火力发电厂锅炉蒸汽吹灰系统控制策略优化

摘 要： 目前国内火力发电厂锅炉吹灰系统大部分均采用蒸汽吹灰器，由于结构和介质的特点，加上高温环境的影响及控制系统程序设计过于简单，容易造成系统非法停运。本文通过优化系统监控方式，将吹灰PLC系统数据通讯至主机DCS系统来进行集中管理。消除系统监控盲点，有效提高了系统故障处理的及时性，同时减少了运行人员操作强度；对系统控制加入时序逻辑及故障容错来提高控制系统的稳定性，减少系统非法退出次数，保证受热面不超温，提高锅炉热效率。

关键词：电厂 吹灰系统 程序控制 优化 PLC DCS

中图分类号：TK224 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）10-0268-02

引言

燃煤火力发电厂在生产过程中要消耗大量的化石燃料-煤炭。煤炭燃烧后会产生大量的副产物-煤灰和煤渣。其中煤渣质量较大，在燃烧过程中会沉积至炉膛下部，通过捞渣、排渣、和输渣设备送至炉膛外部。而产生的飞灰会随着烟气流动的方向，慢慢的堆积到锅炉水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器。若锅炉受热面积灰严重，会直接导致排烟温度升高，从而大大降低了锅炉热效率，导致机组运行不经济；受热面积灰过多，积灰时间过长，在高温的环境中，会结焦板结，导致锅炉爆管，直接威胁机组的安全运行。此时，就更加凸显锅炉吹灰系统的重要性。当前国内火力发电厂锅炉吹灰系统大部分均采用蒸汽吹灰器，由于结构和介质的特点，加上高温环境的影响，吹灰枪管易发生卡涩、失灵、漏汽等现象，设备故障率相对较高，要求维护水平较高；且控制系统逻辑功能设计单一，基本均无设置容错程序。一旦触发设备故障报警，整个吹灰系统强制退出，锅炉高负荷阶段极易引发受热面超温，锅炉安全受威胁。待故障解除，重新投入吹灰系统，进入疏水暖管，要重复耗费大量的未做功过热蒸汽，影响锅炉经济性能。因此吹灰系统节能降噪，提高吹灰系统性能就成了当前需要研究的课题。本文就如何优化蒸汽吹灰控制逻辑展开论述。

一、锅炉吹灰系统优化设计的必要性

以实际经验分析在燃煤锅炉运行过程中，炉膛水冷壁因工况不稳定挂焦、高温过热器及再热器因燃烧不稳定结焦，尾部受热面积灰是常见而又不可避免的现象。因此，结焦、积灰成了燃煤电厂运行中存在的难题，在锅炉设计时均会配有一定数量的吹灰器。而常规锅炉蒸汽吹灰系统在运行过程中又暴露出诸多问题：

传统蒸汽吹灰系统均设置为独立PLC控制系统，逻辑结构功能设置单一，操作繁琐，且无法实现集中控制，出现系统故障时，无法及时发现原因，处理故障点，不方便进行维护。

传统蒸汽吹灰系统，无法保证吹灰蒸汽温度品质，只有在系统投运初期进行暖管疏水，吹灰运行过程中若出现疏水温度低则直接切除整个除吹系统，未设置防止吹灰蒸汽温度不达标的有效措施。

传统蒸汽吹灰系统，只设置了单一压力调整回路，无法保证吹灰系统蒸汽压力品质，一旦在吹灰枪运行过程中出现卡塞等导致气源导出通路受阻，诱发吹灰系统超压，导致安全阀连续动作。

传统蒸汽吹灰系统，程序设计无容错能力，一旦出现设备故障，程序报警，参数越线，超时等则系统保护机制启动，强制切除整套吹灰系统运行。故障排除，重新投运时，需要重新疏水暖管，浪费很多未做功的过热蒸汽，导致锅炉运行不经济。

二、锅炉吹灰系统优化方式

1.控制系统数据传输网络优化

常规锅炉吹灰系统采用PLC+就地上位机进行数据交互，不方便运行人员监控，当故障出现时，也不利于检修维护人员查找故障原因，这里提出数据整合。将由PLC控制处理的逻辑及数据转移至DCS系统进行处理，原先锅炉吹灰系统的CPU仅保留实现数据通讯功能。并取消就地上位操作权限，将PLC CPU采集到的就地元件数据通过建立通讯协议的方式（遵循MODBUS TCP/IP 或其它协议）上传至DCS网络，由DCS网络完成对就地I/O的监控功能，实现集中控制，减少运行人员的操作强度。

