氣力飛灰輸送系統(tǒng)在maxDNA上的設計與實現(xiàn)

陳哲盼， 劉 洋

發(fā)電技術

氣力飛灰輸送系統(tǒng)在maxDNA上的設計與實現(xiàn)

陳哲盼， 劉 洋

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

某2×300MW機組電廠的氣力飛灰輸送系統(tǒng)設計為分散控制系統(tǒng)maxDNA控制。在充分分析了用戶需求和該系統(tǒng)的特性后，設計了一種開放式氣力飛灰輸送系統(tǒng)控制策略。飛灰輸送設備按功能及區(qū)域被劃分為10個輸送組，主體控制策略為30個順控的組合。友好且開放的界面設計，使運行人員能夠靈活而有效的調(diào)整控制參數(shù)，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。目前，該廠的飛灰輸送系統(tǒng)已經(jīng)投入正常運行，運行結果表明，所設計的控制策略安全、穩(wěn)定和高效。

氣力飛灰輸送系統(tǒng)； maxDNA； 界面設計； 順控

0 引言

某電廠的氣力飛灰輸送系統(tǒng)為正壓濃相氣力輸送系統(tǒng)[1，2]。目前，國內(nèi)大部分電廠的氣力飛灰輸送系統(tǒng)采用廠家提供的PLC來實現(xiàn)倉泵[2]相關閥門的順序控制。但是PLC控制較為依賴廠家的現(xiàn)場服務，在后續(xù)的維護升級中比較困難，也不利于全廠控制的一體化。電廠的飛灰輸送系統(tǒng)經(jīng)常因為工況和燃料的變化以及閥門的老化、損壞等原因出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，固定的控制參數(shù)難以取得理想的控制效果。為了解決這個問題，該電廠飛灰輸送系統(tǒng)被設計為由該廠的分散控制系統(tǒng)maxDNA控制。本文通過對氣力飛灰控制系統(tǒng)特性的分析并結合maxDNA系統(tǒng)的特點，設計了一種開放式氣力飛灰控制策略，并在調(diào)試過程中投入使用。運行結果表明該控制策略穩(wěn)定而高效。

1 氣力飛灰輸送系統(tǒng)介紹

1.1 氣力飛灰輸送過程概述

機組啟動后，煙氣順序經(jīng)過空氣預熱器、靜電除塵器、袋式除塵器時，由于自身重量和除塵器的功能，飛灰逐漸過濾、沉積在灰斗內(nèi)?；叶穬?nèi)的灰再通過下方的輸送倉泵，用廠用空壓機產(chǎn)生的壓縮空氣，通過輸灰管道輸送至灰?guī)齑鎯?。機組運行時，由于系統(tǒng)特性及除塵設備功能的區(qū)別，灰量的分布具有較大的差別。煙氣通過空氣預熱器時的沉積灰量約占總飛灰量的5%，剩余煙氣的飛灰有將近90%的飛灰是通過靜電除塵器去除的，剩余的5%左右細灰則通過袋式除塵區(qū)除去。由于灰量分布的極度不均勻，導致了飛灰輸送系統(tǒng)就必須有對應的特定輸送設計才能安全、可靠的保證機組生產(chǎn)。本文研究的主要內(nèi)容就是通過maxDNA系統(tǒng)來控制輸送倉泵的相應氣動閥門，來實現(xiàn)穩(wěn)定而高效地將灰斗中的灰輸送至灰?guī)臁?/p>

1.2 氣力飛灰輸送設備組成及分布

某2×300MW機組電廠的1號機組飛灰輸送系統(tǒng)如圖1所示，按區(qū)域可分為完全對稱的A、B兩個區(qū)域。如圖1中左側A區(qū)域所示，從下至上分別為空預器飛灰輸送子系統(tǒng)、電場區(qū)飛灰輸送子系統(tǒng)和布袋區(qū)飛灰輸送子系統(tǒng)。

