600 MW机组脱硫烟气换热器吹灰控制系统改造

姚秀娟，赵连莉，刘三，朱延忠

(华电国际邹县发电厂，山东 邹城 273522)

基金项目：国家自然科学基金项目(61203041)

1 机组概况

华电国际邹县发电厂三期工程装设2台600 MW亚临界燃煤凝汽式汽轮发电机组，配2×2 020 t/h燃煤锅炉，分别于1997年1月和11月投产。2台机组于2006年增设2套石灰石-石膏法烟气脱硫装置，其中石膏真空皮带脱水系统、废水处理系统、事故浆液箱包含在四期脱硫岛工作范围内。该烟气脱硫系统采用德国LEE公司石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，脱硫剂为石灰石(CaCO3)与水配置的悬浮浆液，在吸收塔内，烟气中的SO2与石灰石反应后生成亚硫酸钙(CaSO3)，并就地强制氧化为石膏，石膏经二级脱水处理可作为副产品外售。

2×600 MW机组脱硫装置采用一炉一塔，每套脱硫装置的烟气处理能力为100%锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况时的烟气量，其脱硫效率按不小于95%设计。

烟气从锅炉钢烟道引出，温度为126 ℃、压力为0 Pa，增压风机出口压力为3 900 Pa、温升为130 ℃，送至烟气换热器(GGH)与吸收塔出口的净烟气换热，原烟气温度降至90 ℃左右，随即进入吸收塔，与来自上部3层喷淋层的浆液逆流接触，进行脱硫吸收反应；脱硫后的净烟气经吸收塔顶部的两级除雾器除去携带的液滴后至GGH进行加热，温度由43 ℃升至80 ℃左右，通过烟囱排放至大气中。

GGH在未处理烟气的出、入口各配有1台吹灰器。该吹灰器分3个系统，1个系统以压缩空气作为介质吹扫换热元件，而另外2个系统分别为GGH提供高压水和低压水冲洗。

GGH最初至少每6 h使用压缩空气吹扫1次，吹扫频率可视运行情况而定，以保证压降接近设计值(原烟气为516 Pa，净烟气为476 Pa)。

GGH吹灰器选用克莱德贝尔格曼公司的产品，该吹灰器动作顺序为：启动→起喷→停留→返回(前限位开关，机械撞停开关)→回起喷位置停留疏水→回到停留位置(后限位开关，机械撞停开关)。可选择3种清洁换热元件模式：空气(蒸汽)吹扫(在线)步进距离75 mm；高压水洗(在线)步进距离15 mm；低压水洗(离线检修)步进距离45 mm。

2 改造前的控制情况

GGH吹灰器由可编程逻辑控制器(PLC)控制，选用AB公司Micrologix 1500系列产品，步进距离通过编码器计算，编码器旋转1周发出2 500个脉冲，每个脉冲代表0.173 mm。共有主机1台、开关量输入卡3块、模拟量输入卡1块、开关量输出卡2块。

在脱硫分散控制系统(DCS)的操作画面中有吹灰器的操作界面，可以选择压缩空气吹扫程序、低压水冲洗程序、高压水冲洗程序、运行双枪程序、启动/停止吹灰器程序、运行顶枪程序、运行底枪程序。选择某个程序后，DCS就会有相应的数字量输入点送到PLC的数字量输入卡件，PLC接收到相应的指令后，就会启动PLC内的顺控程序，相关的设备就进行动作。

GGH吹灰器PLC反馈给脱硫DCS的信号只有“电源正常”和“总故障”，当PLC内顺控程序运行时，常常会因为某个阀门的反馈信号未动作、压力或温度合适信号未满足、某个设备启动失败等原因发出“总故障”报警信号，最终导致GGH吹灰程序中断。

故障发生后，运行人员就会联系热控检修人员到现场进行故障处理。但因PLC的操作界面不友好，且PLC内部的程序需借助其他工具才能读出来，因此热控人员只能根据经验一个信号一个信号地排除。这样就给故障排除带来了一定的困难，会因为吹灰不及时造成GGH堵塞，给整个脱硫系统的运行带来不利影响，再加上脱硫现场的工作环境恶劣，热控人员就地工作难度很大。

GGH吹灰器主要存在以下几个问题。

(1)在投脱硫GGH顶枪高压水冲洗程序时，时常发出“总故障”报警信号，导致顶枪高压水冲洗不能正常投入。

故障原因：

1)顶枪高压水电动门严重卡涩，开启速度较慢，不能在规定的时间内(30 s)顺利打开，而导致总故障报警；

2)顶枪高压水电动门手动、自动切换装置失灵，不能从手动位正常切至自动位，导致电机空转而阀门不动；

3)顶枪高压水电动门热偶常闭接点腐蚀严重，接点接触不良，致使阀门控制回路故障，阀门不能正常接收“开”“关”操作指令。

针对以上原因，联系机务人员对阀门卡涩和手动、自动切换装置故障进行处理，确认该阀门的实际位置并重新定位，故障排除后阀门开关正常；更换接点腐蚀严重的热偶及接触器，更换后阀门开关正常，故障排除。