2.控制策略优化

常规蒸汽吹灰逻辑控制策略中，一旦吹灰系统尾部管段温度低于设定值或吹灰枪汽源口温度低于设定保护值，则程序触发吹灰蒸汽温度过低报警，切除程控运行程序，系统泄压，吹灰中断。改进加入系统容错程序1，监视吹灰蒸汽温度，保证蒸汽品质，监测吹灰汽源温度品质，在检测到汽源温度下降速率高于正常值或温度逼近设定蒸汽温度品质值时，进入系统温度低侧管段强制疏水程序（该程序子属于容错程序），强制疏水一段时间或蒸汽温度品质达标，则主程序继续运行；若在限定时间内，蒸汽品质不达标，则触发容错失败，切除系统运行。改进加入系统容错程序2，监视吹灰母管压力品质，在吹灰枪切换过程中，吹灰母管压力调节阀全关的情况下（以调节阀开度小于3%判定为全关），母管压力逼近系统超压跳闸值的90%（本系统压力高保护值为3.0mpa）为2.7mpa，则系统启动强制泄压（打开对应管路疏水阀）等待吹灰枪切换，触发计时模块30s倒计时，若在等待周期内无下一支吹灰枪运行信号返回或系统接到吹灰枪运行超时信号，则吹灰中断，超压保护动作。该容错程序设计可以有效杜绝由于吹灰枪在运行过程中轻微卡塞（不触发吹灰枪过电流的情况）及母管压力调节阀内漏关不严的情况下造成的系统非法退出。

系统构成逻辑框图如下：

3.控制系统顺序控制子程序优化

常规蒸汽吹灰系统以吹灰枪位置信号作为逻辑判断步序的基础，同时也作为超时判断回路的触发点。以这种方式作为顺序控制主程序，若位置信号在吹灰程控执行过程中出现故障或失灵，直接导致吹灰枪过行程，造成吹灰枪卡塞，严重的情况下造成吹灰枪本体损坏，程序控制非法退出。在此提出一种以位置信号合并时序控制的模式进行吹灰枪动作处理。

功能图如下：

改进后的顺序控制子程序增加时序与位置信号并行处理逻辑，以时序逻辑优先，位置信号辅助，可以有效的防止由于吹灰枪过行程造成吹灰枪卡塞，弯曲。当顺序控制子程序开始执行，第一支吹灰枪推进，系统触发计时，枪支进到位时间由传动马达及枪支长度决定，取于现场测算，当吹灰枪达到进到位时间而进到位位置信号没有有效返回，则执行退出吹灰枪程序；要求设定进到位时间小于实际进到位时间5s为最佳控制模式。吹灰枪退出过程中超过退出设定时间5s若仍未有原位信号返回，等待10s，在等待过程中，吹灰母管压力调节阀回关超过设定范围，一般设定小于定压行程的10%，且母管压力持续增加，则进入故障判断及保护程序，以确定系统程序是否需要跳出，中断程控。以这种控制模式执行程序，可以有效减少系统非法停运次数，保证吹灰系统的稳定。

三、优化效果

优化后的程序在大唐红河发电公司得到了实际应用，效果和收益明显。以中温过热器为汽源，以DN65管径为取出汽源管路，设计吹灰系统定压1.0MPa时，蒸汽持续出力为80KG/min。在负荷大于60%时，每天需要投运吹灰系统2次，每次吹灰时间持续为8小时计算，每天吹灰需要耗未做功的过热蒸汽76.8t。每次投运吹灰系统前，为暖管及保证蒸汽品质需要疏水420s，损失蒸汽0.56t，每天每台锅炉节约蒸汽损耗1.12t。若能有效的减少吹灰系统非法停运次数，年节约蒸汽量可观。

四、结束语

优化后的系统具备了事故追忆和历史数据查询功能，操作界面友好；取消了就地操作站，减少了运行人力投入。

优化后的控制系统有效的保证了吹灰系统稳定，锅炉受热面超温的次数明显下降，可以有效的延长锅炉的使用寿命，锅炉热效率提升明显。

优化后控制模式后有效减少了由于故障发现处理不及时造成的吹灰枪弯曲及损坏。最大限度的减少了维修设备费用及人力投入。

参考文献

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作者简介：陈瑞（1986.8-），男，汉族，云南玉溪人，本科，助理工程师，主要从事发电厂DCS及PLC系统程序设计、热工自动控制系统维护等工作。