气力输灰系统控制系统的探讨

赵长祥，刘立衡

(国电科学技术研究院，江苏南京 210031)

气力输灰系统控制系统的探讨

赵长祥，刘立衡

(国电科学技术研究院，江苏南京 210031)

以国电宝鸡电厂5号机组为例，讨论了气力输灰控制系统的基本原理及调试输灰和自动排堵过程中反复出现的问题，并提出了相应解决措施，为存在此类问题的其他电厂提供参考。

自动控制;气力输灰;控制策略;排堵

1 上引式气力输灰系统的基本原理

宝鸡二电厂5号机组电除尘是双室四级电场结构，一个电场对应一个上引式输灰单元，每个气力输灰单元结构相似。本工程中的气力输灰原理是:首先将电除尘灰斗里的粉煤灰装入仓泵(即灰罐)，然后在高压压缩空气的推动下及灰库侧抽风机负压抽风的共同作用下，将仓泵中的粉煤灰输送到灰库中，实现气力输灰过程。

2 气力输灰单元基本控制

根据气力输灰除灰系统基本原理，如果当两个输灰单元同时输灰时，就会发生不同输灰单元之间争抢同一根吹灰动力管、或同一根输灰管的现象，造成气源动力不足或输灰管堵塞的现象。

为了避免上述现象的出现，可以采用优先竞争的总体控制策略，即某电场产灰量越大，对应的输灰单元权重就越大;权重越大，在竞争中获取输灰的机会就越大;而权重较小的电场只在权重大的电场处于下灰、休息时才有可能被执行。从理论上讲，某个灰仓泵装填灰料的时间过程，可以被另一个输灰单元用来输送灰料，从而大大提高输灰管的利用效率。但实际输灰过程中要实现上述控制策略，首先要将每个输灰单元的输灰过程分成两个基本进程，即仓泵下料(灰)进程和输灰单元输灰进程;否则，无法实现控制思想;同时为了防止意外，还必须增加两个补充进程:输灰管排堵进程，设备故障退出进程。下面以A侧一电场输灰单元为例，讨论气力除灰单元输灰控制过程。

2．1 下料进程

要实现气力输灰，首先必须向灰仓泵(灰罐)填充灰料。这个过程各发电企业实现方式均相似，在此不作讨论。

2．2 输灰进程

输灰进程是在输灰单元的仓泵完成填装灰料后，实现向远方灰库输灰灰料的过程。宝鸡电厂气力输灰系统主要通过输灰管的气粉混合压力来判断本次输灰是否完成、或输灰管是否发生堵塞的现象。即如果输灰管的气粉混合压力在规定时间内下降到设定值，则认为该输灰单元的输灰过程已结束;如果输灰管的气粉混合压力不降反升，达到堵管设定值，即认为输灰管发生管道堵塞现象，发出信号，启动输灰管排堵进程。原输灰顺控步骤如下:

(1)关闭A侧一电场正吹阀，打开A侧一电场进气阀。如果在设定时间内，A侧进气管压力上升至P1输灰动力压力设定值时，则进入下一步;否则，超时报警并退出。

(2)打开A侧一电场出料阀。如果在允许时间范围内，A侧一电场输灰管压力值降低到的关泵压力设定值(表明仓泵中的灰已经基本输完)，则本步结束;如果输灰管压力没有降低，反而上升到P13堵管压力设定值时，转排堵程序，等待排堵过程结束;如果输灰时间超出最大允许设定时间，输灰仍未完成，则报警退出。

(3)开A侧一电场正吹阀，延时1s，关进气阀。

(4)延时10s，关A侧一电场正吹阀。

在上述步骤中第二步骤层次复杂，在调试过程中经常出错。首先，在输灰运行过程中，输灰管的气粉混合物压力变送器损坏输出信号恒为零时的现象，导致输灰过程直接被瘫痪。其次，就是多次调用排堵进程，干扰排堵进程正常工作。

