摘 要： 目前國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠鍋爐吹灰系統(tǒng)大部分均采用蒸汽吹灰器，由于結(jié)構(gòu)和介質(zhì)的特點(diǎn)，加上高溫環(huán)境的影響及控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，容易造成系統(tǒng)非法停運(yùn)。本文通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)監(jiān)控方式，將吹灰PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊至主機(jī)DCS系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行集中管理。消除系統(tǒng)監(jiān)控盲點(diǎn)，有效提高了系統(tǒng)故障處理的及時(shí)性，同時(shí)減少了運(yùn)行人員操作強(qiáng)度；對(duì)系統(tǒng)控制加入時(shí)序邏輯及故障容錯(cuò)來(lái)提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)非法退出次數(shù)，保證受熱面不超溫，提高鍋爐熱效率。

關(guān)鍵詞：電廠 吹灰系統(tǒng) 程序控制 優(yōu)化 PLC DCS

中圖分類(lèi)號(hào)：TK224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）10-0268-02

引言

燃煤火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過(guò)程中要消耗大量的化石燃料-煤炭。煤炭燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物-煤灰和煤渣。其中煤渣質(zhì)量較大，在燃燒過(guò)程中會(huì)沉積至爐膛下部，通過(guò)撈渣、排渣、和輸渣設(shè)備送至爐膛外部。而產(chǎn)生的飛灰會(huì)隨著煙氣流動(dòng)的方向，慢慢的堆積到鍋爐水冷壁、過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器。若鍋爐受熱面積灰嚴(yán)重，會(huì)直接導(dǎo)致排煙溫度升高，從而大大降低了鍋爐熱效率，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)；受熱面積灰過(guò)多，積灰時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在高溫的環(huán)境中，會(huì)結(jié)焦板結(jié)，導(dǎo)致鍋爐爆管，直接威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。此時(shí)，就更加凸顯鍋爐吹灰系統(tǒng)的重要性。當(dāng)前國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠鍋爐吹灰系統(tǒng)大部分均采用蒸汽吹灰器，由于結(jié)構(gòu)和介質(zhì)的特點(diǎn)，加上高溫環(huán)境的影響，吹灰槍管易發(fā)生卡澀、失靈、漏汽等現(xiàn)象，設(shè)備故障率相對(duì)較高，要求維護(hù)水平較高；且控制系統(tǒng)邏輯功能設(shè)計(jì)單一，基本均無(wú)設(shè)置容錯(cuò)程序。一旦觸發(fā)設(shè)備故障報(bào)警，整個(gè)吹灰系統(tǒng)強(qiáng)制退出，鍋爐高負(fù)荷階段極易引發(fā)受熱面超溫，鍋爐安全受威脅。待故障解除，重新投入吹灰系統(tǒng)，進(jìn)入疏水暖管，要重復(fù)耗費(fèi)大量的未做功過(guò)熱蒸汽，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性能。因此吹灰系統(tǒng)節(jié)能降噪，提高吹灰系統(tǒng)性能就成了當(dāng)前需要研究的課題。本文就如何優(yōu)化蒸汽吹灰控制邏輯展開(kāi)論述。

一、鍋爐吹灰系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析在燃煤鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，爐膛水冷壁因工況不穩(wěn)定掛焦、高溫過(guò)熱器及再熱器因燃燒不穩(wěn)定結(jié)焦，尾部受熱面積灰是常見(jiàn)而又不可避免的現(xiàn)象。因此，結(jié)焦、積灰成了燃煤電廠運(yùn)行中存在的難題，在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)均會(huì)配有一定數(shù)量的吹灰器。而常規(guī)鍋爐蒸汽吹灰系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中又暴露出諸多問(wèn)題：

傳統(tǒng)蒸汽吹灰系統(tǒng)均設(shè)置為獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)，邏輯結(jié)構(gòu)功能設(shè)置單一，操作繁瑣，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中控制，出現(xiàn)系統(tǒng)故障時(shí)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)原因，處理故障點(diǎn)，不方便進(jìn)行維護(hù)。

傳統(tǒng)蒸汽吹灰系統(tǒng)，無(wú)法保證吹灰蒸汽溫度品質(zhì)，只有在系統(tǒng)投運(yùn)初期進(jìn)行暖管疏水，吹灰運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)疏水溫度低則直接切除整個(gè)除吹系統(tǒng)，未設(shè)置防止吹灰蒸汽溫度不達(dá)標(biāo)的有效措施。

