姚秀娟，趙連莉，劉三，朱延忠

(華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522)

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61203041)

1 機(jī)組概況

華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠三期工程裝設(shè)2臺(tái)600 MW亞臨界燃煤凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，配2×2 020 t/h燃煤鍋爐，分別于1997年1月和11月投產(chǎn)。2臺(tái)機(jī)組于2006年增設(shè)2套石灰石-石膏法煙氣脫硫裝置，其中石膏真空皮帶脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、事故漿液箱包含在四期脫硫島工作范圍內(nèi)。該煙氣脫硫系統(tǒng)采用德國(guó)LEE公司石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，脫硫劑為石灰石(CaCO3)與水配置的懸浮漿液，在吸收塔內(nèi)，煙氣中的SO2與石灰石反應(yīng)后生成亞硫酸鈣(CaSO3)，并就地強(qiáng)制氧化為石膏，石膏經(jīng)二級(jí)脫水處理可作為副產(chǎn)品外售。

2×600 MW機(jī)組脫硫裝置采用一爐一塔，每套脫硫裝置的煙氣處理能力為100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況時(shí)的煙氣量，其脫硫效率按不小于95%設(shè)計(jì)。

煙氣從鍋爐鋼煙道引出，溫度為126 ℃、壓力為0 Pa，增壓風(fēng)機(jī)出口壓力為3 900 Pa、溫升為130 ℃，送至煙氣換熱器(GGH)與吸收塔出口的凈煙氣換熱，原煙氣溫度降至90 ℃左右，隨即進(jìn)入吸收塔，與來(lái)自上部3層噴淋層的漿液逆流接觸，進(jìn)行脫硫吸收反應(yīng)；脫硫后的凈煙氣經(jīng)吸收塔頂部的兩級(jí)除霧器除去攜帶的液滴后至GGH進(jìn)行加熱，溫度由43 ℃升至80 ℃左右，通過(guò)煙囪排放至大氣中。

GGH在未處理煙氣的出、入口各配有1臺(tái)吹灰器。該吹灰器分3個(gè)系統(tǒng)，1個(gè)系統(tǒng)以壓縮空氣作為介質(zhì)吹掃換熱元件，而另外2個(gè)系統(tǒng)分別為GGH提供高壓水和低壓水沖洗。

GGH最初至少每6 h使用壓縮空氣吹掃1次，吹掃頻率可視運(yùn)行情況而定，以保證壓降接近設(shè)計(jì)值(原煙氣為516 Pa，凈煙氣為476 Pa)。

GGH吹灰器選用克萊德貝爾格曼公司的產(chǎn)品，該吹灰器動(dòng)作順序?yàn)椋簡(jiǎn)?dòng)→起噴→停留→返回(前限位開(kāi)關(guān)，機(jī)械撞停開(kāi)關(guān))→回起噴位置停留疏水→回到停留位置(后限位開(kāi)關(guān)，機(jī)械撞停開(kāi)關(guān))。可選擇3種清潔換熱元件模式：空氣(蒸汽)吹掃(在線)步進(jìn)距離75 mm；高壓水洗(在線)步進(jìn)距離15 mm；低壓水洗(離線檢修)步進(jìn)距離45 mm。

2 改造前的控制情況

GGH吹灰器由可編程邏輯控制器(PLC)控制，選用AB公司Micrologix 1500系列產(chǎn)品，步進(jìn)距離通過(guò)編碼器計(jì)算，編碼器旋轉(zhuǎn)1周發(fā)出2 500個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖代表0.173 mm。共有主機(jī)1臺(tái)、開(kāi)關(guān)量輸入卡3塊、模擬量輸入卡1塊、開(kāi)關(guān)量輸出卡2塊。

