祝學(xué)志 陳旭光

摘要：火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)末端設(shè)置多個(gè)原煤倉(cāng)為磨煤機(jī)供給燃料，是鍋爐燃燒唯一的燃料來(lái)源，操作員根據(jù)原煤倉(cāng)的料位情況操作犁煤器抬起或落下對(duì)原煤倉(cāng)上煤，以保證料位處于安全范圍?，F(xiàn)根據(jù)艾默生Ovation集散控制系統(tǒng)（Distributed

Control System，DCS）的特點(diǎn)，結(jié)合輸煤系統(tǒng)的實(shí)際情況，提出一種基于Ovation DCS控制系統(tǒng)的原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤控制策略。該方法可根據(jù)皮帶輸送機(jī)輸送的煤種，結(jié)合原煤倉(cāng)料位，實(shí)時(shí)控制不同煤種進(jìn)入規(guī)定的原煤倉(cāng)，從燃料系統(tǒng)設(shè)備控制層實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤，為原煤倉(cāng)預(yù)混摻燒提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：Ovation DCS控制系統(tǒng)；輸煤系統(tǒng)；配煤摻燒；自動(dòng)配煤

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621.2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）17-0013-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.004

0? ? 引言

目前，國(guó)內(nèi)新建大型火力發(fā)電廠均采用“主輔一體化”的設(shè)計(jì)理念，越來(lái)越多的輔助車(chē)間采用集散控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行控制[1-2]。火力發(fā)電廠的輔助車(chē)間應(yīng)用DCS取代可編程邏輯控制器（PLC），簡(jiǎn)化了備品備件庫(kù)，為日常維護(hù)帶來(lái)了極大的便利。

隨著電煤價(jià)格不斷攀升以及國(guó)家節(jié)能減排要求不斷提高[3-4]，配煤摻燒已經(jīng)成為火力發(fā)電廠提高經(jīng)營(yíng)效益、改善機(jī)組環(huán)保性能的重要手段[5-6]。爐前預(yù)混摻燒分為煤場(chǎng)預(yù)混、皮帶預(yù)混和原煤倉(cāng)預(yù)混[7]，本文提出的自動(dòng)配煤控制策略主要針對(duì)原煤倉(cāng)預(yù)混摻燒方式進(jìn)行討論。

火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)工況非常復(fù)雜，主要表現(xiàn)為工作線路長(zhǎng)、輔助設(shè)備多、工作區(qū)域粉塵多、就地巡檢員和操作員多等[8]。輸煤皮帶機(jī)將煤場(chǎng)、翻車(chē)機(jī)或卸船機(jī)等煤源逐級(jí)輸送至原煤倉(cāng)，每個(gè)原煤倉(cāng)落煤管上方安裝有犁煤器，當(dāng)原煤倉(cāng)料位低時(shí)操作員操作犁煤器落下對(duì)其上煤。該作業(yè)方式在電廠中應(yīng)用非常普遍，作業(yè)方式原始，浪費(fèi)人力資源，而且作業(yè)環(huán)境惡劣。

本文應(yīng)用艾默生Ovation DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一種適用于火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)原煤倉(cāng)的自動(dòng)配煤方案，該方案根據(jù)就地設(shè)備的實(shí)際情況，結(jié)合艾默生Ovation DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，達(dá)到了縮減操作員、提高自動(dòng)化水平的目的，實(shí)現(xiàn)了原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤，為原煤倉(cāng)預(yù)混摻燒提供了就地設(shè)備自動(dòng)控制的技術(shù)支持。

1? ? 自動(dòng)配煤控制方案

國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)應(yīng)用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤的案例比較罕見(jiàn)[9]。艾默生Ovation

DCS系統(tǒng)不僅能夠完成通用的數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、順序控制，更能以高精度、高速度、高可靠性完成FSSS、DEH、ETS等高要求控制，而且支持FF、Profibus DP、Device Net、Modbus等多種總線通信協(xié)議[10]?；谝陨蟽?yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的Ovation DCS系統(tǒng)被應(yīng)用于輸煤程控系統(tǒng)。本著節(jié)約人力成本，提高自動(dòng)化水平，為原煤倉(cāng)預(yù)混摻燒提供控制方案的目的，本文將原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤納入輸煤系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。

