摘 要：針對火力發(fā)電機(jī)組的氣力除灰系統(tǒng)，提出在maxDNA系統(tǒng)中設(shè)計氣力除灰程控，不僅能實現(xiàn)氣力除灰的基本功能，還可解決同一根灰管的所有輸送單元同時處于進(jìn)氣階段或輸送階段等難題。工程現(xiàn)場實際運(yùn)行經(jīng)驗表明，在maxDNA系統(tǒng)中設(shè)計的氣力除灰程控運(yùn)行穩(wěn)定、效率高、故障率低。

關(guān)鍵詞：氣力除灰系統(tǒng);DCS;maxDNA系統(tǒng);程控

0 引言

煤炭資源作為傳統(tǒng)能源在促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了舉足輕重的作用?；鹆Πl(fā)電作為消耗煤炭資源的發(fā)電形式，在我國電力市場中占有很大比重。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對電力的需求越來越大，國家新建了很多大容量、高參數(shù)的火力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電量隨之迅速增長。同時，也大大加劇了煤炭的消耗，環(huán)境問題越來越突出[1]。燃煤機(jī)組在發(fā)電過程中會產(chǎn)生大量的粉煤灰，氣力除灰系統(tǒng)可將發(fā)電過程中產(chǎn)生的灰及時清除運(yùn)走，使其可以回收利用。但除灰現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，且需要控制的閥門設(shè)備數(shù)量眾多，工藝流程也比較復(fù)雜，因此需要設(shè)計一種自動控制系統(tǒng)[2]。目前，很多電廠采用PLC系統(tǒng)控制氣力除灰系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)具有系統(tǒng)小、結(jié)構(gòu)簡單等特點，但操作人員很難兼顧機(jī)組DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的監(jiān)視與操作，同時也不利于集控運(yùn)行的一體化。在眾多DCS系統(tǒng)中，maxDNA系統(tǒng)具有可靠性高、操作簡單方便、功能多樣、適應(yīng)性強(qiáng)等特點，是火電廠氣力除灰系統(tǒng)設(shè)計自動控制系統(tǒng)的良好選擇。

1 原理介紹

1.1? ? 氣力除灰系統(tǒng)的原理

氣力除灰系統(tǒng)是以壓縮空氣作為輸送介質(zhì)并提供輸送動力，將鍋爐各集灰斗內(nèi)的干灰輸送到指定地點的一套完整的輸送裝置。待輸送的干灰通過料倉進(jìn)入倉泵內(nèi)，經(jīng)流化氣箱流態(tài)化的壓縮空氣通過倉泵下部的主風(fēng)管，經(jīng)噴嘴高速進(jìn)入擴(kuò)散混合室。倉泵內(nèi)流化的干灰在料倉內(nèi)干灰的料壓和噴嘴的負(fù)壓的共同作用下進(jìn)入擴(kuò)散混合室與氣流混合，被氣流攜帶經(jīng)輸灰管道輸送至灰?guī)靃3]。

1.2? ? 氣力除灰系統(tǒng)的流程

一套完整的氣力除灰系統(tǒng)包括以下幾個部分：壓縮空氣系統(tǒng)、倉泵系統(tǒng)、灰斗氣化系統(tǒng)、灰?guī)旌洼敾夜艿?。根?jù)現(xiàn)場設(shè)備布置，氣力除灰系統(tǒng)會分布成若干個電場。常規(guī)的660 MW火電機(jī)組的氣力除灰系統(tǒng)會配置成一電場、二電場、三電場、四電場、五電場以及省煤器電場，每個電場會分為A側(cè)、B側(cè)。每個電場的A側(cè)或B側(cè)由若干個倉泵組成，構(gòu)成一個輸送單元，若干個輸送單元共用一根輸灰管道。氣力除灰系統(tǒng)的現(xiàn)場工藝布置圖如圖1所示。

各個輸送單元完整的輸送工藝流程包括以下幾個階段：待氣階段、進(jìn)氣階段、輸送階段、等待階段、進(jìn)料階段。氣力除灰系統(tǒng)以輸送單元為個體，每個輸送單元分別在待氣階段、進(jìn)氣階段、輸送階段、等待階段、進(jìn)料階段循環(huán)。