在脫硫分散控制系統(tǒng)(DCS)的操作畫(huà)面中有吹灰器的操作界面，可以選擇壓縮空氣吹掃程序、低壓水沖洗程序、高壓水沖洗程序、運(yùn)行雙槍程序、啟動(dòng)/停止吹灰器程序、運(yùn)行頂槍程序、運(yùn)行底槍程序。選擇某個(gè)程序后，DCS就會(huì)有相應(yīng)的數(shù)字量輸入點(diǎn)送到PLC的數(shù)字量輸入卡件，PLC接收到相應(yīng)的指令后，就會(huì)啟動(dòng)PLC內(nèi)的順控程序，相關(guān)的設(shè)備就進(jìn)行動(dòng)作。

GGH吹灰器PLC反饋給脫硫DCS的信號(hào)只有“電源正常”和“總故障”，當(dāng)PLC內(nèi)順控程序運(yùn)行時(shí)，常常會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)閥門(mén)的反饋信號(hào)未動(dòng)作、壓力或溫度合適信號(hào)未滿足、某個(gè)設(shè)備啟動(dòng)失敗等原因發(fā)出“總故障”報(bào)警信號(hào)，最終導(dǎo)致GGH吹灰程序中斷。

故障發(fā)生后，運(yùn)行人員就會(huì)聯(lián)系熱控檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障處理。但因PLC的操作界面不友好，且PLC內(nèi)部的程序需借助其他工具才能讀出來(lái)，因此熱控人員只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一個(gè)信號(hào)一個(gè)信號(hào)地排除。這樣就給故障排除帶來(lái)了一定的困難，會(huì)因?yàn)榇祷也患皶r(shí)造成GGH堵塞，給整個(gè)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)不利影響，再加上脫硫現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境惡劣，熱控人員就地工作難度很大。

GGH吹灰器主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

(1)在投脫硫GGH頂槍高壓水沖洗程序時(shí)，時(shí)常發(fā)出“總故障”報(bào)警信號(hào)，導(dǎo)致頂槍高壓水沖洗不能正常投入。

故障原因：

1)頂槍高壓水電動(dòng)門(mén)嚴(yán)重卡澀，開(kāi)啟速度較慢，不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)(30 s)順利打開(kāi)，而導(dǎo)致總故障報(bào)警；

2)頂槍高壓水電動(dòng)門(mén)手動(dòng)、自動(dòng)切換裝置失靈，不能從手動(dòng)位正常切至自動(dòng)位，導(dǎo)致電機(jī)空轉(zhuǎn)而閥門(mén)不動(dòng)；

3)頂槍高壓水電動(dòng)門(mén)熱偶常閉接點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重，接點(diǎn)接觸不良，致使閥門(mén)控制回路故障，閥門(mén)不能正常接收“開(kāi)”“關(guān)”操作指令。

針對(duì)以上原因，聯(lián)系機(jī)務(wù)人員對(duì)閥門(mén)卡澀和手動(dòng)、自動(dòng)切換裝置故障進(jìn)行處理，確認(rèn)該閥門(mén)的實(shí)際位置并重新定位，故障排除后閥門(mén)開(kāi)關(guān)正常；更換接點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重的熱偶及接觸器，更換后閥門(mén)開(kāi)關(guān)正常，故障排除。

(2)頂槍在投高壓水的過(guò)程中發(fā)出“高壓水壓力低”報(bào)警信號(hào)，進(jìn)而發(fā)出GGH“總故障”報(bào)警信號(hào)，致使吹灰失敗。

故障原因：高壓水供水系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，造成壓力低于8 MPa(一般情況下正常工作壓力大于10 MPa)而發(fā)出報(bào)警。

針對(duì)以上原因，聯(lián)系機(jī)務(wù)人員對(duì)高壓水供水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，排除引起高壓水供水壓力不足和波動(dòng)的故障。

(3)吹灰過(guò)程中，頂槍有時(shí)會(huì)發(fā)出“無(wú)編碼器輸入”的報(bào)警信號(hào)，導(dǎo)致發(fā)出“總故障”報(bào)警信號(hào)。