(2)顶枪在投高压水的过程中发出“高压水压力低”报警信号，进而发出GGH“总故障”报警信号，致使吹灰失败。

故障原因：高压水供水系统压力不稳定，波动较大，造成压力低于8 MPa(一般情况下正常工作压力大于10 MPa)而发出报警。

针对以上原因，联系机务人员对高压水供水系统进行检查，排除引起高压水供水压力不足和波动的故障。

(3)吹灰过程中，顶枪有时会发出“无编码器输入”的报警信号，导致发出“总故障”报警信号。

故障原因：经检查发现，吹枪投入的过程中有卡涩的现象，致使编码器状态不能翻转。从图1可以看出，5 s后PLC就会发出“无编码器输入”的报警信号，而导致吹灰失败。

图1 PLC内“无编码器输入”的报警逻辑图

针对以上原因，联系机务人员对上枪驱动机构进行检查，消除设备缺陷。

(4)吹灰过程可以完成，但退枪时不能够自动退出。

故障原因：通过多次跟踪，确认造成该故障的原因是梯形图中有一功能块不能正常翻转(如图2所示)，GRT功能块只有在源A大于源B时(即吹枪实时位置大于7090时)状态才会翻转为1，从而触发以下逻辑，使吹枪正常退出。但是，通过多次观察，吹枪只能进到7090位置，不能大于7090，从而造成吹枪不能正常退出。

图2 原PLC内吹枪位置判断逻辑图

针对以上原因，对梯形图做了修改(如图3所示)，将GRT指令更换为GEQ指令，这样当吹枪实时位置大于等于7090时就能触发以下逻辑，从而使吹枪正常退出。

图3 修改后的PLC内吹枪位置判断逻辑图

以上频发故障的详细信息没有被传送到集控室，运行人员在集控室只能知道GGH吹灰发“总故障”报警了，但具体是哪个设备发生了故障不能迅速判断出来,致使缺陷处理不及时，影响了系统的安全、稳定运行。

3 改造方案的选择及实施

为解决GGH吹灰控制给检修、运行人员带来的不便，决定对GGH吹灰的PLC进行改造。经反复考虑，改造方案大概有3种可供选择：

(1)保留就地PLC控制，通过PLC控制器的485串口与DCS进行通信，将所有故障详细信息传送到DCS的报警窗中进行报警，并实现远方故障确认；

(2)取消就地PLC和位置编码器，根据GGH吹灰流程框图在DCS内做新的逻辑，用时间来控制吹枪的流程；

(3)只取消PLC，仍采用位置编码器来判断吹枪的位置，控制吹枪的进退，其余逻辑在DCS内实现。

经反复比较，最终选择了第3种方案，该方案难度较大，但更利于吹枪的准确定位。改造前，要做好3个方面的工作：首先要解决编码器脉冲信号如何被DCS正确接收并实现累计的问题；二是根据GGH吹灰流程图做出DCS的控制逻辑图；三是读懂PLC控制程序，熟悉原控制方案的控制思想，然后对DCS逻辑进行优化。

3.1 编码器问题的解决

GGH吹灰器进吹过程是步进的，步进距离通过采集编码器(法国艾迪克GHM912-2500-004型编码器，编码器旋转1周发出2 500个脉冲，每个脉冲代表0.173 mm)的脉冲进行累计计算，从而确定GGH吹灰顶枪和底枪的位置。经过多次试验得知，DCS每秒至少要采集到100个脉冲才能准确地对吹枪定位。经过查阅OVATION系统I/O卡件说明书，最终选择了脉冲计算卡(PI卡)。编码器共有5根接线：2根电源线(24 V DC)、1根屏蔽线和2根输出信号线。以顶枪为例，输出信号线为X0和X1，将这2个信号送到DCS的PI卡，在PI卡件的接线端按照有源输入接线，再在DCS做逻辑把脉冲信号读出并计算出累计数值。

顶枪位置计算逻辑如图4所示。

图4 顶枪位置计算逻辑

3.2 DCS逻辑图的绘制

GGH吹灰器程序可选择3种清洁换热元件模式，如选择空气吹扫，则顶枪或底枪的步进距离为75 mm，当编码器输出的数值计算出步进了75 mm时，顶枪或底枪的进接触器就停止带电，等待48 s后再带电步进75 mm，这48 s内进行压缩空气吹扫。循环这个过程，一直到枪的位置大于7 080 mm，程序执行退枪的操作。这个过程动作是连续的，不是步进的，一直到枪退到位为止。

根据该流程图在DCS内做出控制逻辑，可以选择底枪吹灰、选用压缩空气冲洗的逻辑，也可以选择底枪吹灰、选用高压水冲洗的逻辑。顶枪吹灰的程序和底枪吹灰逻辑是相同的，同样也可选用压缩空气冲洗和高压水冲洗。无论是选择双枪还是单枪程序，都是调用底枪或顶枪的程序，做成顺序控制即可。

3.3 逻辑优化

利用RSLinx和RSLogix500软件将PLC控制逻辑读出，根据PLC程序对“总故障发出的逻辑”进行优化。当表1中的任一条件存在时，总故障信号即发出。

表1 GGH吹灰总故障报警

上述3个问题的顺利解决，为脱硫系统GGH吹灰取消PLC就地控制，改为DCS控制打下了坚实的基础。2011年，#6机组大修时，对#6机组脱硫系统GGH吹灰器的控制部分进行了改造，就地PLC取消，直接由DCS内逻辑取代。改造后逻辑清晰、查找方便，运行人员能非常方便地发现问题，联系相关部门人员进行处理。改造后，缺陷率极低，GGH吹灰各种程控投入良好。

#6机组脱硫DCS采用爱默生控制公司的Ovation 控制系统,操作系统为Windows系统,界面非常友好,逻辑的查找非常方便。逻辑的组态用AutoCAD工具实现，逻辑的组态和修改工作也容易完成。

PLC控制逻辑改为由DCS控制后，GGH吹灰程序执行正常，枪的位置计算很准确，操作界面非常简单，GGH吹灰的故障率很低，易于维护。

4 结束语

#6机组脱硫GGH改造后，由就地的PLC控制改为DCS控制，改造效果良好，运行人员操作方便，利于故障的判断，缺陷率大大降低，也给热工人员的维护提供了很大便利。