電廠氣膜煤場可靠性配置及控制邏輯研究

贛浙國華信豐發(fā)電有限責(zé)任公司 肖 賓

氣膜建筑，指的是用特殊膜材料做成封閉空間，內(nèi)部不需要任何類似于柱子、桁架支撐，完全依靠風(fēng)機(jī)向氣膜內(nèi)吹氣，使氣膜內(nèi)壓力高于大氣壓力，使氣膜支撐起來的一種新興的建筑。從氣膜建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，需要風(fēng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行向氣膜內(nèi)充氣維持氣膜內(nèi)外差壓恒定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，風(fēng)速、雨雪等極端天氣均有可能影響氣膜的安全運(yùn)行。因此，研究設(shè)計一套氣膜煤場安全智能化控制邏輯，通過自動調(diào)節(jié)氣膜內(nèi)外差壓恒定，維持氣膜煤場的穩(wěn)定具有重要意義。

1 項(xiàng)目概況

電廠煤場為全封閉氣膜煤場，采用PDVF膜材實(shí)現(xiàn)氣膜全封閉，長330m、寬124.7m、高45m，氣膜煤場共設(shè)計有2個汽車門、4個旋轉(zhuǎn)門、8個應(yīng)急門，正常運(yùn)行時需維持膜內(nèi)外差壓在250Pa左右，最大膜內(nèi)外差壓力小于550Pa。共設(shè)計有20臺風(fēng)機(jī)向膜內(nèi)充氣，維持氣膜煤場穩(wěn)定，其中#1、#2為變頻風(fēng)機(jī)，#3～#20為工頻風(fēng)機(jī)，氣膜煤場充氣成功后，由變頻風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)膜內(nèi)壓力穩(wěn)定在250Pa。

氣膜煤場充氣成功后，需多臺風(fēng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行維持氣膜內(nèi)外差壓穩(wěn)定，考慮到氣膜風(fēng)機(jī)電源配置的可靠性，20臺風(fēng)機(jī)的電源分3組分別從不同電源點(diǎn)取電，其中#1、#5、#11、#13、#17、#18、#19、#7風(fēng)機(jī)電源取自輸煤MCC A段，#2、#4、#8、#10、#12、#14、#16、#6風(fēng)機(jī)電源取自輸煤MCC B段，#3、#9、#15、#20風(fēng)機(jī)電源取自保安段。保證任何兩路電源失電，均能滿足4臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

2 控制邏輯設(shè)計

2.1 氣膜壓差控制

為確保氣膜內(nèi)外差壓控制穩(wěn)定，共配置了3個壓差傳感器，用于檢測氣膜內(nèi)外差壓，3個壓差傳感器經(jīng)過三取中后，確保壓差信號穩(wěn)定可靠，作為PID調(diào)節(jié)器的輸入，通過變頻風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)氣膜內(nèi)壓差衡定。

2.2 氣膜內(nèi)環(huán)境控制

氣膜煤場內(nèi)存儲了大量的燃煤，上煤和卸煤期間會產(chǎn)生大量的粉塵，同時煤場內(nèi)煤堆內(nèi)會揮發(fā)出CO、瓦斯等有毒氣體，尤其是在夏天有毒氣體的溶度可能更高，這將嚴(yán)重危害在氣膜巡檢及工作人員。為了有效檢測氣膜內(nèi)部有毒有害氣體濃度，氣膜煤場共設(shè)計了12個CO傳感器、12瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌?2個粉塵濃度傳感器，用于檢測氣膜煤場內(nèi)環(huán)境，并在邏輯設(shè)計了粉塵濃度高聯(lián)動與其距離最近的射霧器降低煤場內(nèi)粉塵濃度，減少粉塵對作業(yè)人員造成危害[1-2]。

2.3 氣膜煤場設(shè)備連鎖及自動控制

為統(tǒng)籌安排氣膜風(fēng)機(jī)運(yùn)行均衡，氣膜安全智能化設(shè)計考慮了20臺氣膜風(fēng)機(jī)的輪換控制，對每一臺風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時間都進(jìn)行累計計算，當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)故障跳閘時，將聯(lián)鎖啟動非跳閘風(fēng)機(jī)MCC段運(yùn)行時間最短的風(fēng)機(jī)，以確保每臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間均衡[3-4]。

