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   活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專題---節(jié)能增效 電力新發(fā)展

  摘要：本文介紹了西門(mén)子S7-200PLC在電廠鍋爐脈沖吹灰器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。系統(tǒng)解決了脈沖吹灰器常規(guī)操作辦法存在隨意性、浪費(fèi)吹灰氣源等問(wèn)題，并可根據(jù)鍋爐主蒸汽溫度及排煙溫度的變化量的多少來(lái)判斷吹灰器運(yùn)行的最佳時(shí)間及次數(shù)，從而規(guī)范了吹灰頻率，降低了積灰概率并節(jié)約吹灰氣源。

    關(guān)鍵詞：脈沖吹灰器；工藝；原理；自動(dòng)化控制

    1 引言

   目前我國(guó)每年消耗燃煤在17億噸以上，其中電站鍋爐消耗25%左右。我國(guó)大部分鍋爐煤炭利用率一般低于85%，比設(shè)計(jì)效率低10個(gè)百分點(diǎn)，部分鍋爐甚至在30%左右的效率下運(yùn)行，而先進(jìn)國(guó)家的燃煤工業(yè)鍋爐運(yùn)行效率平均為85~90%。采用吹灰系統(tǒng)一般可以提高運(yùn)行效率1~3%，為國(guó)家節(jié)能環(huán)保做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

    筆者通過(guò)近幾年針對(duì)火力發(fā)電廠鍋爐尾部煙道積灰對(duì)鍋爐主蒸汽溫度及排煙溫度、爐膛負(fù)壓影響的研究，以某電廠1臺(tái)75T循環(huán)流化床鍋爐為例，就如何進(jìn)行鍋爐尾部煙道積灰自動(dòng)吹掃從自動(dòng)控制角度提出了切合實(shí)際的案例。

   2 脈沖吹灰器控制系統(tǒng)概述

    脈沖吹灰器是按一定比例混合后的可燃?xì)庠谔囟ǖ娜萜鲀?nèi)通過(guò)一端連接點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火器點(diǎn)火產(chǎn)生爆燃，產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓縮沖擊波（即爆燃波）并通過(guò)噴口釋放，通過(guò)釋放出來(lái)的壓縮沖擊波對(duì)受熱面上的灰垢產(chǎn)生強(qiáng)烈的“先沖壓后吸拉”的交變沖擊作用而實(shí)現(xiàn)吹灰。爆燃罐通過(guò)噴口發(fā)射出的爆燃波有兩個(gè)：首先是爆燃罐內(nèi)由于爆燃造成的壓力驟增而產(chǎn)生的熱爆沖擊波，而后緊跟著的則是在噴口處由壓力驟降造成的物理弱爆而產(chǎn)生的壓縮沖擊波，兩道沖擊波之間的間隔只有8~12ms，所以吹灰效果更佳。圖1所示是在噴口背后1米處實(shí)測(cè)出的雙沖擊波的波形圖譜。

    鍋爐積灰的形成不是一瞬間完成的，而是隨時(shí)間推移，并與鍋爐負(fù)荷大小，爐膛負(fù)壓高低以及燃料燃燒的程度有關(guān)。一旦積灰形成必須短時(shí)間內(nèi)及時(shí)吹灰，否則隨著時(shí)間的推移，在高溫下這些疏散的干灰遇到高濕空氣會(huì)凝結(jié)成板塊，對(duì)以后的吹灰造成困難。因此，一旦發(fā)生積灰，反映到排煙溫度上會(huì)使排煙溫度明顯升高，主蒸汽溫度也會(huì)相應(yīng)的降低，因此當(dāng)排煙溫度發(fā)生變化時(shí)，在變化量超過(guò)4℃時(shí)在PLC控制程序中判斷為吹灰運(yùn)行開(kāi)始。當(dāng)吹灰結(jié)束后，在120秒內(nèi)根據(jù)在線監(jiān)測(cè)的排煙溫度實(shí)時(shí)值如果沒(méi)有降低到期望值則繼續(xù)運(yùn)行吹灰器，直到達(dá)到目標(biāo)值為止。
   