通过改进，输灰进程的第二步骤的组态如图1所示。上方的RS触发器和定长脉冲部件起了决定性作用。在输灰进程执行第二步骤后，如果气粉混合物压力上升，产生一个启动排堵顺控的命令，该命令信号经过脉冲模块、或门模块，复位RS触发器的输出;又由于第二步输出命令设为脉冲命令，此时早已复位，从而排除后续压力波动再次发送启动排堵命令的可能，保证了调用排堵的命令是在本执行过程中发出的唯一的调用排堵进程脉冲命令。

图1 输灰顺控第二步骤组态

2．3 排堵顺控

气力输灰系统经常发生输灰管堵塞事件。一旦发生输灰管堵塞事件，就必须立刻采取相应的排堵措施，包括人工排堵和自动排堵。自动排堵过程，主要分两部分，第一部分是加大动力气流疏通输灰管;第二部分是如果上述措施失败，就必须利用炉膛负压倒吸(开/关反抽阀)与正压气流吹扫(开/关正压吹扫阀)的方式反复交叉循环进行，最终达到疏通输灰管的目的。原排堵顺控步骤如下:

(1)打开A侧一电场前补气阀，5s后疏通，如果A侧一电场输灰管压力小于P14设定值时，关闭A侧一电场前补气阀，排堵结束。

(2)如果A侧一电场输灰管压力大于P15，开启A侧一电场正吹阀;5s后，如果A侧一电场输灰管压力小于等于P16，则关闭A侧一电场正吹阀、前补气阀，排堵结束。

(3)如果A侧一电场输灰管压力大于P17(重度堵管)，发出本单元输灰堵管报警，而后关闭A侧一电场正吹阀、前补气阀、单元进气阀，关闭出料阀，最后本输灰单元对输灰顺控进行复位。

(4)打开A侧一电场反抽阀，5s后，如果A侧一电场输灰管压力小于P18时，关闭A侧一电场反抽阀。

(5)打开A侧一电场正吹阀，5s后，如果一、二电场A侧输灰管压力值小于P2，关闭正吹阀，排堵结束，重新排队申请输灰;如果该压力值大于P16，则关闭正吹阀，跳转到步序(4)。

(6)本顺控结束。

正确理解排堵顺控步序，需要注意两点事项。首先，在初次加大动力气源吹扫失败后，表明输灰管的堵塞较为严重，排堵的时间可能较长，应发出报警型号，禁止一切与之联系的其他输灰单元申请输灰，本输灰单元输灰顺控也结束。在本控制逻辑中，堵管报警信号一经发出，就必须保持到排堵结束，不能随意复位。其次，设备厂家提供的第四步骤中，层次复杂，易出错。由于该步骤的初始条件与结束条件，全部是反抽阀关闭，所以在调试初期发现该步骤直接被跳过(不执行)。

经改进后的第四步骤如图2所示。在关闭反抽阀命令后增加了一个脉冲模块。即无论关闭反抽阀命令是否存在，只要该命令一旦出现，脉冲模块就会发出一个定长时间脉冲，从而保证该控制逻辑顺利进行。

图2 排堵顺控第四步骤组态

5号炉的自动排堵顺控执行的效果可以看出，当压力升高到0．25MPa时，自动排挡程序立即进入运行状态。在经过五个周期的负压倒抽和正压压缩空气吹扫的交叉循环后，排堵过程结束，整个过程耗时约4min。一般情况下，现场人工排堵也需要30～120min才能解决。

2．4 退出顺控

当输灰控制系统发生故障后，输灰过程必须中断。值得注意的是，如果该退出顺控是由于某个阀门关故障而激发的，那么，在退出顺控执行过程中，同样也无法关闭该故障阀门，建议采用超时跳过的方式进行。

3 输灰系统竞争控制策略的实现

原输灰单元控制优先级顺序为:一电场、省煤器、二电场、三电场、四电场;其中，省煤器可以与三、四电场同时输灰。同一时刻，同侧一、二、三、四电场，只能有一个电场可以输灰，省煤器最多只能运行一个。从初步调试结果发现:优先级别最高的两级输灰单元轮流输灰，而其他输灰单元根本没有机会输灰;而且，正常退出自动控制的操作也非常麻烦。竞争控制策略之所以不能实现预期目标，其主要原因是该控制策略过于定性化，定性化的东西实际上很难操作。只有把各输灰单元的优先级量化，输灰控制策略才有可能取得预期效果。