傳統(tǒng)蒸汽吹灰系統(tǒng)，只設(shè)置了單一壓力調(diào)整回路，無(wú)法保證吹灰系統(tǒng)蒸汽壓力品質(zhì)，一旦在吹灰槍運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)卡塞等導(dǎo)致氣源導(dǎo)出通路受阻，誘發(fā)吹灰系統(tǒng)超壓，導(dǎo)致安全閥連續(xù)動(dòng)作。

傳統(tǒng)蒸汽吹灰系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)無(wú)容錯(cuò)能力，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障，程序報(bào)警，參數(shù)越線(xiàn)，超時(shí)等則系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制啟動(dòng)，強(qiáng)制切除整套吹灰系統(tǒng)運(yùn)行。故障排除，重新投運(yùn)時(shí)，需要重新疏水暖管，浪費(fèi)很多未做功的過(guò)熱蒸汽，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

二、鍋爐吹灰系統(tǒng)優(yōu)化方式

1.控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

常規(guī)鍋爐吹灰系統(tǒng)采用PLC+就地上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，不方便運(yùn)行人員監(jiān)控，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，也不利于檢修維護(hù)人員查找故障原因，這里提出數(shù)據(jù)整合。將由PLC控制處理的邏輯及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至DCS系統(tǒng)進(jìn)行處理，原先鍋爐吹灰系統(tǒng)的CPU僅保留實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。并取消就地上位操作權(quán)限，將PLC CPU采集到的就地元件數(shù)據(jù)通過(guò)建立通訊協(xié)議的方式（遵循MODBUS TCP/IP 或其它協(xié)議）上傳至DCS網(wǎng)絡(luò)，由DCS網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)就地I/O的監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)集中控制，減少運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度。

2.控制策略?xún)?yōu)化

常規(guī)蒸汽吹灰邏輯控制策略中，一旦吹灰系統(tǒng)尾部管段溫度低于設(shè)定值或吹灰槍汽源口溫度低于設(shè)定保護(hù)值，則程序觸發(fā)吹灰蒸汽溫度過(guò)低報(bào)警，切除程控運(yùn)行程序，系統(tǒng)泄壓，吹灰中斷。改進(jìn)加入系統(tǒng)容錯(cuò)程序1，監(jiān)視吹灰蒸汽溫度，保證蒸汽品質(zhì)，監(jiān)測(cè)吹灰汽源溫度品質(zhì)，在檢測(cè)到汽源溫度下降速率高于正常值或溫度逼近設(shè)定蒸汽溫度品質(zhì)值時(shí)，進(jìn)入系統(tǒng)溫度低側(cè)管段強(qiáng)制疏水程序（該程序子屬于容錯(cuò)程序），強(qiáng)制疏水一段時(shí)間或蒸汽溫度品質(zhì)達(dá)標(biāo)，則主程序繼續(xù)運(yùn)行；若在限定時(shí)間內(nèi)，蒸汽品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，則觸發(fā)容錯(cuò)失敗，切除系統(tǒng)運(yùn)行。改進(jìn)加入系統(tǒng)容錯(cuò)程序2，監(jiān)視吹灰母管壓力品質(zhì)，在吹灰槍切換過(guò)程中，吹灰母管壓力調(diào)節(jié)閥全關(guān)的情況下（以調(diào)節(jié)閥開(kāi)度小于3%判定為全關(guān)），母管壓力逼近系統(tǒng)超壓跳閘值的90%（本系統(tǒng)壓力高保護(hù)值為3.0mpa）為2.7mpa，則系統(tǒng)啟動(dòng)強(qiáng)制泄壓（打開(kāi)對(duì)應(yīng)管路疏水閥）等待吹灰槍切換，觸發(fā)計(jì)時(shí)模塊30s倒計(jì)時(shí)，若在等待周期內(nèi)無(wú)下一支吹灰槍運(yùn)行信號(hào)返回或系統(tǒng)接到吹灰槍運(yùn)行超時(shí)信號(hào)，則吹灰中斷，超壓保護(hù)動(dòng)作。該容錯(cuò)程序設(shè)計(jì)可以有效杜絕由于吹灰槍在運(yùn)行過(guò)程中輕微卡塞（不觸發(fā)吹灰槍過(guò)電流的情況）及母管壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏關(guān)不嚴(yán)的情況下造成的系統(tǒng)非法退出。

