浅谈电厂锅炉吹灰系统控制方式及应用

2011-02-17董学全广东茂名热电厂525011

中国科技信息 2011年8期

关键词：行程开关吹灰接触器

董学全广东茂名热电厂 525011

浅谈电厂锅炉吹灰系统控制方式及应用

董学全广东茂名热电厂 525011

阐述了电厂锅炉吹灰控制系统的发展阶段，目前普遍使用的PLC控制的优缺点，分析了吹灰控制系统未来的发展趋势DCS控制的优势。

PLC;DCS 独立分布控制;集中分布控制;分散控制系统

一、吹灰的必要性以及吹灰控制系统的重要性

电厂锅炉在运行过程中，燃料中不可燃的矿物质在燃烧过程结束后成为灰渣，其中一部分沉积并掉入捞渣机内，大部分细小的灰粒随烟气一起流动，沉积在炉膛辐射受热面或后部对流受热面上，时间一长成为疏松的积灰层或较坚硬的渣层，严重时还会形成结焦，危及锅炉的安全运行。所以大型锅炉都会在水冷壁、对流受热面及空气预热器处装设吹灰器。常用的吹灰器有蒸汽吹灰器、燃气脉冲激波吹灰器、声波吹灰器。本文以蒸汽吹灰器为例。

目前在全国的电厂中，随着节能减排、上大压小政策的实行，大容量机组已较为普遍，那么相应的大型锅炉就需要上百台乃至更多的吹灰器，在锅炉的吹灰过程中,存在两个问题：1如果整个锅炉一台一台吹，全部吹灰一遍需要很长时间，而且耗费太多人力物力，既不经济又无效率可言；2 如果想要整个过程中锅炉的热传递效果达到最佳值 ,同时又防止局部过热,使生产过程达到最优，一般需要采用吹灰器定时吹灰的方法。有鉴于此，就要求整个吹灰系统有一个控制系统来完成吹灰，一方面，节省值班人员的操作负担，另一方面，使整个吹灰过程更加科学、合理、快捷。

二、吹灰控制系统的两个发展阶段

2.1 独立式分布控制方式

早期的时候，自动化水平较低，控制元件没有现在的高集成度，基本都是靠各个元件组成回路来控制吹灰，每个吹灰器都有各自的正、反转接触器，过载继电器，前、后到位开关，各有自己的控制系统，单个吹灰器投运不受其他吹灰器是否运行影响，这种控制方式叫做独立式分布控制方式，这种控制方式吹灰过程较为自由，但锅炉吹灰器需使用多个接触器、继电器、电流变送器等元器件及输入输出通道和卡件、电缆，使控制装置复杂，整个吹灰过程也繁琐拖沓，占用了运行人员太多精力，效率很低。有些建了几十年的老厂的吹灰系统就采用了这种用继电器控制锅炉吹灰器的方式，故障率高，可靠性差，不仅使运行人员操作起来负担较重，维护人员维护时，也需要较大的劳动强度。

2.2 集中式分布控制方式

近些年随着PLC技术的日益发展，越来越多的锅炉吹灰系统开始使用PLC技术，在采用了PLC技术进行控制吹灰系统后，可以将若干吹灰器组成一组，每组吹灰器共用一组正反转接触器和过载继电器，而每个吹灰器又各有一个接触器和前、后行程开关，所有前行程开关合并为一个信号，所有后行程开关合并为一个信号，输入可编程控制器。这种控制方式叫做集中式分布控制方式。

2.2.1 如果采用这种集中式分布控制方式，首先可以节约很多卡件、器件以及大量电缆，并且节省系统控制柜的空间。其次，可编程控制器PLC是一种以计算机技术为基础的工业控制装置，由于其相对来说可靠性高、适应性好、配置灵活、体积小、结构紧凑、安装和维护相对方便等优点，易于实现。集中分布控制方式优点在于，将多台吹灰器分成若干组，每组采用集中分布控制，同时从系统母管中把各组母管引出，且尽量靠近总管压力控制器站，有助于同时投运多台吹灰器时减少压力损失。实际应用中，将吹灰器分为左前、右后两侧，同侧吹灰器共用一个前行程开关信号和一个后行程开关信号;因长吹和短吹的马达功率不同，从电气控制方面讲又把每侧分成长吹和短吹两组，每组共用一个过载继电器和一对方向接触器。这样既节省了投资成本，又可灵活控制，也提高了吹灰效率。