输灰单元的优先级，也可以看成某个固定时间段内不同电场理论输灰的频率。由于在竞争这个大策略框架下，除灰频率无法直接用组态的方法实现，在优化过程中改为控制各输灰单元等待输灰的时间。即优先级越高，等待时间就越短。

考虑到宝鸡冬天室外温度非常低，如果灰料仓泵(灰罐)长期带灰等待会导致灰料的温度降低;灰料温度越低，气力输灰就越困难。所以，量化后的输灰单元优先级不能体现在灰仓泵装满灰料等待输灰的过程中，而只能应体现在等待允许向仓泵下灰料的过程中。

等待下料时间的确定，应参考各电场的产灰量、仓泵容积、及每次输灰单位时间对应的等因素，一般以一个标准输灰周期时间为参考量。至此，宝鸡电厂输灰控制系统，除一电场输灰单元外，其他各输灰单元必须充分利用一电场仓泵填装灰料时间的间隙，按级别、分先后、实现错时输灰。各电场输灰单元灰仓泵填满灰料后，只要自身无故障、没有相关联的输灰单元正在输灰、没有相关联的输灰单元正在排堵、无级别更高的输灰单元等待输灰等等，本输灰单元即可获本次得输灰的权利，同时禁止其他输灰单元申请输灰。

4 结语

宝鸡电厂5号炉原气力输灰控制系统输灰进程、排堵顺控存在问题，通过采取多种优化手段后，实现了所有的控制要求;而且输灰控制系统监视方便，操作简单可靠，自动化程度较高。

但该输灰控制系统也存在以下不足:

(1)输灰控制系统采用的竞争控制策略，优势不明显。实际运行结果表明，灰仓下料的时间为10s左右，而完成一次灰料输送需要300s左右的时间，两者相差十分悬殊。采用竞争控制策略，在严寒的冬天，优先级较低的灰仓泵常常处于冷态，在暂短的等待输灰时间内，灰料温度必然降低，这是对输灰很不利的一方面。况且，因采用竞争控制策略而充分利用输灰管的时间是非常短的，即使在不考虑降因降低灰料温度而带来的负面影响，提高输灰效率的意义也并不大。另外，采用竞争控制策略时，控制逻辑整体控制规划、具体组态、调试都极为困难。

(2)原单个顺控步骤过于复杂，为调试中增加了不必要的困难。建议调试单位、发电企业、设备供应商，能够有充分时间去了解除灰系统工艺过程、控制步骤，并其细化其控制步骤，尽量降低控制程序调试的难度。

(3)DCS控制软件存在缺陷，需要进一步完善。即能够实现顺控启动后、未完成任务之前，不再接受另一次启动命令的功能;还可以设置较完整的顺控启动条件等。如果这一功能实现，必然简化该输灰控制系统的调试过程，提高自动化程度。

(4)自动排堵功能中无最高循环排堵次数上限。即多次循环仍然不能完成既定任务时，应及时报警，解列输灰系统，进行最后的人工干预。

［1］杜艳冷．影响正压气力输灰系统出力的原因及改进措施［J］．山西电力，2009(6):42－43．

［2］刘海．正向浓压气力输灰系统在华能洛璜电厂中的应用［J］．东北电力技术，2006(7):30－32．

［3］刘海．正向浓压气力输灰系统在生物质锅炉输灰中的应用［J］．热力电力，2010(2):59－64．

Study on pneumatic conveying ash control system

It takes No．5 unit of Guodian Baoji Power Plant for example，the pneumatic conveying ash control system is discussed．The main contents are unexpected logic problems occurred frequently and effective solutions which we got during the course of testing and adjusting conveying ash and unplugging ash－pipe，and so on．Similar phenomenon is common in other power plants，the experiences are worthy of reference．

automatic control;pneumatic conveying ash;control strategy;unplugging ash－pipe

X701．2

B

1674－8069(2015)03－041－03

2014-12-17;

2015-02-07

赵长祥(1969-)，男，江苏如皋人，硕士，工程师，主要从事热工自动化调试、优化及监督工作。E－mail:190079953@qq．com