下面本文以A側區(qū)域為例介紹各子系統(tǒng)的組成，B側區(qū)域與A側區(qū)域?qū)ΨQ分布?？疹A器飛灰輸送子系統(tǒng)包含一個輸送組（簡稱A00），主要用于輸送煙氣通過空預器時沉積在灰斗中的飛灰，主要組成部分為：1個輸送倉泵，7個支持遠控功能的氣動閥門：排氣閥、進料閥、進氣閥、出料閥、大旁路閥、小旁路閥及切換閥，若干就地手動門，及對應輸送管道。A側靜電區(qū)飛灰輸送系統(tǒng)，由2個輸送組A01、A02組成，A01和A02輸送組均包含2個輸送倉泵、2個排氣閥、2個進料閥、1個進氣閥和1個出料閥。A01和A02共用大旁路閥、小旁路閥和反抽閥。A側布袋區(qū)分為一布袋和二布袋，對應稱為A21 和A31輸送組。A21和A31分別有4個輸送倉泵，4個進料閥、1個進氣閥、1個出料閥，與對側的B21和B31共用大、小旁路閥。

2 飛灰輸送系統(tǒng)流程設計

2.1 基本的飛灰輸送步序

1號機組的飛灰輸送相關設備可細分為10個輸送組，可供分散控制系統(tǒng)maxDNA控制的閥門共有68個，同時還設計有4個氣路壓力測點、2個灰路壓力測點和2個高料位信號。若能利用好這6個壓力測點，通過周期性的開關這些閥門，就可以實現(xiàn)飛灰的安全、穩(wěn)定輸送。

以輸送組A00為例，要想實現(xiàn)其對應灰斗內(nèi)的飛灰輸送，至少需要以下三個步序：

（1）打開排氣閥一段時間，釋放上一次輸送過程留下的殘壓，平衡輸送倉泵與灰斗之間的壓力。

（2）打開進料閥一段時間，將灰斗里的灰下落到輸送倉泵中。

（3）打開進氣閥、出料閥、切換閥和小旁路閥一段時間，利用壓縮空氣將灰輸送到灰?guī)臁?/p>

有了上述幾個步驟后，運行人員就可以通過手動的方式實現(xiàn)一個飛灰的輸送過程。但是，要想在自動順控的模式下實現(xiàn)這10個輸送組互不干擾的周期性有效輸送，僅考慮上面這三個步驟是遠遠不夠的。

2.2 存在的問題

（1）1號機組灰斗區(qū)的灰到灰?guī)斓墓苈分辉O計了兩路除灰管道和一路細灰管道。A區(qū)域的空預器輸送組A00和靜電場輸送組A01和A02共用一條粗灰管路，B區(qū)域的空預器輸送組B00和靜電場輸送組B01和B02共用一條粗灰管路，布袋區(qū)的輸送組共用一路細灰管道。如果同一管路上的輸送組同時輸送，容易因為灰量太大而在管道接口和拐角等處造成堵煤。

（2）A01、A02、A21、A23輸送組共用一路氣源母管，某一輸送組在輸送時，整個管道的壓力會驟降，這時另外兩個輸送組再進料輸送的話，會因為氣壓不夠而無法順利輸送。時間久了，也非常容易造成堵煤。

（3）1號機組輸灰所用的壓縮空氣由三臺廠用空壓機產(chǎn)生，正常運行時，采用兩用一備的形式。飛灰輸送系統(tǒng)投入運行一段時間發(fā)現(xiàn)，如果飛灰輸送用氣過于頻繁，那么兩臺空壓機的出力就顯得不夠，氣源壓力會慢慢下降到不足以支持飛灰的輸送。

2.3 改進后的飛灰輸送步序

針對多個輸送組同時輸送容易造成堵灰的情況，在輸送步驟中加入排隊步序，既同一灰路或者氣源的輸送組有在輸送時，其他輸送組進入排隊步序，等當前輸送的輸送組輸送完畢后再按一定的順序輸送。針對氣源壓力不足的情況加入等待步序，一個輸送組輸送完一個周期后，進入等待步序，運行人員可以在線設置等待時間，等待時間倒計時結束后重新開始新一輪的輸送。加入等待步序后，還可以根據(jù)不同輸送組的的重要性和灰量分布的不同來設置等待時間來適應工藝需求。另外，為了使飛灰輸送效率更高，在開出料閥輸送前先開進氣閥一段時間，實現(xiàn)一個加壓流化的過程[3]，再開啟小旁路閥和出料閥將飛灰輸送至灰?guī)?。最后得到的飛灰輸送流程設計見表1。