系統(tǒng)構(gòu)成邏輯框圖如下：

3.控制系統(tǒng)順序控制子程序優(yōu)化

常規(guī)蒸汽吹灰系統(tǒng)以吹灰槍位置信號(hào)作為邏輯判斷步序的基礎(chǔ)，同時(shí)也作為超時(shí)判斷回路的觸發(fā)點(diǎn)。以這種方式作為順序控制主程序，若位置信號(hào)在吹灰程控執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)故障或失靈，直接導(dǎo)致吹灰槍過(guò)行程，造成吹灰槍卡塞，嚴(yán)重的情況下造成吹灰槍本體損壞，程序控制非法退出。在此提出一種以位置信號(hào)合并時(shí)序控制的模式進(jìn)行吹灰槍動(dòng)作處理。

功能圖如下：

改進(jìn)后的順序控制子程序增加時(shí)序與位置信號(hào)并行處理邏輯，以時(shí)序邏輯優(yōu)先，位置信號(hào)輔助，可以有效的防止由于吹灰槍過(guò)行程造成吹灰槍卡塞，彎曲。當(dāng)順序控制子程序開(kāi)始執(zhí)行，第一支吹灰槍推進(jìn)，系統(tǒng)觸發(fā)計(jì)時(shí)，槍支進(jìn)到位時(shí)間由傳動(dòng)馬達(dá)及槍支長(zhǎng)度決定，取于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，當(dāng)吹灰槍達(dá)到進(jìn)到位時(shí)間而進(jìn)到位位置信號(hào)沒(méi)有有效返回，則執(zhí)行退出吹灰槍程序；要求設(shè)定進(jìn)到位時(shí)間小于實(shí)際進(jìn)到位時(shí)間5s為最佳控制模式。吹灰槍退出過(guò)程中超過(guò)退出設(shè)定時(shí)間5s若仍未有原位信號(hào)返回，等待10s，在等待過(guò)程中，吹灰母管壓力調(diào)節(jié)閥回關(guān)超過(guò)設(shè)定范圍，一般設(shè)定小于定壓行程的10%，且母管壓力持續(xù)增加，則進(jìn)入故障判斷及保護(hù)程序，以確定系統(tǒng)程序是否需要跳出，中斷程控。以這種控制模式執(zhí)行程序，可以有效減少系統(tǒng)非法停運(yùn)次數(shù)，保證吹灰系統(tǒng)的穩(wěn)定。

三、優(yōu)化效果

優(yōu)化后的程序在大唐紅河發(fā)電公司得到了實(shí)際應(yīng)用，效果和收益明顯。以中溫過(guò)熱器為汽源，以DN65管徑為取出汽源管路，設(shè)計(jì)吹灰系統(tǒng)定壓1.0MPa時(shí)，蒸汽持續(xù)出力為80KG/min。在負(fù)荷大于60%時(shí)，每天需要投運(yùn)吹灰系統(tǒng)2次，每次吹灰時(shí)間持續(xù)為8小時(shí)計(jì)算，每天吹灰需要耗未做功的過(guò)熱蒸汽76.8t。每次投運(yùn)吹灰系統(tǒng)前，為暖管及保證蒸汽品質(zhì)需要疏水420s，損失蒸汽0.56t，每天每臺(tái)鍋爐節(jié)約蒸汽損耗1.12t。若能有效的減少吹灰系統(tǒng)非法停運(yùn)次數(shù)，年節(jié)約蒸汽量可觀。

四、結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化后的系統(tǒng)具備了事故追憶和歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)功能，操作界面友好；取消了就地操作站，減少了運(yùn)行人力投入。

優(yōu)化后的控制系統(tǒng)有效的保證了吹灰系統(tǒng)穩(wěn)定，鍋爐受熱面超溫的次數(shù)明顯下降，可以有效的延長(zhǎng)鍋爐的使用壽命，鍋爐熱效率提升明顯。

優(yōu)化后控制模式后有效減少了由于故障發(fā)現(xiàn)處理不及時(shí)造成的吹灰槍彎曲及損壞。最大限度的減少了維修設(shè)備費(fèi)用及人力投入。

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作者簡(jiǎn)介：陳瑞（1986.8-），男，漢族，云南玉溪人，本科，助理工程師，主要從事發(fā)電廠DCS及PLC系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)維護(hù)等工作。