鍋爐吹灰控制在DCS 系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化

李克昌

(廣東沙角A電廠，廣東東莞523908)

隨著電力企業(yè)的市場化，機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行越來越重要。在火力發(fā)電廠中，鍋爐吹灰控制系統(tǒng)能根據(jù)運(yùn)行工況隨時清除積灰，對減少爐管壁超溫、提高機(jī)組的效率起著舉足輕重的作用。

廣東沙角A電廠2003年對3#機(jī)組鍋爐吹灰控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級，采用西門子S7系列PLC控制，通過上位機(jī)進(jìn)行控制，能獨(dú)立完成鍋爐吹灰程控功能?？刂茖ο蟀?臺鍋爐吹灰蒸汽電動總門、70臺爐膛短吹灰器、10臺長伸縮吹灰器、8臺固定旋轉(zhuǎn)式吹灰器。隨著十多年的長時間運(yùn)行，系統(tǒng)控制設(shè)備開始老化，PLC和上位機(jī)故障增多且運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常影響鍋爐吹灰系統(tǒng)的正常投入，對機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利。經(jīng)過研究論證，決定將鍋爐吹灰控制納入DCS系統(tǒng)。

1 鍋爐吹灰控制系統(tǒng)梳理及存在問題

1.1 鍋爐吹灰控制系統(tǒng)梳理

由于原PLC控制系統(tǒng)采用了加密技術(shù)，無法從PLC中導(dǎo)出原來的控制邏輯軟件，只能根據(jù)吹灰系統(tǒng)相關(guān)的說明書及資料，對整個吹灰過程進(jìn)行梳理。

(1)吹灰程序自動控制流程見圖1。

(2)吹灰程控方式分為兩種:單吹、對吹(其中長伸縮式吹灰器僅有單吹)，均采用順控方式實(shí)現(xiàn)整個吹灰過程。

①單吹順控流程:當(dāng)吹灰方式設(shè)為單吹，將會按照如下順序吹灰:左→右→前→后→左→右→前→后……循環(huán)，直至所有的吹灰器吹完，如果某側(cè)吹灰器已經(jīng)吹完，則自動跳至下一側(cè)吹灰器。

圖1 吹灰程序自動控制流程

②對吹順控流程:當(dāng)吹灰方式設(shè)為對吹，將會按照左右→前后→左右→前后……循環(huán)方式進(jìn)行吹灰，但一旦在吹長伸縮式吹灰器時，運(yùn)行方式只能是單吹。

1.2 鍋爐吹灰控制系統(tǒng)存在問題

在吹灰控制運(yùn)行和檢修中，發(fā)現(xiàn)原系統(tǒng)的控制方式存在一些問題。

(1)系統(tǒng)全部的吹灰器控制電源和過載信號采用并聯(lián)方式接在一起，發(fā)生問題時難以判斷故障點(diǎn)，故障處理工作量大。

(2)吹灰程序如果發(fā)生中斷，需重新啟動順控，從頭開始按程序吹灰，造成下層的吹灰器重復(fù)工作，造成過吹，上層的吹灰器需要吹灰又無法及時投運(yùn)，對鍋爐燃燒控制不利。

(3)任一臺吹灰器發(fā)生故障，都需完成檢修后才能重新投入自動吹灰，使鍋爐吹灰系統(tǒng)常常無法正常投運(yùn)，對機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利。

(4)吹灰蒸汽管道無溫度測點(diǎn)反饋，而是依靠吹灰蒸汽管道疏水基地式調(diào)節(jié)氣動執(zhí)行器關(guān)閉信號的反饋進(jìn)行吹灰控制，控制性能較差，經(jīng)常造成吹灰蒸汽溫度不夠，含水量大，吹灰效果不佳。

2 吹灰器控制改造及優(yōu)化

2.1 吹灰控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廣東沙角A電廠3#機(jī)組的DCS系統(tǒng)采用德國H＆B公司的Symphony控制系統(tǒng)，系統(tǒng)邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)有順序控制模塊，能方便實(shí)現(xiàn)吹灰程序自動控制功能。針對系統(tǒng)原來存在的問題，對吹灰控制流程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

(1)區(qū)域劃分，方便故障分析。要解決吹灰器控制電源和過載信號并聯(lián)的問題，就需將所有吹灰器狀態(tài)信號都接入DCS系統(tǒng)，但這需要增加大量的卡件、電纜等，即增加改進(jìn)費(fèi)用和工作量，又額外增加DCS系統(tǒng)負(fù)荷。設(shè)計(jì)按照鍋爐吹灰器的實(shí)際安裝位置，將吹灰器系統(tǒng)劃分為前、后、左、右四個區(qū)域(見圖2)。每個區(qū)域設(shè)置一個總控制電源開關(guān)，將區(qū)域內(nèi)吹灰器的過載信號、狀態(tài)指示獨(dú)立顯示(見圖3)。這樣既不會增加太多控制設(shè)備，又能方便故障的分析和判斷。結(jié)合DCS系統(tǒng)SOE記錄，很容易就能找到故障點(diǎn)和故障原因。

