活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專(zhuān)題---節能增效 電力新發(fā)展

  摘要：本文介紹了西門(mén)子S7-200PLC在電廠(chǎng)鍋爐脈沖吹灰器控制系統中的應用。系統解決了脈沖吹灰器常規操作辦法存在隨意性、浪費吹灰氣源等問(wèn)題，并可根據鍋爐主蒸汽溫度及排煙溫度的變化量的多少來(lái)判斷吹灰器運行的最佳時(shí)間及次數，從而規范了吹灰頻率，降低了積灰概率并節約吹灰氣源。

    關(guān)鍵詞：脈沖吹灰器；工藝；原理；自動(dòng)化控制

    1 引言

   目前我國每年消耗燃煤在17億噸以上，其中電站鍋爐消耗25%左右。我國大部分鍋爐煤炭利用率一般低于85%，比設計效率低10個(gè)百分點(diǎn)，部分鍋爐甚至在30%左右的效率下運行，而先進(jìn)國家的燃煤工業(yè)鍋爐運行效率平均為85~90%。采用吹灰系統一般可以提高運行效率1~3%，為國家節能環(huán)保做出應有的貢獻。

    筆者通過(guò)近幾年針對火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐尾部煙道積灰對鍋爐主蒸汽溫度及排煙溫度、爐膛負壓影響的研究，以某電廠(chǎng)1臺75T循環(huán)流化床鍋爐為例，就如何進(jìn)行鍋爐尾部煙道積灰自動(dòng)吹掃從自動(dòng)控制角度提出了切合實(shí)際的案例。

   2 脈沖吹灰器控制系統概述

    脈沖吹灰器是按一定比例混合后的可燃氣在特定的容器內通過(guò)一端連接點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火器點(diǎn)火產(chǎn)生爆燃，產(chǎn)生強烈的壓縮沖擊波（即爆燃波）并通過(guò)噴口釋放，通過(guò)釋放出來(lái)的壓縮沖擊波對受熱面上的灰垢產(chǎn)生強烈的“先沖壓后吸拉”的交變沖擊作用而實(shí)現吹灰。爆燃罐通過(guò)噴口發(fā)射出的爆燃波有兩個(gè)：首先是爆燃罐內由于爆燃造成的壓力驟增而產(chǎn)生的熱爆沖擊波，而后緊跟著(zhù)的則是在噴口處由壓力驟降造成的物理弱爆而產(chǎn)生的壓縮沖擊波，兩道沖擊波之間的間隔只有8~12ms，所以吹灰效果更佳。圖1所示是在噴口背后1米處實(shí)測出的雙沖擊波的波形圖譜。

    鍋爐積灰的形成不是一瞬間完成的，而是隨時(shí)間推移，并與鍋爐負荷大小，爐膛負壓高低以及燃料燃燒的程度有關(guān)。一旦積灰形成必須短時(shí)間內及時(shí)吹灰，否則隨著(zhù)時(shí)間的推移，在高溫下這些疏散的干灰遇到高濕空氣會(huì )凝結成板塊，對以后的吹灰造成困難。因此，一旦發(fā)生積灰，反映到排煙溫度上會(huì )使排煙溫度明顯升高，主蒸汽溫度也會(huì )相應的降低，因此當排煙溫度發(fā)生變化時(shí)，在變化量超過(guò)4℃時(shí)在PLC控制程序中判斷為吹灰運行開(kāi)始。當吹灰結束后，在120秒內根據在線(xiàn)監測的排煙溫度實(shí)時(shí)值如果沒(méi)有降低到期望值則繼續運行吹灰器，直到達到目標值為止。
   
                   
                               圖1   雙沖擊波的波形圖譜

    3 工藝要求

    （1）鍋爐吹灰工藝規范：鍋爐負荷在70%以上時(shí)，方可進(jìn)行吹灰操作，否則會(huì )對爐膛壓力產(chǎn)生波動(dòng)，影響鍋爐正常運行。

    （2）脈沖吹灰器工作狀態(tài)： 清掃狀態(tài)、充氣狀態(tài)、爆燃狀態(tài)。清掃狀態(tài)，通過(guò)開(kāi)啟空氣電磁閥引入高壓壓縮空氣，壓縮空氣會(huì )將上次爆燃產(chǎn)生的未完全燃燒的乙炔清掃干凈，還會(huì )將部分火花降溫至熄滅狀態(tài)，保證下次充入乙炔時(shí)不會(huì )自燃。充氣狀態(tài)，通過(guò)開(kāi)啟乙炔電磁閥將乙炔氣引入混合裝置由混合裝置對高壓空氣和乙炔氣進(jìn)行充分的混合，在乙炔電磁閥開(kāi)啟時(shí)必須保證空氣電磁閥一直開(kāi)啟并有空氣通過(guò)，可以通過(guò)流量計在線(xiàn)監測空氣和乙炔的流量來(lái)判斷是否有供氣不足的現象，避免啞炮的產(chǎn)生。爆燃狀態(tài)，當乙炔和空氣混合氣充滿(mǎn)整個(gè)容器時(shí)，乙炔電磁閥關(guān)閉，避免回火，點(diǎn)火裝置啟動(dòng)，混合氣在瞬間發(fā)生爆燃。