1.1? ? 自動(dòng)配煤控制原則

根據(jù)某電廠輸煤系統(tǒng)的特點(diǎn)和就地設(shè)備實(shí)際情況，將原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤的控制原則和控制要求總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）原煤倉(cāng)料位測(cè)量?jī)x表為連續(xù)型料位計(jì)，為了提高系統(tǒng)的靈活性，將原煤倉(cāng)料位狀態(tài)分為低料位、高料位和高高料位三種情況。操作員可根據(jù)實(shí)際情況在上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面設(shè)置低料位、高料位和高高料位的觸發(fā)值，如圖1所示。

（2）根據(jù)原煤倉(cāng)實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)置是否有檢修倉(cāng)或備用倉(cāng)，檢修倉(cāng)或備用倉(cāng)對(duì)應(yīng)的犁煤器不允許落下。

（3）當(dāng)輸煤皮帶機(jī)尾部落煤管上方無(wú)犁煤器時(shí)無(wú)須設(shè)置尾倉(cāng)；當(dāng)輸煤皮帶機(jī)尾部落煤管上方有犁煤器時(shí)需要設(shè)置尾倉(cāng)，尾倉(cāng)對(duì)應(yīng)的犁煤器不允許抬起。

（4）當(dāng)犁煤器抬到位或落到位反饋信號(hào)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)配煤流程立即報(bào)警并自動(dòng)返回。

（5）當(dāng)下一級(jí)犁煤器落到位后，上一級(jí)犁煤器才允許抬起。

1.2? ? 自動(dòng)配煤控制方式

將自動(dòng)配煤控制方式分為優(yōu)先配煤、順序配煤和余煤配煤三種模式。某電廠#7爐和#8爐各有6個(gè)原煤倉(cāng)，按照輸煤皮帶機(jī)的運(yùn)行方向依次命名為F倉(cāng)至A倉(cāng)。

（1）優(yōu)先配煤。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有無(wú)低料位的原煤倉(cāng)，優(yōu)先對(duì)低料位的原煤倉(cāng)上煤，直至低料位信號(hào)消失并延時(shí)一定時(shí)間結(jié)束。如果存在多個(gè)原煤倉(cāng)處于低料位狀態(tài)，則按照輸煤皮帶機(jī)運(yùn)行方向，即F倉(cāng)至A倉(cāng)的順序上煤直至尾倉(cāng)。無(wú)論是在順序配煤還是在余煤配煤過(guò)程中出現(xiàn)低料位信號(hào)，系統(tǒng)立即中斷當(dāng)前流程，優(yōu)先跳轉(zhuǎn)至低料位原煤倉(cāng)上煤，上煤完成后繼續(xù)順序配煤或余煤配煤流程。

（2）順序配煤。在所有原煤倉(cāng)無(wú)低料位信號(hào)或所有低料位原煤倉(cāng)補(bǔ)倉(cāng)完成的情況下，自動(dòng)配煤按照輸煤皮帶機(jī)運(yùn)行方向從前向后依次上煤，即按照F倉(cāng)至A倉(cāng)的順序依次上煤，直至高料位信號(hào)出現(xiàn)。順序配煤過(guò)程中出現(xiàn)低料位信號(hào)，則中斷當(dāng)前流程，優(yōu)先跳轉(zhuǎn)至該原煤倉(cāng)上煤，補(bǔ)倉(cāng)完成后自動(dòng)返回順序配煤流程中斷處繼續(xù)。

（3）余煤配煤。切斷煤源之前各級(jí)輸煤皮帶機(jī)上仍然有余煤需要輸送至原煤倉(cāng)。當(dāng)順序配煤完成后監(jiān)控畫(huà)面顯示“切斷煤源”指示，系統(tǒng)開(kāi)始余煤配煤。與順序配煤相同，余煤配煤也按照F倉(cāng)至A倉(cāng)的順序依次對(duì)各原煤倉(cāng)進(jìn)行上煤，至高高料位為止。余煤配煤旨在消除皮帶余煤，并不要求將每個(gè)原煤倉(cāng)都上煤至高高料位。

根據(jù)設(shè)計(jì)的自動(dòng)配煤控制原則和控制方式可以得到如圖2所示的自動(dòng)配煤流程示意圖，該示意圖展示了啟動(dòng)時(shí)各倉(cāng)均無(wú)低料位，且在順序配煤過(guò)程中出現(xiàn)D倉(cāng)和B倉(cāng)低料位時(shí)各犁煤器的動(dòng)作狀態(tài)和動(dòng)作順序。