2.2.2 PLC相对来说具有其先进性，但同时也有着较明显的缺点。因为一组吹灰器需要共用一对方向接触器和一个过载继电器，吹灰过程中一旦方向接触器出现故障或过载继电器动作，整组吹灰器就不能工作。又因为进到位、退到位行程开关信号串到一个回路，若任何一个吹灰器的进到位或者退到位行程开关故障，或者信号线短路、接地，不易查出是哪个吹灰器故障。有一个典型的真实案例：在一次吹灰过程中，运行人员发现程控走到短吹时就停止，画面上显示“正在吹灰”，但一直不见有短吹启动吹灰。当深入检查时发现有进到位的信号进入PLC，按正常程序，当进到位时到位开关动作，枪体退回，进到位信号消失，退到位之后下一台吹灰器启动。但该进到位信号一直存在，没有消失，继电器保持吸合，串进进枪回路的节点一直断开，无法接通，所以其他吹灰器也无法启动，因为该吹灰系统的进、退到位信号是多台吹灰器并在一起串进回路的，所以只得到现场对短吹灰器进行逐个检查，最后发现有一台短吹的进到位开关动作之后，枪体退出而到位开关没有断开，才造成了其他短吹无法启动。所以说进到位、退到位限位开关发生不断开或不接通等故障时，吹灰器持续运行，一旦长时间停留在炉膛中而不能及时发出报警信号，就会导致运行人员无法发现而不能采取相应措施，造成烧毁、吹破锅炉壁管的事故发生，对系统的安全运行极为不利。其次，其控制程序可修改性较差，再加上不同厂商的技术机密原因，有时只能让厂家过来处理。用于各种等级性能范围的可编程序控制器西门子S7系列PLC，速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高，在我国的应用相当广泛，可是它在实际使用过程中也仍然摆脱不了上述种种问题。

三、DCS控制系统在吹灰系统中的应用

目前大多数电厂的锅炉吹灰系统还是使用PLC来控制吹灰器的运行。不过随着DCS控制系统被各种系统广泛应用, 使用高级语言编程的技术优势慢慢凸显出来，而这种优势足以使吹灰系统这类控制变得更为简单灵活、科学高效。

对吹灰系统的控制通过DCS 来实现, 一方面可以提高控制对象的安全性和可靠性,另一方面可以使运行值班人员的劳动强度大为降低,减少集控室内操作员站的个数。控制系统采用网络控制技术, 与DCS 控制系统其他子系统和工程师站、操作员站挂接在同一条数据高速公路上, 做到数据共享。其开放友好的操作界面使运行人员操作起来得心应手, 整个吹灰系统的吹灰过程一目了然。

现以新华控制工程有限公司的XDPS-400为例，它具备以下优点：

1）采用模块化组态，对程控进行组态极为方便，可以根据具体工艺要求设置任何功能；

2）XDPS能应用于各种工业过程对象的实时监控，构成的系统可大可小，多至250个节点，少至只有一个节点，单个节点故障不影响系统；

3）XDPS具有60多种预定义的标准算法块，包括各种PID、自整定控制模块、算术逻辑运算、手操器、开关操作器、超前滞后、数字逻辑等，系统集过程控制、顺序控制、数据监视和记录分析功能于一体；

4）运行人员操作简单、人机界面开放友好、系统脉络清晰、监控信息丰富。

采用DCS系统以后可以有效地降低吹灰系统的故障率，完善吹灰器的故障报警、远程监控、历史数据追忆功能，而且由于DCS系统具有控制器物理位置分散、系统功能分散、控制功能分散和显示、操作、记录、管理集中的优点，形成了一个功能更加完善且具有决策管理性能的新型分布式控制系统，使操作员站具备与热控系统XDPS-400操作员站同样的功能，不但提高了调节系统的调节品质，而且也方便了运行人员监控，并且，如果工艺要求另有改进，则可以随时对其进行修改。

举一些较为典型的例子，像固旋吹灰器没有进退伸缩，只是在原地旋转吹灰，一旦限位开关不能动作或者卡涩，吹灰器枪体则会在炉内一直吹扫管壁；又或者过载热继电器没有动作，类似于这两种情况，运行人员在操作员站的CRT上无法监控到反馈信息，热工人员也无法在PLC的程序里迅速及时进行检查，对生产运行造成一定的影响。而用DCS则根本不存在这样的情况，经过对吹灰系统的组态，可以在控制画面上显示吹灰器自始至终的运行过程。这样当再有吹灰器因启动失败或启动后行程开关卡涩，接点未闭合或未断开的情况，运行人员可以在CRT上看得一清二楚，这样就可以及时地通知检修人员去处理，而不影响下次的程控启动，有时甚至可以避免事故的发生。