2.3.1 保安風(fēng)機(jī)

保安段的#3、#9、#15、#20風(fēng)機(jī)采用上位機(jī)手動運(yùn)行，兩用兩備，聯(lián)鎖狀態(tài)下#3與#9保安風(fēng)機(jī)互為聯(lián)鎖熱備，#15與#20保安風(fēng)機(jī)互為聯(lián)鎖熱備。

2.3.2 變頻、工頻風(fēng)機(jī)

啟動控制邏輯。自動模式投入&主控變頻風(fēng)機(jī)頻率＞48Hz&且氣膜壓差平均值＜設(shè)定值20Pa時，DCS控制系統(tǒng)會延時90S啟動一臺運(yùn)行時間最短的工頻風(fēng)機(jī)（系統(tǒng)自動進(jìn)行時間比較）；若工頻風(fēng)機(jī)啟動后變頻風(fēng)機(jī)頻率仍＞48Hz且氣膜壓差＜設(shè)定值20Pa，繼續(xù)啟動運(yùn)行時間最短的工頻風(fēng)機(jī)，直至壓差達(dá)到設(shè)定值-20Pa以內(nèi)。

停運(yùn)控制邏輯。自動模式投入&主控變頻風(fēng)機(jī)頻率＜35Hz且氣膜壓差＞設(shè)定值30Pa時，DCS控制系統(tǒng)會延時90S停運(yùn)一臺運(yùn)行時間最長的工頻風(fēng)機(jī)（系統(tǒng)自動進(jìn)行時間比較）；若工頻風(fēng)機(jī)停運(yùn)后主控變頻風(fēng)機(jī)頻率仍舊＜35Hz且氣膜壓差＞設(shè)定值30Pa，繼續(xù)停運(yùn)運(yùn)行時間最長的工頻風(fēng)機(jī)，直至壓差達(dá)到設(shè)定值+30Pa以內(nèi)。

2.3.3 氣膜壓差一級報警

壓差低一級報警。氣膜壓差＜設(shè)定值-50Pa時，DCS控制系統(tǒng)報警窗提示“氣膜壓差一級報警”，在氣膜壓差低一級報警時不允許開排風(fēng)閥、停運(yùn)風(fēng)機(jī)；壓差高一級報警。氣膜壓差＞設(shè)定值+50Pa時，DCS控制系統(tǒng)報警提示“氣膜壓差一級報警”，在氣膜壓差高一級報警時不允許關(guān)排風(fēng)閥、啟動風(fēng)機(jī)。

2.3.4 氣膜壓差二級報警

氣膜壓差低二級報警。當(dāng)氣膜壓差＜200Pa時觸發(fā)氣膜壓差低二級報警，在氣膜煤場DCS控制系統(tǒng)報警提示“氣膜壓差二級報警”，DCS控制系統(tǒng)保護(hù)邏輯動作，強(qiáng)制關(guān)閉所有排風(fēng)閥，延時10s啟動一臺工頻風(fēng)機(jī)直至氣膜壓差恢復(fù)到250Pa以上；氣膜壓差高二級報警。當(dāng)氣膜壓差高于550Pa時觸發(fā)氣膜壓差高二級報警，此時氣膜煤場DCS控制系統(tǒng)報警提示“氣膜壓差二級報警”，DCS控制系統(tǒng)保護(hù)邏輯動作，強(qiáng)制打開所有水平排風(fēng)閥，延時10s停運(yùn)一臺工頻風(fēng)機(jī)直至氣膜壓差恢復(fù)到450Pa以下。

2.3.5 其他說明

氣膜壓力自動調(diào)節(jié)，需實(shí)現(xiàn)兩臺變頻風(fēng)機(jī)間無擾切換，當(dāng)一臺變頻分機(jī)跳閘時，另一臺變頻風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖啟動，并自動跟蹤跳閘風(fēng)機(jī)頻率指令；氣膜壓差信號為：三個壓力信號三取中；優(yōu)先級：壓差調(diào)節(jié)優(yōu)先級最高，各傳感器濃度聯(lián)來排風(fēng)閥優(yōu)先級其次。