2.4 防堵步序設計

在上文的輸送步序中已從若干角度考慮了飛灰輸送的防堵問題，在一定程度上降低了堵灰的可能性，但是實際運行時工況復雜多變，例如閥門的不及時動作、輸送氣壓不夠等問題均仍有可能造成堵灰。堵灰后若仍按照飛灰輸送步序進行輸送會加劇堵灰的程度，因此在輸送時可以通過檢測氣路壓力或灰路壓力來判斷是否發(fā)生了堵灰。若發(fā)生了堵灰，則從輸送步序跳轉到防堵步序進行清堵，清堵成功后重新回到加壓流化步序進行輸送。

表1 飛灰輸送流程

下面以A01為例，簡單介紹下防堵步序的流程，A01輸送步序達到最小輸送時間后，檢測A01灰路壓力，若大于防堵定值0.3MPa，則會進入防堵步序，開大旁路，5秒后重新檢測灰路壓力，若小于0.2MPa則防堵結束，重新加壓流化。若灰路壓力沒有降低，反而接近氣路壓力，則關閉小旁路閥、大旁路閥和出料閥進行憋壓，再開啟大旁路閥、小旁路閥，最后開出料閥，5秒后檢測壓力是否小于0.2MPa，若滿足則防堵結束，若不滿足則開啟反抽閥一段時間，反抽閥仍然起不到作用的話再重新憋壓，開大旁路，如此往復直至清堵成功。值得注意的是，為了避免防堵時間過長，影響其他輸送組輸送，設置了最長防堵時間，超過后自動退出輸送順控，關閉該輸送組所有閥門，報警提示。

3 飛灰輸送控制在maxDNA上的實現(xiàn)

3.1 maxDNA系統(tǒng)介紹

該廠采用的分散控制系統(tǒng)是maxDNA系統(tǒng)[4]，圖1所示的畫面是由maxDNA系統(tǒng)中的maxVUE編輯軟件生成的。maxVUE是一個功能十分齊全的圖形化組態(tài)軟件，用來建立和觀察控制過程的圖形畫面。maxDNA系統(tǒng)的控制策略邏輯組態(tài)是由maxDPUTools軟件實現(xiàn)的。maxDPUTools的功能算法塊分為八大類，共60多個常用算法塊，若干功能塊還可以組成封裝生成大的對象，來實現(xiàn)特定的功能。飛灰輸送控制系統(tǒng)就用到了該系統(tǒng)的一個定制功能塊SEQ，用來實現(xiàn)順序控制。

3.2 控制流程設計

一個輸送組的輸送流程由兩個SEQ塊實現(xiàn)，分別命名為SEQ1和SEQ2。輸送組的防堵步序由SEQ3來實

現(xiàn)。整個飛灰輸送控制共有10個輸送組，由30個SEQ功能塊構成了該控制策略的框架。

圖2為輸送組的控制流程。等待步序、排氣步序、進料步序、排隊步序由SEQ1順控實現(xiàn)，在排隊步序時判斷同一灰路或氣路上的其他輸送組是否在加壓流化或者輸送步序，若沒有則進入SEQ2順控進行加壓流化和輸送步序，輸送達到最小輸送時間后判斷灰路壓力是否大于防堵壓力，若大于則進入防堵步序，防堵步序結束后重新進入加壓流化步序輸送。若灰路壓力小于關泵壓力0.08MPa，則輸送成功，重新進入等待步序，開始下一個輸送周期。

4 其他設計要點介紹

（1）為了提高系統(tǒng)的開放性，飛灰控制系統(tǒng)的一些參數(shù)被設置成在線可修改模式，包括：等待時間設定值、進料時間設定值、開泵壓力、最小輸送時間、關泵壓力、防堵壓力等。通過調(diào)試過程中給出一定區(qū)間的建議值，后續(xù)通過運行人員的實際運行經(jīng)驗來不斷的修正，最后得到一組滿意的控制參數(shù)。這種設計和專家控制的理念有點類似，在投產(chǎn)運行后運行人員的經(jīng)驗就是專家經(jīng)驗，而本系統(tǒng)的人機界面為專家經(jīng)驗的運用提供了一個非常好的平臺。

