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，分析了吹灰控制系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢DCS控制的優(yōu)勢。

PLC;DCS 獨立分布控制;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

電廠鍋爐在運行過程中，燃料中不可燃的礦物質(zhì)在燃燒過程結(jié)束后成為灰渣，其中一部分沉積并掉入撈渣機內(nèi)，大部分細(xì)小的灰粒隨煙氣一起流動，沉積在爐膛輻射受熱面或后部對流受熱面上，時間一長成為疏松的積灰層或較堅硬的渣層，嚴(yán)重時還會形成結(jié)焦，危及鍋爐的安全運行。所以大型鍋爐都會在水冷壁、對流受熱面及空氣預(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。

目前在全國的電廠中，隨著節(jié)能減排、上大壓小政策的實行，大容量機組已較為普遍，那么相應(yīng)的大型鍋爐就需要上百臺乃至更多的吹灰器，在鍋爐的吹灰過程中,存在兩個問題：1如果整個鍋爐一臺一臺吹，全部吹灰一遍需要很長時間，而且耗費太多人力物力，既不經(jīng)濟又無效率可言；2 如果想要整個過程中鍋爐的熱傳遞效果達(dá)到最佳值 ,同時又防止局部過熱,使生產(chǎn)過程達(dá)到最優(yōu)，一般需要采用吹灰器定時吹灰的方法。有鑒于此，就要求整個吹灰系統(tǒng)有一個控制系統(tǒng)來完成吹灰，一方面，節(jié)省值班人員的操作負(fù)擔(dān)，另一方面，使整個吹灰過程更加科學(xué)、合理、快捷。

二、吹灰控制系統(tǒng)的兩個發(fā)展階段

2.1 獨立式分布控制方式

早期的時候，自動化水平較低，控制元件沒有現(xiàn)在的高集成度，基本都是靠各個元件組成回路來控制吹灰，每個吹灰器都有各自的正、反轉(zhuǎn)接觸器，過載繼電器，前、后到位開關(guān)，各有自己的控制系統(tǒng)，單個吹灰器投運不受其他吹灰器是否運行影響，這種控制方式叫做獨立式分布控制方式，這種控制方式吹灰過程較為自由，但鍋爐吹灰器需使用多個接觸器、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，整個吹灰過程也繁瑣拖沓，占用了運行人員太多精力，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，不僅使運行人員操作起來負(fù)擔(dān)較重，維護人員維護時，也需要較大的勞動強度。

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，越來越多的鍋爐吹灰系統(tǒng)開始使用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)接觸器和過載繼電器，而每個吹灰器又各有一個接觸器和前、后行程開關(guān)，所有前行程開關(guān)合并為一個信號，所有后行程開關(guān)合并為一個信號，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是一種以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)控制裝置，由于其相對來說可靠性高、適應(yīng)性好、配置靈活、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝和維護相對方便等優(yōu)點，易于實現(xiàn)。集中分布控制方式優(yōu)點在于，將多臺吹灰器分成若干組，每組采用集中分布控制，同時從系統(tǒng)母管中把各組母管引出，且盡量靠近總管壓力控制器站，有助于同時投運多臺吹灰器時減少壓力損失。實際應(yīng)用中，將吹灰器分為左前、右后兩側(cè)，同側(cè)吹灰器共用一個前行程開關(guān)信號和一個后行程開關(guān)信號;因長吹和短吹的馬達(dá)功率不同，從電氣控制方面講又把每側(cè)分成長吹和短吹兩組，每組共用一個過載繼電器和一對方向接觸器。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相對來說具有其先進(jìn)性，但同時也有著較明顯的缺點。因為一組吹灰器需要共用一對方向接觸器和一個過載繼電器，吹灰過程中一旦方向接觸器出現(xiàn)故障或過載繼電器動作，整組吹灰器就不能工作。又因為進(jìn)到位、退到位行程開關(guān)信號串到一個回路，若任何一個吹灰器的進(jìn)到位或者退到位行程開關(guān)故障，或者信號線短路、接地，不易查出是哪個吹灰器故障。有一個典型的真實案例：在一次吹灰過程中，運行人員發(fā)現(xiàn)程控走到短吹時就停止，畫面上顯示“正在吹灰”，但一直不見有短吹啟動吹灰。當(dāng)深入檢查時發(fā)現(xiàn)有進(jìn)到位的信號進(jìn)入PLC，按正常程序，當(dāng)進(jìn)到位時到位開關(guān)動作，槍體退回，進(jìn)到位信號消失，退到位之后下一臺吹灰器啟動。但該進(jìn)到位信號一直存在，沒有消失，繼電器保持吸合，串進(jìn)進(jìn)槍回路的節(jié)點一直斷開，無法接通，所以其他吹灰器也無法啟動，因為該吹灰系統(tǒng)的進(jìn)、退到位信號是多臺吹灰器并在一起串進(jìn)回路的，所以只得到現(xiàn)場對短吹灰器進(jìn)行逐個檢查，最后發(fā)現(xiàn)有一臺短吹的進(jìn)到位開關(guān)動作之后，槍體退出而到位開關(guān)沒有斷開，才造成了其他短吹無法啟動。所以說進(jìn)到位、退到位限位開關(guān)發(fā)生不斷開或不接通等故障時，吹灰器持續(xù)運行，一旦長時間停留在爐膛中而不能及時發(fā)出報警信號，就會導(dǎo)致運行人員無法發(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，對系統(tǒng)的安全運行極為不利。其次，其控制程序可修改性較差，再加上不同廠商的技術(shù)機密原因，有時只能讓廠家過來處理。用于各種等級性能范圍的可編程序控制器西門子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，可靠性更高，在我國的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，可是它在實際使用過程中也仍然擺脫不了上述種種問題。

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來控制吹灰器的運行。不過隨著DCS控制系統(tǒng)被各種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用, 使用高級語言編程的技術(shù)優(yōu)勢慢慢凸顯出來，而這種優(yōu)勢足以使吹灰系統(tǒng)這類控制變得更為簡單靈活、科學(xué)高效。

對吹灰系統(tǒng)的控制通過DCS 來實現(xiàn), 一方面可以提高控制對象的安全性和可靠性,另一方面可以使運行值班人員的勞動強度大為降低,減少集控室內(nèi)操作員站的個數(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。其開放友好的操作界面使運行人員操作起來得心應(yīng)手, 整個吹灰系統(tǒng)的吹灰過程一目了然。

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：

1）采用模塊化組態(tài)，對程控進(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)過程對象的實時監(jiān)控，構(gòu)成的系統(tǒng)可大可小，多至250個節(jié)點，少至只有一個節(jié)點，單個節(jié)點故障不影響系統(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)邏輯運算、手操器、開關(guān)操作器、超前滯后、數(shù)字邏輯等，系統(tǒng)集過程控制、順序控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視和記錄分析功能于一體；

4）運行人員操作簡單、人機界面開放友好、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，形成了一個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)，而且也方便了運行人員監(jiān)控，并且，如果工藝要求另有改進(jìn)，則可以隨時對其進(jìn)行修改。

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

四 結(jié)束語

目前，雖然只有少數(shù)電廠比如陡河發(fā)電廠、浙江長興電廠、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)來控制吹灰器進(jìn)行吹灰是非常成功的，也可以預(yù)見將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。

[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. 吹灰器的DCS程序控制[J]. 化工自動化及儀表.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].化工自動化及儀表.2004, (05)

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.039