                   
                               圖1   雙沖擊波的波形圖譜

    3 工藝要求

    （1）鍋爐吹灰工藝規(guī)范：鍋爐負(fù)荷在70%以上時(shí)，方可進(jìn)行吹灰操作，否則會(huì)對(duì)爐膛壓力產(chǎn)生波動(dòng)，影響鍋爐正常運(yùn)行。

    （2）脈沖吹灰器工作狀態(tài)： 清掃狀態(tài)、充氣狀態(tài)、爆燃狀態(tài)。清掃狀態(tài)，通過(guò)開(kāi)啟空氣電磁閥引入高壓壓縮空氣，壓縮空氣會(huì)將上次爆燃產(chǎn)生的未完全燃燒的乙炔清掃干凈，還會(huì)將部分火花降溫至熄滅狀態(tài)，保證下次充入乙炔時(shí)不會(huì)自燃。充氣狀態(tài)，通過(guò)開(kāi)啟乙炔電磁閥將乙炔氣引入混合裝置由混合裝置對(duì)高壓空氣和乙炔氣進(jìn)行充分的混合，在乙炔電磁閥開(kāi)啟時(shí)必須保證空氣電磁閥一直開(kāi)啟并有空氣通過(guò)，可以通過(guò)流量計(jì)在線監(jiān)測(cè)空氣和乙炔的流量來(lái)判斷是否有供氣不足的現(xiàn)象，避免啞炮的產(chǎn)生。爆燃狀態(tài)，當(dāng)乙炔和空氣混合氣充滿整個(gè)容器時(shí)，乙炔電磁閥關(guān)閉，避免回火，點(diǎn)火裝置啟動(dòng)，混合氣在瞬間發(fā)生爆燃。

    （3）吹灰器布點(diǎn)要求：

    根據(jù)每層受熱面積灰情況布置吹灰點(diǎn)，一般布置在受熱面上方，并且順著煙氣流向進(jìn)行吹灰，這樣有利于吹灰后灰塵很快被收集到除塵裝置，避免二次積灰。一般設(shè)置的吹灰點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)，并且兩個(gè)噴口在同一直線上，分別布置在前后爐墻或左右爐墻。這樣有利于消除吹灰死角。

    （4）儀表控制要求：空氣電磁閥控制空氣路的通斷。乙炔電磁閥控制乙炔路的通斷。點(diǎn)火裝置控制點(diǎn)火器通斷。溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)尾部煙道溫度及主蒸汽溫度。流量檢測(cè)裝置檢測(cè)空氣流量及乙炔流量。工控機(jī)及顯示器作為人機(jī)界面，顯示各個(gè)控制狀態(tài)及各儀表參數(shù)的顯示和調(diào)整。西門(mén)子S7-200PLC控制器作為整個(gè)系統(tǒng)的中央控制單元，負(fù)責(zé)整個(gè)邏輯的運(yùn)算判斷，及各控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)量控制及外部各開(kāi)關(guān)量及模擬量的輸入輸出。

    各儀表參數(shù)：

    排煙溫度：排煙溫度控制在150攝氏度。

    空氣流量：空氣流量控制在80L/min。

    乙炔流量：乙炔流量控制在20L/min。

    吹掃時(shí)間：即開(kāi)啟空氣電磁閥，引入高壓空氣進(jìn)行吹掃。

    充氣時(shí)間：即乙炔電磁閥開(kāi)啟時(shí)間，引入可燃?xì)馀c空氣充分混合。

   4 控制系統(tǒng)方案

    （1）系統(tǒng)流程圖
     
                           
                                    圖2   系統(tǒng)流程圖

    控制流程文字說(shuō)明見(jiàn)表1。
  
                

