氣力輸灰系統(tǒng)控制系統(tǒng)的探討

趙長祥，劉立衡

(國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京 210031)

氣力輸灰系統(tǒng)控制系統(tǒng)的探討

趙長祥，劉立衡

(國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京 210031)

以國電寶雞電廠5號機組為例，討論了氣力輸灰控制系統(tǒng)的基本原理及調(diào)試輸灰和自動排堵過程中反復(fù)出現(xiàn)的問題，并提出了相應(yīng)解決措施，為存在此類問題的其他電廠提供參考。

自動控制;氣力輸灰;控制策略;排堵

1 上引式氣力輸灰系統(tǒng)的基本原理

寶雞二電廠5號機組電除塵是雙室四級電場結(jié)構(gòu)，一個電場對應(yīng)一個上引式輸灰單元，每個氣力輸灰單元結(jié)構(gòu)相似。本工程中的氣力輸灰原理是:首先將電除塵灰斗里的粉煤灰裝入倉泵(即灰罐)，然后在高壓壓縮空氣的推動下及灰?guī)靷?cè)抽風(fēng)機負(fù)壓抽風(fēng)的共同作用下，將倉泵中的粉煤灰輸送到灰?guī)熘?，實現(xiàn)氣力輸灰過程。

2 氣力輸灰單元基本控制

根據(jù)氣力輸灰除灰系統(tǒng)基本原理，如果當(dāng)兩個輸灰單元同時輸灰時，就會發(fā)生不同輸灰單元之間爭搶同一根吹灰動力管、或同一根輸灰管的現(xiàn)象，造成氣源動力不足或輸灰管堵塞的現(xiàn)象。

為了避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，可以采用優(yōu)先競爭的總體控制策略，即某電場產(chǎn)灰量越大，對應(yīng)的輸灰單元權(quán)重就越大;權(quán)重越大，在競爭中獲取輸灰的機會就越大;而權(quán)重較小的電場只在權(quán)重大的電場處于下灰、休息時才有可能被執(zhí)行。從理論上講，某個灰倉泵裝填灰料的時間過程，可以被另一個輸灰單元用來輸送灰料，從而大大提高輸灰管的利用效率。但實際輸灰過程中要實現(xiàn)上述控制策略，首先要將每個輸灰單元的輸灰過程分成兩個基本進(jìn)程，即倉泵下料(灰)進(jìn)程和輸灰單元輸灰進(jìn)程;否則，無法實現(xiàn)控制思想;同時為了防止意外，還必須增加兩個補充進(jìn)程:輸灰管排堵進(jìn)程，設(shè)備故障退出進(jìn)程。下面以A側(cè)一電場輸灰單元為例，討論氣力除灰單元輸灰控制過程。

2．1 下料進(jìn)程

要實現(xiàn)氣力輸灰，首先必須向灰倉泵(灰罐)填充灰料。這個過程各發(fā)電企業(yè)實現(xiàn)方式均相似，在此不作討論。

2．2 輸灰進(jìn)程

輸灰進(jìn)程是在輸灰單元的倉泵完成填裝灰料后，實現(xiàn)向遠(yuǎn)方灰?guī)燧敾一伊系倪^程。寶雞電廠氣力輸灰系統(tǒng)主要通過輸灰管的氣粉混合壓力來判斷本次輸灰是否完成、或輸灰管是否發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。即如果輸灰管的氣粉混合壓力在規(guī)定時間內(nèi)下降到設(shè)定值，則認(rèn)為該輸灰單元的輸灰過程已結(jié)束;如果輸灰管的氣粉混合壓力不降反升，達(dá)到堵管設(shè)定值，即認(rèn)為輸灰管發(fā)生管道堵塞現(xiàn)象，發(fā)出信號，啟動輸灰管排堵進(jìn)程。原輸灰順控步驟如下:

(1)關(guān)閉A側(cè)一電場正吹閥，打開A側(cè)一電場進(jìn)氣閥。如果在設(shè)定時間內(nèi)，A側(cè)進(jìn)氣管壓力上升至P1輸灰動力壓力設(shè)定值時，則進(jìn)入下一步;否則，超時報警并退出。