2.4 風(fēng)速聯(lián)動排風(fēng)閥及風(fēng)機(jī)控制邏輯

氣膜壓差自動模式下氣膜壓差根據(jù)風(fēng)速進(jìn)行自動選擇，如表1所示。

表1 風(fēng)速聯(lián)動排風(fēng)閥及風(fēng)機(jī)控制邏輯

2.5 風(fēng)機(jī)啟?？刂七壿?/h3>

保安段：4臺保安風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時兩用兩備；工作段：16臺風(fēng)機(jī)，2臺變頻風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行一臺，另一臺聯(lián)鎖熱備。參與自動控制的14臺工頻風(fēng)機(jī)，MCCA段為主段，當(dāng)需要啟動奇數(shù)臺時，A段風(fēng)機(jī)優(yōu)先，啟動偶數(shù)臺時先啟A段、再啟B段風(fēng)機(jī)，依次交替進(jìn)行；根據(jù)控制邏輯每次啟動運(yùn)行時間最短風(fēng)機(jī)、每次停運(yùn)行時間最長風(fēng)機(jī)（系統(tǒng)自動進(jìn)行時間比較）；風(fēng)機(jī)運(yùn)行達(dá)到輪換時間可設(shè)（暫定15天）時，先啟非本段風(fēng)機(jī)，再停該風(fēng)機(jī)。

3 氣膜煤場運(yùn)行

3.1 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置及報警信息

氣膜煤場運(yùn)行參數(shù)設(shè)置及報警信息詳見表2。

3.2 運(yùn)行效果分析

根據(jù)表2中參數(shù)設(shè)置，經(jīng)過氣膜煤場調(diào)試，氣膜運(yùn)行穩(wěn)定，圖1為氣膜運(yùn)行圖。

表2 氣膜煤場運(yùn)行參數(shù)設(shè)置及報警信息

圖1 氣膜運(yùn)行圖

經(jīng)濟(jì)效益：氣膜項(xiàng)目最大的特點(diǎn)是跨度大，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百米大跨度，不需要鋼結(jié)構(gòu)立柱及鋼結(jié)構(gòu)梁等任何支撐結(jié)構(gòu)，造價低廉。因此本項(xiàng)目建設(shè)成本為傳統(tǒng)煤棚的40%左右；項(xiàng)目建設(shè)周期短，所有的分項(xiàng)工程都可以在工廠內(nèi)完成生產(chǎn)加工，在現(xiàn)場僅完成安裝即可，對現(xiàn)場在運(yùn)行的生產(chǎn)設(shè)備影響時間短；膜材具有無污染及可回收性，索體也可以進(jìn)行回收再利用，節(jié)約了資源的使用。

社會效益：大跨度氣膜提供了超大型的獨(dú)立密閉空間，真正實(shí)現(xiàn)煤場全封閉，防止煤粉揚(yáng)塵擴(kuò)散，有效減少燃煤流失，提高燃煤利用率，提高煤場設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性，避免了對周邊環(huán)境的污染[5]。

4 結(jié)語

大跨度氣膜采用智能控制系統(tǒng)，在不同外部條件下通過內(nèi)壓調(diào)整達(dá)到索膜體系的安全性，根據(jù)每個工作特征進(jìn)行優(yōu)化從而使氣膜在節(jié)能的狀態(tài)下工作，有效降低氣膜使用時的能耗。氣膜煤場安全智能化邏輯設(shè)計需考慮在不同風(fēng)速情況下氣膜內(nèi)外差壓恒定、氣膜內(nèi)環(huán)境控制（包括氣膜煤場內(nèi)粉塵濃度、CO氣體濃度、甲烷溶度）、風(fēng)機(jī)自動輪換等功能。項(xiàng)目完成后可以確保氣膜煤場設(shè)備控制穩(wěn)定，提出了一種全新的控制邏輯，可為氣膜建筑控制提供借鑒與參考。

大跨度氣膜的研發(fā)利用，響應(yīng)國家綠色發(fā)展保護(hù)環(huán)境的號召，改變了熱電廠整體的環(huán)境和形象，為企業(yè)自身環(huán)保綠色節(jié)能減排的發(fā)展方向夯實(shí)基礎(chǔ)，保駕護(hù)航。