（2）在運行人員點擊順控啟動時會先判斷當前的灰路壓力，如果當前的灰路壓力大于防堵壓力，那么會有彈窗提示當前管道已堵，順控無法啟動。這樣就能避免運行人員誤操作，在灰路已堵的情況下運行順控再往管道里輸灰，增加清堵的難度。

（3）操作界面上每個輸送順控都設計有急停按鈕，當點擊急停按鈕時，會給該輸送組的所有閥門發(fā)送保護關信號來關閉閥門。這樣能夠迅速退出當前運行的狀態(tài)，在管道泄漏往外噴灰或者灰路堵死需要人工清理時回到一個較為安全的狀態(tài)。

（4）分析了所有可能引發(fā)順控失敗的原因，在組態(tài)中記錄下當前的運行狀態(tài)，在順控失敗后，以光字牌的形式報警提示，以便運行人員盡早的發(fā)現(xiàn)和診斷故障原因，做出有效的應對。

5 結語

自飛灰輸送系統(tǒng)投運以來，運行狀況良好，能夠可靠的實現(xiàn)飛灰的周期性輸送。該系統(tǒng)對于保障高效性和安全性的設計得到了很好的驗證。在該廠的分散控制系統(tǒng)上實現(xiàn)該系統(tǒng)的控制，促進了全廠控制一體化的進程。maxDNA系統(tǒng)目前在國內(nèi)的新建電廠得到了廣泛的應用與推廣，本文介紹了如何使用maxDNA的SEQ功能塊來組合實現(xiàn)一個復雜的順控，為其它使用了maxDNA系統(tǒng)的電廠的調(diào)試和優(yōu)化改造提供了一定的借鑒意義。

[1]郝云馮，胡玲玲.正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng)故障原因分析及處理對策[J].能源與環(huán)境，2014，（2）：19，20.

[2]周偉朵.某2×1000MW機組電廠的氣力除灰型式選擇[J].能源與節(jié)能，2011，（8）：80，81.

[3]蘇玉巖.飛灰正壓濃相氣力輸送系統(tǒng)的優(yōu)化設計和運行實踐-大唐桂冠合山發(fā)電有限公司2×330MW氣力輸送系統(tǒng)技改工程[J].科技創(chuàng)新與應用，2012，（10）：25～27.

[4]吳科，馬振華，朱能飛，等.國產(chǎn)maxDNA大型分散控制系統(tǒng)在1000MW機組一體化控制中的應用[J].華電技術，2015，（8）：6～9.

Design and Implementation of Pneumatic Flay Ash Conveying System on maxDNA

CHEN Zhe-pan， LIU Yang

（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Pneumatic flayashconveyingsysteminapowerplantwith2×300MW unitisdesignedtobecontrolledby maxDNA distributedcontrol system.Afterafull analysisoftheusers'needsandthecharacteristicsof fly ashconveyingsystem，wedesignedanopenflyashconveyingsystemcontrol strategy.Equipmentforflyashconveyingisdividedinto10transportgroupbyfunctionareaandthemaincontrol strategyisacombinationof30sequence.Friendlyandopendesignforinterfacemakesflexibleandeffectiveadjustmentofthecontrol parameterstoimprovethestabilityandefficiencyofthesystemby operatorCurrently，thisplant'sflyashconveyingsystemhasbeenputintonormal operation，theresultsshowthatthecontrol strategydesignedtosecure，stableandefficient.

pneumaticflayashconveyingsystem； maxDNA； interfacedesign； sequence

TM621

B

2095-3429（2016）03-0030-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.006

2016-02-22

修回日期：2016-04-13

陳哲盼（1990-），男，浙江天臺人，碩士，從事大型火力發(fā)電廠熱控調(diào)試、分散控制系統(tǒng)研發(fā)等工作；

劉 洋（1980-），男，湖南懷化人，工程師，從事大型火力發(fā)電廠熱控調(diào)試、節(jié)能、性能試驗等方面工作。