圖2 鍋爐吹灰系統(tǒng)流程圖

(2)分層獨(dú)立控制，靈活安排吹灰。根據(jù)吹灰器的實(shí)際位置，將系統(tǒng)吹灰器分為9層(見圖2)。每層設(shè)計(jì)一個獨(dú)立的順控程序，專門設(shè)計(jì)了一個總的吹灰順控實(shí)現(xiàn)整個鍋爐的程控自動吹灰控制。這樣，運(yùn)行人員可根據(jù)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行工況，選擇全部或部分層的吹灰器進(jìn)行吹灰，既提高了吹灰效果，又減少了吹灰蒸汽對鍋爐管壁的吹損，一舉兩得。

圖3 鍋爐吹灰區(qū)域狀態(tài)信號

(3)跳步設(shè)置，便于隔離故障設(shè)備。當(dāng)單臺吹灰器出現(xiàn)故障不能在短時間內(nèi)處理好時，需設(shè)置跳步使自動吹灰程序能正常投入。但如果每支吹灰器都設(shè)置投退開關(guān)，需在DCS系統(tǒng)中增加很多過程點(diǎn)。經(jīng)過研究，利用功能鍵盤的設(shè)備鎖定方式，實(shí)現(xiàn)了跳步功能(邏輯如圖4所示)。當(dāng)設(shè)備鎖定時，邏輯功能圖中操作器的狀態(tài)參數(shù)IST會改變。IST參數(shù)是1個32位的布爾量，通過解包模塊將表示鎖定的那1位取出與吹灰器吹灰完成通過“或”邏輯啟動順控下一步。圖2中，40#吹灰器即被設(shè)置跳步。

圖4 吹灰器跳步邏輯

(4)設(shè)置吹灰暖管時間，保證吹灰效果。原來的基地式調(diào)節(jié)氣動執(zhí)行器調(diào)節(jié)精度較差，閥門經(jīng)常因卡澀導(dǎo)致自動吹灰無法投入。增加了吹灰暖管時間設(shè)定，可根據(jù)機(jī)組工況靈活設(shè)置吹灰暖管時間，保證吹灰蒸汽溫度符合要求，保障鍋爐吹灰達(dá)到較好效果。如圖2中設(shè)置吹灰暖管時間為5分鐘。

經(jīng)過上述優(yōu)化設(shè)計(jì)，很好地實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)對鍋爐吹灰的控制，既方便了日常檢修和維護(hù)，又有效保證了鍋爐吹灰系統(tǒng)的正常投運(yùn)。

2.2 控制回路改造

出于改造費(fèi)用和工作量方面的綜合考慮，只對控制系統(tǒng)的部分設(shè)備進(jìn)行了改造。

(1)保留了原有的鍋爐吹灰控制柜及控制設(shè)備、就地吹灰器控制回路、接口接觸器、機(jī)柜至就地電纜等。

(2)拆除PLC控制器，將以前接入到PLC的控制和反饋信號通過電纜從控制柜轉(zhuǎn)接到DCS系統(tǒng)卡件。

(3)優(yōu)化控制回路后，在DCS系統(tǒng)增加I/O點(diǎn)及卡件如表1所示。

表1 I/O點(diǎn)及卡件

(4)由于原PLC系統(tǒng)所有數(shù)字量輸入信號，都是采用公共線的方式，考慮到DCS系統(tǒng)CBI卡件每個通道的獨(dú)立性，在所有吹灰器的接觸器上安裝3常開1常閉的輔助觸點(diǎn)提供吹灰器狀態(tài)接點(diǎn)信號到DCS系統(tǒng)。

(5)改造時，在DCS系統(tǒng)增設(shè)卡件、電纜接線板、敷設(shè)預(yù)制電纜等，對鍋爐吹灰控制柜回路進(jìn)行改進(jìn)。

(6)吹灰控制邏輯設(shè)計(jì)、編制及調(diào)試。

經(jīng)過上述工作，順利實(shí)現(xiàn)了鍋爐吹灰用DCS系統(tǒng)控制，達(dá)到了改造的目的。

3 結(jié)束語

本次鍋爐吹灰控制引入DCS系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)對吹灰系統(tǒng)的兼容和控制，便于運(yùn)行人員操作管理。通過對吹灰控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，鍋爐吹灰效果良好，為吹灰控制成功納入DCS系統(tǒng)提供了較好的參考。

［1］ 珠海華蒙德機(jī)械設(shè)備公司.鍋爐吹灰系統(tǒng)控制說明［Z］.珠海:珠海華蒙德機(jī)械設(shè)備公司，2003.

［2］ 重慶川儀工程控制系統(tǒng)有限公司.Symphony系統(tǒng)工程師培訓(xùn)手冊［Z］.重慶:重慶川儀工程控制系統(tǒng)有限公司，2005.

［3］ 朱全利.鍋爐設(shè)備系統(tǒng)及運(yùn)行［M］.北京:中國電力出版社，2010.