(2)打開A側(cè)一電場出料閥。如果在允許時間范圍內(nèi)，A側(cè)一電場輸灰管壓力值降低到的關(guān)泵壓力設(shè)定值(表明倉泵中的灰已經(jīng)基本輸完)，則本步結(jié)束;如果輸灰管壓力沒有降低，反而上升到P13堵管壓力設(shè)定值時，轉(zhuǎn)排堵程序，等待排堵過程結(jié)束;如果輸灰時間超出最大允許設(shè)定時間，輸灰仍未完成，則報警退出。

(3)開A側(cè)一電場正吹閥，延時1s，關(guān)進(jìn)氣閥。

(4)延時10s，關(guān)A側(cè)一電場正吹閥。

在上述步驟中第二步驟層次復(fù)雜，在調(diào)試過程中經(jīng)常出錯。首先，在輸灰運行過程中，輸灰管的氣粉混合物壓力變送器損壞輸出信號恒為零時的現(xiàn)象，導(dǎo)致輸灰過程直接被癱瘓。其次，就是多次調(diào)用排堵進(jìn)程，干擾排堵進(jìn)程正常工作。

通過改進(jìn)，輸灰進(jìn)程的第二步驟的組態(tài)如圖1所示。上方的RS觸發(fā)器和定長脈沖部件起了決定性作用。在輸灰進(jìn)程執(zhí)行第二步驟后，如果氣粉混合物壓力上升，產(chǎn)生一個啟動排堵順控的命令，該命令信號經(jīng)過脈沖模塊、或門模塊，復(fù)位RS觸發(fā)器的輸出;又由于第二步輸出命令設(shè)為脈沖命令，此時早已復(fù)位，從而排除后續(xù)壓力波動再次發(fā)送啟動排堵命令的可能，保證了調(diào)用排堵的命令是在本執(zhí)行過程中發(fā)出的唯一的調(diào)用排堵進(jìn)程脈沖命令。

圖1 輸灰順控第二步驟組態(tài)

2．3 排堵順控

氣力輸灰系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生輸灰管堵塞事件。一旦發(fā)生輸灰管堵塞事件，就必須立刻采取相應(yīng)的排堵措施，包括人工排堵和自動排堵。自動排堵過程，主要分兩部分，第一部分是加大動力氣流疏通輸灰管;第二部分是如果上述措施失敗，就必須利用爐膛負(fù)壓倒吸(開/關(guān)反抽閥)與正壓氣流吹掃(開/關(guān)正壓吹掃閥)的方式反復(fù)交叉循環(huán)進(jìn)行，最終達(dá)到疏通輸灰管的目的。原排堵順控步驟如下:

(1)打開A側(cè)一電場前補氣閥，5s后疏通，如果A側(cè)一電場輸灰管壓力小于P14設(shè)定值時，關(guān)閉A側(cè)一電場前補氣閥，排堵結(jié)束。

(2)如果A側(cè)一電場輸灰管壓力大于P15，開啟A側(cè)一電場正吹閥;5s后，如果A側(cè)一電場輸灰管壓力小于等于P16，則關(guān)閉A側(cè)一電場正吹閥、前補氣閥，排堵結(jié)束。

(3)如果A側(cè)一電場輸灰管壓力大于P17(重度堵管)，發(fā)出本單元輸灰堵管報警，而后關(guān)閉A側(cè)一電場正吹閥、前補氣閥、單元進(jìn)氣閥，關(guān)閉出料閥，最后本輸灰單元對輸灰順控進(jìn)行復(fù)位。

(4)打開A側(cè)一電場反抽閥，5s后，如果A側(cè)一電場輸灰管壓力小于P18時，關(guān)閉A側(cè)一電場反抽閥。

(5)打開A側(cè)一電場正吹閥，5s后，如果一、二電場A側(cè)輸灰管壓力值小于P2，關(guān)閉正吹閥，排堵結(jié)束，重新排隊申請輸灰;如果該壓力值大于P16，則關(guān)閉正吹閥，跳轉(zhuǎn)到步序(4)。