    點(diǎn)火結(jié)束預(yù)示吹灰次數(shù)增加一次。如果點(diǎn)火次數(shù)等于設(shè)定次數(shù)則吹灰結(jié)束，如果小于設(shè)定次數(shù)則繼續(xù)吹掃進(jìn)入下一輪循環(huán)。在吹灰次數(shù)等于設(shè)定次數(shù)時(shí)，實(shí)時(shí)排煙溫度和設(shè)定排煙溫度在PLC程序中作比較，如果實(shí)時(shí)排煙溫度小于等于設(shè)定排煙溫度則停止吹灰，如果實(shí)時(shí)排煙溫度大于設(shè)定排煙溫度則繼續(xù)進(jìn)入下一輪吹灰循環(huán)。

    （2）控制結(jié)構(gòu)圖

    控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單被控設(shè)備主要有三個(gè)：空氣電磁閥，乙炔電磁閥，點(diǎn)火裝置。
       
                     
                              圖3    控制結(jié)構(gòu)圖

    控制設(shè)備主要是西門(mén)子S7-200系列PLC，配置工控機(jī)及液晶演示器。控制系統(tǒng)通訊協(xié)議采用西門(mén)子PPI通訊協(xié)議，借助于PPL標(biāo)準(zhǔn)通訊電纜，電纜通過(guò)工控機(jī)COM口與PLC進(jìn)行通訊。組態(tài)軟件選用紫金橋組態(tài)軟件，通過(guò)組態(tài)畫(huà)面可以直觀地觀察現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各儀表參數(shù)。并且通過(guò)組態(tài)軟件可以控制設(shè)備啟停，及修改各控制參數(shù)。

    （3）控制系統(tǒng)主界面

    主畫(huà)面設(shè)有強(qiáng)制啟動(dòng)、停止按鈕，排煙溫度實(shí)時(shí)顯示及乙炔壓力檢測(cè)、電磁閥工作狀態(tài)顯示，以及實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)故障報(bào)警信息。

    （4）控制系統(tǒng)參數(shù)修改界面圖

                    
                                 圖4 控制系統(tǒng)主界面 

    還可以根據(jù)實(shí)際使用情況對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以便達(dá)到最佳效益。
  
                     
                                 圖5 控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定界面

    5 控制邏輯梯形圖

    （1）啟動(dòng)控制
  
                   
                                 圖6     啟動(dòng)控制邏輯梯形圖

    （2）排煙溫度采集
  
                   
                              圖7    排煙溫度采集控制邏輯梯形圖

    （3）邏輯輸出
  
                       
                                圖8    邏輯輸出梯形圖

    6 結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)添加系統(tǒng)啟動(dòng)條件，將現(xiàn)場(chǎng)鍋爐排煙溫度和系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間有機(jī)結(jié)合，使控制系統(tǒng)更加人性化，更趨于合理，使吹灰系統(tǒng)最大的發(fā)揮作用，同時(shí)節(jié)約了能源，該系統(tǒng)特別適用于當(dāng)今大中小型電廠。節(jié)能環(huán)保一直是國(guó)家積極倡導(dǎo)的主題，那么通過(guò)對(duì)吹灰系統(tǒng)自動(dòng)控制的不斷改進(jìn)，不但有效的節(jié)約了煤炭的用量，而且降低了二氧化碳、二氧化硫等有害氣體的排放。

    參考文獻(xiàn)

    [1]西門(mén)子（中國(guó)）有限公司.SIEMENS S7-200可編程控制器手冊(cè).2002

    [2]亞控公司.組態(tài)王6.53使用手冊(cè)

    丁曉東（1979-）

     男，山東臨沂人，本科，2002年畢業(yè)于中國(guó)計(jì)量學(xué)院，助教，現(xiàn)就職于棗莊職業(yè)學(xué)院，從事PLC控制方面的教學(xué)研究工作。   

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第一期