活動鏈接：2013年控制網行業專題---節能增效 電力新發展

  摘要：本文介紹了西門子S7-200PLC在電廠鍋爐脈沖吹灰器控制系統中的應用。系統解決了脈沖吹灰器常規操作辦法存在隨意性、浪費吹灰氣源等問題，并可根據鍋爐主蒸汽溫度及排煙溫度的變化量的多少來判斷吹灰器運行的最佳時間及次數，從而規范了吹灰頻率，降低了積灰概率并節約吹灰氣源。

    關鍵詞：脈沖吹灰器；工藝；原理；自動化控制

    1 引言

   目前我國每年消耗燃煤在17億噸以上，其中電站鍋爐消耗25%左右。我國大部分鍋爐煤炭利用率一般低于85%，比設計效率低10個百分點，部分鍋爐甚至在30%左右的效率下運行，而先進國家的燃煤工業鍋爐運行效率平均為85~90%。采用吹灰系統一般可以提高運行效率1~3%，為國家節能環保做出應有的貢獻。

    筆者通過近幾年針對火力發電廠鍋爐尾部煙道積灰對鍋爐主蒸汽溫度及排煙溫度、爐膛負壓影響的研究，以某電廠1臺75T循環流化床鍋爐為例，就如何進行鍋爐尾部煙道積灰自動吹掃從自動控制角度提出了切合實際的案例。

   2 脈沖吹灰器控制系統概述

    脈沖吹灰器是按一定比例混合后的可燃氣在特定的容器內通過一端連接點火裝置的點火器點火產生爆燃，產生強烈的壓縮沖擊波（即爆燃波）并通過噴口釋放，通過釋放出來的壓縮沖擊波對受熱面上的灰垢產生強烈的“先沖壓后吸拉”的交變沖擊作用而實現吹灰。爆燃罐通過噴口發射出的爆燃波有兩個：首先是爆燃罐內由于爆燃造成的壓力驟增而產生的熱爆沖擊波，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米處實測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，而是隨時間推移，并與鍋爐負荷大小，爐膛負壓高低以及燃料燃燒的程度有關。一旦積灰形成必須短時間內及時吹灰，否則隨著時間的推移，在高溫下這些疏散的干灰遇到高濕空氣會凝結成板塊，對以后的吹灰造成困難。因此，一旦發生積灰，反映到排煙溫度上會使排煙溫度明顯升高，主蒸汽溫度也會相應的降低，因此當排煙溫度發生變化時，在變化量超過4℃時在PLC控制程序中判斷為吹灰運行開始。當吹灰結束后，在120秒內根據在線監測的排煙溫度實時值如果沒有降低到期望值則繼續運行吹灰器，直到達到目標值為止。
   
                   
                               圖1   雙沖擊波的波形圖譜

    3 工藝要求

    （1）鍋爐吹灰工藝規范：鍋爐負荷在70%以上時，方可進行吹灰操作，否則會對爐膛壓力產生波動，影響鍋爐正常運行。

    （2）脈沖吹灰器工作狀態： 清掃狀態、充氣狀態、爆燃狀態。清掃狀態，通過開啟空氣電磁閥引入高壓壓縮空氣，壓縮空氣會將上次爆燃產生的未完全燃燒的乙炔清掃干凈，還會將部分火花降溫至熄滅狀態，保證下次充入乙炔時不會自燃。充氣狀態，通過開啟乙炔電磁閥將乙炔氣引入混合裝置由混合裝置對高壓空氣和乙炔氣進行充分的混合，在乙炔電磁閥開啟時必須保證空氣電磁閥一直開啟并有空氣通過，可以通過流量計在線監測空氣和乙炔的流量來判斷是否有供氣不足的現象，避免啞炮的產生。爆燃狀態，當乙炔和空氣混合氣充滿整個容器時，乙炔電磁閥關閉，避免回火，點火裝置啟動，混合氣在瞬間發生爆燃。

    （3）吹灰器布點要求：

    根據每層受熱面積灰情況布置吹灰點，一般布置在受熱面上方，并且順著煙氣流向進行吹灰，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。一般設置的吹灰點成對出現，并且兩個噴口在同一直線上，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。點火裝置控制點火器通斷。溫度檢測裝置檢測尾部煙道溫度及主蒸汽溫度。流量檢測裝置檢測空氣流量及乙炔流量。工控機及顯示器作為人機界面，顯示各個控制狀態及各儀表參數的顯示和調整。西門子S7-200PLC控制器作為整個系統的中央控制單元，負責整個邏輯的運算判斷，及各控制設備的開關量控制及外部各開關量及模擬量的輸入輸出。

    各儀表參數：

    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。

    吹掃時間：即開啟空氣電磁閥，引入高壓空氣進行吹掃。

    充氣時間：即乙炔電磁閥開啟時間，引入可燃氣與空氣充分混合。

   4 控制系統方案

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

    控制流程文字說明見表1。
  
                

    點火結束預示吹灰次數增加一次。如果點火次數等于設定次數則吹灰結束，如果小于設定次數則繼續吹掃進入下一輪循環。在吹灰次數等于設定次數時，實時排煙溫度和設定排煙溫度在PLC程序中作比較，如果實時排煙溫度小于等于設定排煙溫度則停止吹灰，如果實時排煙溫度大于設定排煙溫度則繼續進入下一輪吹灰循環。

    （2）控制結構圖

    控制系統結構簡單被控設備主要有三個：空氣電磁閥，乙炔電磁閥，點火裝置。
       
                     
                              圖3    控制結構圖

    控制設備主要是西門子S7-200系列PLC，配置工控機及液晶演示器。控制系統通訊協議采用西門子PPI通訊協議，借助于PPL標準通訊電纜，電纜通過工控機COM口與PLC進行通訊。組態軟件選用紫金橋組態軟件，通過組態畫面可以直觀地觀察現場設備的運行狀態及各儀表參數。并且通過組態軟件可以控制設備啟停，及修改各控制參數。

    （3）控制系統主界面

    主畫面設有強制啟動、停止按鈕，排煙溫度實時顯示及乙炔壓力檢測、電磁閥工作狀態顯示，以及實時顯示現場故障報警信息。

    （4）控制系統參數修改界面圖

                    
                                 圖4 控制系統主界面 

    還可以根據實際使用情況對系統的參數進行調整，以便達到最佳效益。
  
                     
                                 圖5 控制系統參數設定界面

    5 控制邏輯梯形圖

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

    （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 結束語

    通過添加系統啟動條件，將現場鍋爐排煙溫度和系統啟動時間有機結合，使控制系統更加人性化，更趨于合理，使吹灰系統最大的發揮作用，同時節約了能源，該系統特別適用于當今大中小型電廠。節能環保一直是國家積極倡導的主題，那么通過對吹灰系統自動控制的不斷改進，不但有效的節約了煤炭的用量，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

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

    [2]亞控公司.組態王6.53使用手冊

    丁曉東（1979-）

     男，山東臨沂人，本科，2002年畢業于中國計量學院，助教，現就職于棗莊職業學院，從事PLC控制方面的教學研究工作。   

   摘自《自動化博覽》2012年第一期