(6)本順控結(jié)束。

正確理解排堵順控步序，需要注意兩點事項。首先，在初次加大動力氣源吹掃失敗后，表明輸灰管的堵塞較為嚴(yán)重，排堵的時間可能較長，應(yīng)發(fā)出報警型號，禁止一切與之聯(lián)系的其他輸灰單元申請輸灰，本輸灰單元輸灰順控也結(jié)束。在本控制邏輯中，堵管報警信號一經(jīng)發(fā)出，就必須保持到排堵結(jié)束，不能隨意復(fù)位。其次，設(shè)備廠家提供的第四步驟中，層次復(fù)雜，易出錯。由于該步驟的初始條件與結(jié)束條件，全部是反抽閥關(guān)閉，所以在調(diào)試初期發(fā)現(xiàn)該步驟直接被跳過(不執(zhí)行)。

經(jīng)改進(jìn)后的第四步驟如圖2所示。在關(guān)閉反抽閥命令后增加了一個脈沖模塊。即無論關(guān)閉反抽閥命令是否存在，只要該命令一旦出現(xiàn)，脈沖模塊就會發(fā)出一個定長時間脈沖，從而保證該控制邏輯順利進(jìn)行。

圖2 排堵順控第四步驟組態(tài)

5號爐的自動排堵順控執(zhí)行的效果可以看出，當(dāng)壓力升高到0．25MPa時，自動排擋程序立即進(jìn)入運行狀態(tài)。在經(jīng)過五個周期的負(fù)壓倒抽和正壓壓縮空氣吹掃的交叉循環(huán)后，排堵過程結(jié)束，整個過程耗時約4min。一般情況下，現(xiàn)場人工排堵也需要30～120min才能解決。

2．4 退出順控

當(dāng)輸灰控制系統(tǒng)發(fā)生故障后，輸灰過程必須中斷。值得注意的是，如果該退出順控是由于某個閥門關(guān)故障而激發(fā)的，那么，在退出順控執(zhí)行過程中，同樣也無法關(guān)閉該故障閥門，建議采用超時跳過的方式進(jìn)行。

3 輸灰系統(tǒng)競爭控制策略的實現(xiàn)

原輸灰單元控制優(yōu)先級順序為:一電場、省煤器、二電場、三電場、四電場;其中，省煤器可以與三、四電場同時輸灰。同一時刻，同側(cè)一、二、三、四電場，只能有一個電場可以輸灰，省煤器最多只能運行一個。從初步調(diào)試結(jié)果發(fā)現(xiàn):優(yōu)先級別最高的兩級輸灰單元輪流輸灰，而其他輸灰單元根本沒有機會輸灰;而且，正常退出自動控制的操作也非常麻煩。競爭控制策略之所以不能實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，其主要原因是該控制策略過于定性化，定性化的東西實際上很難操作。只有把各輸灰單元的優(yōu)先級量化，輸灰控制策略才有可能取得預(yù)期效果。

輸灰單元的優(yōu)先級，也可以看成某個固定時間段內(nèi)不同電場理論輸灰的頻率。由于在競爭這個大策略框架下，除灰頻率無法直接用組態(tài)的方法實現(xiàn)，在優(yōu)化過程中改為控制各輸灰單元等待輸灰的時間。即優(yōu)先級越高，等待時間就越短。

考慮到寶雞冬天室外溫度非常低，如果灰料倉泵(灰罐)長期帶灰等待會導(dǎo)致灰料的溫度降低;灰料溫度越低，氣力輸灰就越困難。所以，量化后的輸灰單元優(yōu)先級不能體現(xiàn)在灰倉泵裝滿灰料等待輸灰的過程中，而只能應(yīng)體現(xiàn)在等待允許向倉泵下灰料的過程中。