2? ? 自動(dòng)配煤控制邏輯設(shè)計(jì)

控制流程圖是DCS邏輯設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則。根據(jù)自動(dòng)配煤控制原則和控制方式，在編寫(xiě)DCS控制邏輯之前設(shè)計(jì)自動(dòng)配煤控制流程圖，如圖3所示。在自動(dòng)配煤模式下，點(diǎn)擊“自動(dòng)配煤?jiǎn)?dòng)”后，系統(tǒng)根據(jù)各原煤倉(cāng)實(shí)際料位情況進(jìn)行自動(dòng)配煤。余煤配煤結(jié)束后，操作員按照操作要求將輸煤系統(tǒng)“程?！辈⒆詣?dòng)配煤切至停止。

根據(jù)犁煤器的設(shè)備特點(diǎn)和控制要求編寫(xiě)了用于犁煤器控制的宏，犁煤器控制宏封裝完成后如圖4所示。采用控制宏的方式大大縮減了DCS邏輯編寫(xiě)的工作量，且方便檢修和維護(hù)。

該宏結(jié)合了就地設(shè)備動(dòng)作特點(diǎn)和信號(hào)類(lèi)型，并充分考慮到了犁煤器容易出現(xiàn)的抬落故障以及對(duì)其進(jìn)行的安全保護(hù)。由于設(shè)備動(dòng)作的相似性，犁煤器控制宏也可用于分流擋板、頭部伸縮裝置等輸煤系統(tǒng)設(shè)備的控制中。自動(dòng)配煤過(guò)程的控制時(shí)序圖如圖5所示，其中，L表示低料位信號(hào)，H表示高料位信號(hào)，HH表示高高料位信號(hào)，上升沿表示信號(hào)觸發(fā)。犁煤器上升沿表示犁煤器落下開(kāi)始上煤，下降沿表示犁煤器抬起，相應(yīng)的煤倉(cāng)不上煤。

由圖5可以看出，當(dāng)D倉(cāng)和B倉(cāng)低料位信號(hào)L出現(xiàn)上升沿時(shí)，自動(dòng)配煤流程立即中斷正在執(zhí)行的F倉(cāng)上煤，轉(zhuǎn)向D倉(cāng)，待D倉(cāng)犁煤器落下后F倉(cāng)的犁煤器才抬起；當(dāng)D倉(cāng)和B倉(cāng)的低料位信號(hào)消失后，自動(dòng)配煤流程重新返回F倉(cāng)進(jìn)行順序配煤；F倉(cāng)至A倉(cāng)順序配煤完成后，各倉(cāng)均出現(xiàn)高料位信號(hào)H，自動(dòng)配煤流程開(kāi)始余煤配煤，F(xiàn)倉(cāng)至A倉(cāng)依次出現(xiàn)高高料位信號(hào)HH。根據(jù)輸煤皮帶機(jī)輸送的煤種實(shí)時(shí)設(shè)置低料位、高料位和高高料位的觸發(fā)值即可控制不同的煤種進(jìn)入相應(yīng)的原煤倉(cāng)，達(dá)到預(yù)混的目的。

3? ? 結(jié)束語(yǔ)

原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤的實(shí)現(xiàn)為燃料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原煤倉(cāng)預(yù)混摻燒提供了技術(shù)支持，其能夠根據(jù)皮帶輸送機(jī)上的煤種，結(jié)合原煤倉(cāng)料位實(shí)時(shí)控制不同煤種進(jìn)入規(guī)定的原煤倉(cāng)。本文根據(jù)艾默生Ovation DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一種基于DCS系統(tǒng)的無(wú)須人工干預(yù)的自動(dòng)配煤控制方法，并根據(jù)犁煤器的設(shè)備特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種普遍適用于犁煤器控制的邏輯宏。原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤的控制方式和控制效果在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)得到了驗(yàn)證，其將配煤方式分為優(yōu)先配煤、順序配煤和余煤配煤，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)需求，達(dá)到了改善操作員工作環(huán)境和降低人力成本的目的，實(shí)現(xiàn)了爐外預(yù)混摻燒。原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤為原煤倉(cāng)預(yù)混摻燒解決了系統(tǒng)設(shè)備控制層面的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)配煤摻燒全過(guò)程自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。

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收稿日期：2023-06-02

作者簡(jiǎn)介：祝學(xué)志（1985—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：火電廠調(diào)試和熱工自動(dòng)化。