（1）待氣階段為每個輸送單元的初始化階段，用于判斷參數(shù)是否滿足條件，比如氣源壓力是否小于設(shè)定值。如果所有的條件滿足，則會進(jìn)入下一個階段。如果有條件不滿足，則會在待氣階段一直等待。

（2）進(jìn)氣階段為每個輸送單元的各個倉泵進(jìn)氣的過程，打開進(jìn)氣閥門，同時開始進(jìn)氣計時。當(dāng)進(jìn)氣時間達(dá)到設(shè)定的時間，則會結(jié)束進(jìn)氣階段進(jìn)入下一個階段。

（3）輸送階段為灰質(zhì)物料輸送到灰?guī)斓倪^程，打開出料閥門，倉泵中的灰質(zhì)物料通過輸灰管道輸送到灰?guī)欤瑫r開始輸送計時。當(dāng)輸送時間達(dá)到設(shè)定時間，則會先關(guān)閉進(jìn)氣閥門，延時幾秒再關(guān)閉出料閥門，結(jié)束輸送階段進(jìn)入下一個階段。

（4）等待階段為灰斗收集干灰的過程，設(shè)定等待時間，當(dāng)?shù)却龝r間到，則結(jié)束等待階段進(jìn)入下一個階段。

（5）進(jìn)料階段為灰斗內(nèi)的干灰進(jìn)入到倉泵中的過程，打開倉泵進(jìn)料閥門開始進(jìn)料，同時開始進(jìn)料計時。當(dāng)進(jìn)料時間達(dá)到設(shè)定時間或者倉泵料位計發(fā)出料滿信號，則關(guān)閉輸送單元的所有進(jìn)料閥門，結(jié)束進(jìn)料階段，重新進(jìn)入到待氣階段。

氣力除灰系統(tǒng)完整的輸送流程如圖2所示。

2 設(shè)計思路

在maxDNA系統(tǒng)中，一個輸送單元設(shè)計一個程控，以待氣階段、進(jìn)氣階段、輸送階段、等待階段、進(jìn)料階段分別作為步序，每個輸送單元程控在待氣步序、進(jìn)氣步序、輸送步序、等待步序、進(jìn)料步序之間循環(huán)。每個步序發(fā)送信號進(jìn)行閥門設(shè)備的操作，并且每個步序設(shè)定完成標(biāo)志，完成標(biāo)志滿足則進(jìn)行下一個步序。

maxDNA系統(tǒng)提供了程控主控原子塊SEQMSTR、程控步序原子塊SEQSTEP進(jìn)行程控設(shè)計。程控主控原子塊SEQMSTR為程控提供人機(jī)接口界面，監(jiān)控每個與之相連的程控步序原子塊SEQSTEP。

每個步序設(shè)計一個程控步序原子塊SEQSTEP，用于存儲每一步的程控信息，包括下一步的步序號、步序完成標(biāo)志等信息，使用ChainInCPX/ChainOutCPX屬性通過復(fù)合的信息流動與程控主控原子塊SEQMSTR溝通。

程控進(jìn)行到某個步序，該步的程控步序原子塊SEQSTEP會發(fā)送信號到設(shè)備邏輯塊，由該設(shè)備邏輯塊控制終端設(shè)備的開或關(guān)。maxDNA系統(tǒng)程控組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 實施難點