等待下料時間的確定，應(yīng)參考各電場的產(chǎn)灰量、倉泵容積、及每次輸灰單位時間對應(yīng)的等因素，一般以一個標(biāo)準(zhǔn)輸灰周期時間為參考量。至此，寶雞電廠輸灰控制系統(tǒng)，除一電場輸灰單元外，其他各輸灰單元必須充分利用一電場倉泵填裝灰料時間的間隙，按級別、分先后、實現(xiàn)錯時輸灰。各電場輸灰單元灰倉泵填滿灰料后，只要自身無故障、沒有相關(guān)聯(lián)的輸灰單元正在輸灰、沒有相關(guān)聯(lián)的輸灰單元正在排堵、無級別更高的輸灰單元等待輸灰等等，本輸灰單元即可獲本次得輸灰的權(quán)利，同時禁止其他輸灰單元申請輸灰。

4 結(jié)語

寶雞電廠5號爐原氣力輸灰控制系統(tǒng)輸灰進(jìn)程、排堵順控存在問題，通過采取多種優(yōu)化手段后，實現(xiàn)了所有的控制要求;而且輸灰控制系統(tǒng)監(jiān)視方便，操作簡單可靠，自動化程度較高。

但該輸灰控制系統(tǒng)也存在以下不足:

(1)輸灰控制系統(tǒng)采用的競爭控制策略，優(yōu)勢不明顯。實際運行結(jié)果表明，灰倉下料的時間為10s左右，而完成一次灰料輸送需要300s左右的時間，兩者相差十分懸殊。采用競爭控制策略，在嚴(yán)寒的冬天，優(yōu)先級較低的灰倉泵常常處于冷態(tài)，在暫短的等待輸灰時間內(nèi)，灰料溫度必然降低，這是對輸灰很不利的一方面。況且，因采用競爭控制策略而充分利用輸灰管的時間是非常短的，即使在不考慮降因降低灰料溫度而帶來的負(fù)面影響，提高輸灰效率的意義也并不大。另外，采用競爭控制策略時，控制邏輯整體控制規(guī)劃、具體組態(tài)、調(diào)試都極為困難。

(2)原單個順控步驟過于復(fù)雜，為調(diào)試中增加了不必要的困難。建議調(diào)試單位、發(fā)電企業(yè)、設(shè)備供應(yīng)商，能夠有充分時間去了解除灰系統(tǒng)工藝過程、控制步驟，并其細(xì)化其控制步驟，盡量降低控制程序調(diào)試的難度。

(3)DCS控制軟件存在缺陷，需要進(jìn)一步完善。即能夠?qū)崿F(xiàn)順控啟動后、未完成任務(wù)之前，不再接受另一次啟動命令的功能;還可以設(shè)置較完整的順控啟動條件等。如果這一功能實現(xiàn)，必然簡化該輸灰控制系統(tǒng)的調(diào)試過程，提高自動化程度。

(4)自動排堵功能中無最高循環(huán)排堵次數(shù)上限。即多次循環(huán)仍然不能完成既定任務(wù)時，應(yīng)及時報警，解列輸灰系統(tǒng)，進(jìn)行最后的人工干預(yù)。

［1］杜艷冷．影響正壓氣力輸灰系統(tǒng)出力的原因及改進(jìn)措施［J］．山西電力，2009(6):42－43．

［2］劉海．正向濃壓氣力輸灰系統(tǒng)在華能洛璜電廠中的應(yīng)用［J］．東北電力技術(shù)，2006(7):30－32．

［3］劉海．正向濃壓氣力輸灰系統(tǒng)在生物質(zhì)鍋爐輸灰中的應(yīng)用［J］．熱力電力，2010(2):59－64．

Study on pneumatic conveying ash control system

It takes No．5 unit of Guodian Baoji Power Plant for example，the pneumatic conveying ash control system is discussed．The main contents are unexpected logic problems occurred frequently and effective solutions which we got during the course of testing and adjusting conveying ash and unplugging ash－pipe，and so on．Similar phenomenon is common in other power plants，the experiences are worthy of reference．

automatic control;pneumatic conveying ash;control strategy;unplugging ash－pipe

X701．2

B

1674－8069(2015)03－041－03

2014-12-17;

2015-02-07

趙長祥(1969-)，男，江蘇如皋人，碩士，工程師，主要從事熱工自動化調(diào)試、優(yōu)化及監(jiān)督工作。E－mail:190079953@qq．com