故障原因：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，吹槍投入的過(guò)程中有卡澀的現(xiàn)象，致使編碼器狀態(tài)不能翻轉(zhuǎn)。從圖1可以看出，5 s后PLC就會(huì)發(fā)出“無(wú)編碼器輸入”的報(bào)警信號(hào)，而導(dǎo)致吹灰失敗。

圖1 PLC內(nèi)“無(wú)編碼器輸入”的報(bào)警邏輯圖

針對(duì)以上原因，聯(lián)系機(jī)務(wù)人員對(duì)上槍驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，消除設(shè)備缺陷。

(4)吹灰過(guò)程可以完成，但退槍時(shí)不能夠自動(dòng)退出。

故障原因：通過(guò)多次跟蹤，確認(rèn)造成該故障的原因是梯形圖中有一功能塊不能正常翻轉(zhuǎn)(如圖2所示)，GRT功能塊只有在源A大于源B時(shí)(即吹槍實(shí)時(shí)位置大于7090時(shí))狀態(tài)才會(huì)翻轉(zhuǎn)為1，從而觸發(fā)以下邏輯，使吹槍正常退出。但是，通過(guò)多次觀察，吹槍只能進(jìn)到7090位置，不能大于7090，從而造成吹槍不能正常退出。

圖2 原PLC內(nèi)吹槍位置判斷邏輯圖

針對(duì)以上原因，對(duì)梯形圖做了修改(如圖3所示)，將GRT指令更換為GEQ指令，這樣當(dāng)吹槍實(shí)時(shí)位置大于等于7090時(shí)就能觸發(fā)以下邏輯，從而使吹槍正常退出。

圖3 修改后的PLC內(nèi)吹槍位置判斷邏輯圖

以上頻發(fā)故障的詳細(xì)信息沒(méi)有被傳送到集控室，運(yùn)行人員在集控室只能知道GGH吹灰發(fā)“總故障”報(bào)警了，但具體是哪個(gè)設(shè)備發(fā)生了故障不能迅速判斷出來(lái),致使缺陷處理不及時(shí)，影響了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 改造方案的選擇及實(shí)施

為解決GGH吹灰控制給檢修、運(yùn)行人員帶來(lái)的不便，決定對(duì)GGH吹灰的PLC進(jìn)行改造。經(jīng)反復(fù)考慮，改造方案大概有3種可供選擇：

(1)保留就地PLC控制，通過(guò)PLC控制器的485串口與DCS進(jìn)行通信，將所有故障詳細(xì)信息傳送到DCS的報(bào)警窗中進(jìn)行報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方故障確認(rèn)；

(2)取消就地PLC和位置編碼器，根據(jù)GGH吹灰流程框圖在DCS內(nèi)做新的邏輯，用時(shí)間來(lái)控制吹槍的流程；

(3)只取消PLC，仍采用位置編碼器來(lái)判斷吹槍的位置，控制吹槍的進(jìn)退，其余邏輯在DCS內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)反復(fù)比較，最終選擇了第3種方案，該方案難度較大，但更利于吹槍的準(zhǔn)確定位。改造前，要做好3個(gè)方面的工作：首先要解決編碼器脈沖信號(hào)如何被DCS正確接收并實(shí)現(xiàn)累計(jì)的問(wèn)題；二是根據(jù)GGH吹灰流程圖做出DCS的控制邏輯圖；三是讀懂PLC控制程序，熟悉原控制方案的控制思想，然后對(duì)DCS邏輯進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 編碼器問(wèn)題的解決