    （3）吹灰器布點(diǎn)要求：

    根據每層受熱面積灰情況布置吹灰點(diǎn)，一般布置在受熱面上方，并且順著(zhù)煙氣流向進(jìn)行吹灰，這樣有利于吹灰后灰塵很快被收集到除塵裝置，避免二次積灰。一般設置的吹灰點(diǎn)成對出現，并且兩個(gè)噴口在同一直線(xiàn)上，分別布置在前后爐墻或左右爐墻。這樣有利于消除吹灰死角。

    （4）儀表控制要求：空氣電磁閥控制空氣路的通斷。乙炔電磁閥控制乙炔路的通斷。點(diǎn)火裝置控制點(diǎn)火器通斷。溫度檢測裝置檢測尾部煙道溫度及主蒸汽溫度。流量檢測裝置檢測空氣流量及乙炔流量。工控機及顯示器作為人機界面，顯示各個(gè)控制狀態(tài)及各儀表參數的顯示和調整。西門(mén)子S7-200PLC控制器作為整個(gè)系統的中央控制單元，負責整個(gè)邏輯的運算判斷，及各控制設備的開(kāi)關(guān)量控制及外部各開(kāi)關(guān)量及模擬量的輸入輸出。

    各儀表參數：

    排煙溫度：排煙溫度控制在150攝氏度。

    空氣流量：空氣流量控制在80L/min。

    乙炔流量：乙炔流量控制在20L/min。

    吹掃時(shí)間：即開(kāi)啟空氣電磁閥，引入高壓空氣進(jìn)行吹掃。

    充氣時(shí)間：即乙炔電磁閥開(kāi)啟時(shí)間，引入可燃氣與空氣充分混合。

   4 控制系統方案

    （1）系統流程圖
     
                           
                                    圖2   系統流程圖

    控制流程文字說(shuō)明見(jiàn)表1。
  
                

    點(diǎn)火結束預示吹灰次數增加一次。如果點(diǎn)火次數等于設定次數則吹灰結束，如果小于設定次數則繼續吹掃進(jìn)入下一輪循環(huán)。在吹灰次數等于設定次數時(shí)，實(shí)時(shí)排煙溫度和設定排煙溫度在PLC程序中作比較，如果實(shí)時(shí)排煙溫度小于等于設定排煙溫度則停止吹灰，如果實(shí)時(shí)排煙溫度大于設定排煙溫度則繼續進(jìn)入下一輪吹灰循環(huán)。

    （2）控制結構圖

    控制系統結構簡(jiǎn)單被控設備主要有三個(gè)：空氣電磁閥，乙炔電磁閥，點(diǎn)火裝置。
       
                     
                              圖3    控制結構圖

    控制設備主要是西門(mén)子S7-200系列PLC，配置工控機及液晶演示器?？刂葡到y通訊協(xié)議采用西門(mén)子PPI通訊協(xié)議，借助于PPL標準通訊電纜，電纜通過(guò)工控機COM口與PLC進(jìn)行通訊。組態(tài)軟件選用紫金橋組態(tài)軟件，通過(guò)組態(tài)畫(huà)面可以直觀(guān)地觀(guān)察現場(chǎng)設備的運行狀態(tài)及各儀表參數。并且通過(guò)組態(tài)軟件可以控制設備啟停，及修改各控制參數。

    （3）控制系統主界面

    主畫(huà)面設有強制啟動(dòng)、停止按鈕，排煙溫度實(shí)時(shí)顯示及乙炔壓力檢測、電磁閥工作狀態(tài)顯示，以及實(shí)時(shí)顯示現場(chǎng)故障報警信息。

    （4）控制系統參數修改界面圖

                    
                                 圖4 控制系統主界面 

    還可以根據實(shí)際使用情況對系統的參數進(jìn)行調整，以便達到最佳效益。
  
                     
                                 圖5 控制系統參數設定界面

    5 控制邏輯梯形圖

    （1）啟動(dòng)控制
  
                   
                                 圖6     啟動(dòng)控制邏輯梯形圖

    （2）排煙溫度采集
  
                   
                              圖7    排煙溫度采集控制邏輯梯形圖

    （3）邏輯輸出
  
                       
                                圖8    邏輯輸出梯形圖

    6 結束語(yǔ)

    通過(guò)添加系統啟動(dòng)條件，將現場(chǎng)鍋爐排煙溫度和系統啟動(dòng)時(shí)間有機結合，使控制系統更加人性化，更趨于合理，使吹灰系統最大的發(fā)揮作用，同時(shí)節約了能源，該系統特別適用于當今大中小型電廠(chǎng)。節能環(huán)保一直是國家積極倡導的主題，那么通過(guò)對吹灰系統自動(dòng)控制的不斷改進(jìn)，不但有效的節約了煤炭的用量，而且降低了二氧化碳、二氧化硫等有害氣體的排放。

    參考文獻

    [1]西門(mén)子（中國）有限公司.SIEMENS S7-200可編程控制器手冊.2002

    [2]亞控公司.組態(tài)王6.53使用手冊

    丁曉東（1979-）

     男，山東臨沂人，本科，2002年畢業(yè)于中國計量學(xué)院，助教，現就職于棗莊職業(yè)學(xué)院，從事PLC控制方面的教學(xué)研究工作。   

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第一期