3.1? ? 理論分析

在除灰程控中，工藝流程有這樣的要求：對于同一根灰管，所有的輸送單元不能同時在進(jìn)氣階段或輸送階段。因為每個輸送單元程控是獨立的，實際運(yùn)行時經(jīng)常會出現(xiàn)同一根灰管的輸送單元處于輸送階段或進(jìn)氣階段。對此，maxDNA系統(tǒng)采用通過時間大小來判斷先后順序的解決方案。當(dāng)輸送單元程控進(jìn)入待氣階段，開始計時。對于同一根灰管的所有輸送單元程控，對它們的計時時間的大小進(jìn)行排序，時間最大的輸送單元程控先進(jìn)入到下一個進(jìn)氣階段。假設(shè)一根灰管上有輸送單元A和輸送單元B，輸送單元程控A早于輸送單元程控B進(jìn)入待氣步序，則輸送單元程控A的計時時間大于輸送單元程控B的計時時間，輸送單元程控A先進(jìn)入進(jìn)氣步序，輸送單元程控B繼續(xù)處于待氣步序。當(dāng)輸送單元程控A完成進(jìn)氣步序與輸送步序，則停止并且復(fù)位輸送單元程控A的計時，即輸送單元程控A的計時時間為零，輸送單元程控A繼續(xù)其他步序。此時，輸送單元程控B的計時時間大于輸送單元程控A的計時時間，輸送單元程控B進(jìn)入進(jìn)氣步序。當(dāng)輸送單元程控A完成其他步序，重新進(jìn)入到待氣步序時，重新開始計時，只要輸送單元程控B沒有完成進(jìn)氣步序和輸送步序，輸送單元程控B的計時時間沒有復(fù)位清零，則輸送單元程控B的計時時間始終大于輸送單元程控A的計時時間。當(dāng)輸送單元程控B完成進(jìn)氣步序和輸送步序，輸送單元程控B的計時復(fù)位清零，繼續(xù)下一個步序。輸送單元程控A再次進(jìn)入進(jìn)氣步序，如此循環(huán)往復(fù)。在同一根灰管中，只要一個輸送單元在進(jìn)氣與輸送階段，其他輸送單元在待氣階段等待，當(dāng)該輸送單元完成輸送階段，其他輸送單元依照進(jìn)入待氣階段的時間大小依次進(jìn)入進(jìn)氣階段，從而保證同一根灰管，所有的輸送單元不會同時處于進(jìn)氣階段或輸送階段。

3.2? ? 組態(tài)實現(xiàn)

某2×660 MW火電機(jī)組采用maxDNA系統(tǒng)，以#3機(jī)組氣力除灰系統(tǒng)的二電場為例，其輸灰管道共有A側(cè)、B側(cè)兩個輸送單元，A側(cè)、B側(cè)分別組態(tài)程控A和程控B。設(shè)計計時功能組態(tài)，如圖4所示。

其中，原子塊TOTL提供計時功能，觸發(fā)屬性Start開始計時，觸發(fā)屬性Stop停止計時，觸發(fā)屬性Reset復(fù)位計時，屬性O(shè)ut輸出計時時間。原子塊CALC提供計算功能，輸入公式Out=MAX（A，B），輸出A和B的最大值。

當(dāng)原子塊TOTL的計時時間等于其屬性HiLimit的設(shè)定值時，則觸發(fā)屬性TotalAtHi輸出長信號。將屬性TotalAtHi輸出的長信號作為輸送單元程控結(jié)束待氣步序，進(jìn)入進(jìn)氣步序的條件之一。這樣設(shè)計的計時功能組態(tài)可以保證兩個原子塊TOTL不會同時觸發(fā)屬性TotalAtHi，從而避免程控A和程控B同時進(jìn)入進(jìn)氣步序。

4 結(jié)語

氣力除灰系統(tǒng)作為火電機(jī)組輔網(wǎng)系統(tǒng)重要的組成部分，是火電機(jī)組實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要一環(huán)，氣力除灰系統(tǒng)的程控必須穩(wěn)定可靠。本文提供了在maxDNA系統(tǒng)中設(shè)計氣力除灰程控組態(tài)的方案，可以完成氣力除灰輸送單元的基本功能，同時很好地解決了同一根灰管的所有輸送單元同時處于進(jìn)氣階段或輸送階段等難題。多年現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗表明，在maxDNA系統(tǒng)中設(shè)計的氣力除灰程控運(yùn)行穩(wěn)定、效率高、故障率低。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 錢磊.基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的熱工過程辨識研究[D].南京：東南大學(xué)，2016.

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收稿日期：2021-02-01

作者簡介：錢磊（1990—），男，江蘇鹽城人，工程師，主要從事熱工過程自動控制方面的工作。