GGH吹灰器進(jìn)吹過(guò)程是步進(jìn)的，步進(jìn)距離通過(guò)采集編碼器(法國(guó)艾迪克GHM912-2500-004型編碼器，編碼器旋轉(zhuǎn)1周發(fā)出2 500個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖代表0.173 mm)的脈沖進(jìn)行累計(jì)計(jì)算，從而確定GGH吹灰頂槍和底槍的位置。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得知，DCS每秒至少要采集到100個(gè)脈沖才能準(zhǔn)確地對(duì)吹槍定位。經(jīng)過(guò)查閱OVATION系統(tǒng)I/O卡件說(shuō)明書(shū)，最終選擇了脈沖計(jì)算卡(PI卡)。編碼器共有5根接線：2根電源線(24 V DC)、1根屏蔽線和2根輸出信號(hào)線。以頂槍為例，輸出信號(hào)線為X0和X1，將這2個(gè)信號(hào)送到DCS的PI卡，在PI卡件的接線端按照有源輸入接線，再在DCS做邏輯把脈沖信號(hào)讀出并計(jì)算出累計(jì)數(shù)值。

頂槍位置計(jì)算邏輯如圖4所示。

圖4 頂槍位置計(jì)算邏輯

3.2 DCS邏輯圖的繪制

GGH吹灰器程序可選擇3種清潔換熱元件模式，如選擇空氣吹掃，則頂槍或底槍的步進(jìn)距離為75 mm，當(dāng)編碼器輸出的數(shù)值計(jì)算出步進(jìn)了75 mm時(shí)，頂槍或底槍的進(jìn)接觸器就停止帶電，等待48 s后再帶電步進(jìn)75 mm，這48 s內(nèi)進(jìn)行壓縮空氣吹掃。循環(huán)這個(gè)過(guò)程，一直到槍的位置大于7 080 mm，程序執(zhí)行退槍的操作。這個(gè)過(guò)程動(dòng)作是連續(xù)的，不是步進(jìn)的，一直到槍退到位為止。

根據(jù)該流程圖在DCS內(nèi)做出控制邏輯，可以選擇底槍吹灰、選用壓縮空氣沖洗的邏輯，也可以選擇底槍吹灰、選用高壓水沖洗的邏輯。頂槍吹灰的程序和底槍吹灰邏輯是相同的，同樣也可選用壓縮空氣沖洗和高壓水沖洗。無(wú)論是選擇雙槍還是單槍程序，都是調(diào)用底槍或頂槍的程序，做成順序控制即可。

3.3 邏輯優(yōu)化

利用RSLinx和RSLogix500軟件將PLC控制邏輯讀出，根據(jù)PLC程序?qū)Α翱偣收习l(fā)出的邏輯”進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)表1中的任一條件存在時(shí)，總故障信號(hào)即發(fā)出。

表1 GGH吹灰總故障報(bào)警

上述3個(gè)問(wèn)題的順利解決，為脫硫系統(tǒng)GGH吹灰取消PLC就地控制，改為DCS控制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2011年，#6機(jī)組大修時(shí)，對(duì)#6機(jī)組脫硫系統(tǒng)GGH吹灰器的控制部分進(jìn)行了改造，就地PLC取消，直接由DCS內(nèi)邏輯取代。改造后邏輯清晰、查找方便，運(yùn)行人員能非常方便地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，聯(lián)系相關(guān)部門(mén)人員進(jìn)行處理。改造后，缺陷率極低，GGH吹灰各種程控投入良好。

#6機(jī)組脫硫DCS采用愛(ài)默生控制公司的Ovation 控制系統(tǒng),操作系統(tǒng)為Windows系統(tǒng),界面非常友好,邏輯的查找非常方便。邏輯的組態(tài)用AutoCAD工具實(shí)現(xiàn)，邏輯的組態(tài)和修改工作也容易完成。

PLC控制邏輯改為由DCS控制后，GGH吹灰程序執(zhí)行正常，槍的位置計(jì)算很準(zhǔn)確，操作界面非常簡(jiǎn)單，GGH吹灰的故障率很低，易于維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

#6機(jī)組脫硫GGH改造后，由就地的PLC控制改為DCS控制，改造效果良好，運(yùn)行人員操作方便，利于故障的判斷，缺陷率大大降低，也給熱工人員的維護(hù)提供了很大便利。