2機組的布袋除塵器系統(tǒng)共用一對CPU來控制，CPU與子站通過高速現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(Mb+)同軸電纜來連接通信，其中#1，#2子站為#1機組所用，#3，#4子站為#2機組所用。公用PLC的故障極易造成2臺機組全停的重大不安全事件，成為控制系統(tǒng)重大安全瓶頸[1]。

由于運行時間較長，PLC電器元件老化嚴重，多次出現(xiàn)控制系統(tǒng)故障，且備品備件采購周期較長，部分備件處于停產(chǎn)，無備件供應的狀態(tài)，對2臺機組正常安全生產(chǎn)存在很大的安全隱患，尤其近幾年來故障明顯增多。另由于PLC系統(tǒng)界面友好程度較差，故障的排查、運行的操作以及日常檢修維護帶來諸多不便。

2 改造可行性

由于布袋除塵器的脈沖順序閥8個噴吹單元，576個脈沖電磁閥主要執(zhí)行簡單的順序控制邏輯，分散控制系統(tǒng)(DCS)完全可以滿足生產(chǎn)工藝流程及控制精度的要求。

另由于機組氣力除灰系統(tǒng)、主機控制及化水控制系統(tǒng)均采用同類型DCS，檢修及運行人員對DCS具有較成熟的檢修經(jīng)驗和操作能力。

綜合以上因素，布袋除塵器PLC改造為DCS在技術(shù)方面、人員方面都較為成熟，可行性較強。

3 改造方案的確定

3.1 安全性考量

國電駐馬店熱電有限公司機組為熱電聯(lián)產(chǎn)機組，時刻擔負著工業(yè)用汽的供應，基本上不允許出現(xiàn)雙機停運的情況，由于布袋除塵器PLC為2臺機組共用系統(tǒng)，如何在單機運行期間安全實施對布袋除塵器共用系統(tǒng)改造，存在很大的難度和風險。經(jīng)過現(xiàn)場充分調(diào)研發(fā)現(xiàn)，雖然CPU為公用系統(tǒng)，但是遠程控制柜#1，#2子站為#1機組所用，#3，#4子站為#2機組所用。為了有效減少項目實施風險，確保安全，方案確定為先進行#2機組改造，在不影響PLC正常工作的情況下，斷開#3，#4子站與PLC通信，確保#1機組#1，#2子站正常工作。

3.2 經(jīng)濟性考量

布袋除塵器改造重點要解決的是2臺機組公用一對PLC，PLC可靠性嚴重影響2臺機組運行的可靠性。出于經(jīng)濟性考慮，需要通過較少設(shè)備的改造、縮小改造范圍、節(jié)約改造成本，達到解決問題的目的。經(jīng)過多方調(diào)研和分析，最終確定為原就地脈沖控制柜和電纜全部利用；只對原PLC控制系統(tǒng)進行DCS改造，一方面減少了設(shè)備改造的范圍，較低改造后存在的風險，另一方面通過優(yōu)化方案節(jié)約了改造成本[2]。

3.3 DCS網(wǎng)絡框架的設(shè)計考量

改造的核心為DCS設(shè)計及組態(tài)，整個DCS網(wǎng)絡框架的設(shè)計涉及后續(xù)的安全性和經(jīng)濟性。原氣力除灰系統(tǒng)采用北京國電智深版本型號為EDPF-NT+的DCS，而氣力除灰系統(tǒng)和布袋除塵器在生產(chǎn)工藝流程上存在先后順序，而且運行上有著直接的關(guān)系，統(tǒng)屬除塵除灰系統(tǒng)。利用原除灰系統(tǒng)DCS平臺進行擴展，將布袋除塵器系統(tǒng)融合到原除灰DCS內(nèi)，不再分析增加DCS控制域。如圖1所示，新增布袋除塵器DPU控制柜作為原氣力除灰系統(tǒng)的#4，#5，#6 DPU控制柜。取消原布袋除塵器原操作員站，優(yōu)化了人力資源配置，達到充分融合的效果。

圖1 擴展后的DCS網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)Fig.1 Extended DCS network structure

綜合以上3個方面因素的考量，最終方案確定了先在#2機組實施，利用原氣力除灰系統(tǒng)原DCS平臺和#61 DCS控制域，增加#4，#5，#6 DPU控制柜作為子站，取消原布袋除塵器的操作員站。有效節(jié)約了成本及人力資源支出，達到氣力除灰和布袋除塵器相互融合的效果。

4 改造實施過程

4.1 前期方案的細化

改造工作開始前，主要通過改造步驟步步推演，通過對圖紙進一步確認，以及施工過程中各個步驟因素存在的問題及危險點進行了重點分析，逐條進行分解落實，對有可能存在的問題進行梳理和解決， 主要解決了以下幾個方面的問題。

(1)如何斷開#3，#4 PLC 子站與主控PLC的通信。

(2)原控制柜電纜的利舊是否存在電纜長度不夠的情況。

(3)原除灰系統(tǒng)DCS容量、點數(shù)以及核心交換機是否滿足。

(4)DCS電源柜容量。

4.2 DCS組態(tài)

由于就地脈沖控制柜的利舊，DCS組態(tài)僅需對原PLC程序進行優(yōu)化。組態(tài)過程中實現(xiàn)了以下幾個方面。

(1)保證原578個脈沖噴吹閥，按照原生產(chǎn)工藝流程噴吹，不能同時多噴、少噴、漏噴。

(2)增加噴吹次數(shù)DCS實時顯示功能。

(3)按照運行工藝要求，增加一套事故噴水降溫裝置的組態(tài)以及功能連鎖。

(4)能夠?qū)崟r顯示噴吹到的脈沖閥的順序和運行人員中停的功能。

4.3 系統(tǒng)調(diào)試

由于控制系統(tǒng)前期過程中各項問題都進行了充分分析和解決，整個調(diào)試過程中較為順利，運行人員、機務檢修人員、熱控人員到廠共同對系統(tǒng)進行了驗收和運行簽證[3]。

調(diào)試過程中重點關(guān)注以下幾個問題。

(1)核心交換機UPS電源和保安電源的切換試驗。

(2)脈沖閥的順序控制有沒有實現(xiàn)中間停止，恢復后能否與上一次噴吹連貫。

(3)采用二極管回路搭建24 V冗余電源的可靠性。

5 結(jié)束語

綜上所述，本次改造實現(xiàn)了布袋除塵器與除灰系統(tǒng)的融合，突破了原1套PLC系統(tǒng)控制2臺機組的瓶頸，實現(xiàn)了布袋除塵器2臺機組的分散控制，提高了機組的抗風險能力。另一方面，通過利用原除灰系統(tǒng)DCS平臺，降低了改造費用和人力成本支出，達到了預定的效果，有效地提高了機組的安全性和經(jīng)濟性。