maxDNA系统在火电厂气力除灰程控设计中的应用

摘 要：针对火力发电机组的气力除灰系统，提出在maxDNA系统中设计气力除灰程控，不仅能实现气力除灰的基本功能，还可解决同一根灰管的所有输送单元同时处于进气阶段或输送阶段等难题。工程现场实际运行经验表明，在maxDNA系统中设计的气力除灰程控运行稳定、效率高、故障率低。

关键词：气力除灰系统;DCS;maxDNA系统;程控

0 引言

煤炭资源作为传统能源在促进我国经济发展中起到了举足轻重的作用。火力发电作为消耗煤炭资源的发电形式，在我国电力市场中占有很大比重。随着我国经济的飞速发展，人们对电力的需求越来越大，国家新建了很多大容量、高参数的火力发电机组，发电量随之迅速增长。同时，也大大加剧了煤炭的消耗，环境问题越来越突出[1]。燃煤机组在发电过程中会产生大量的粉煤灰，气力除灰系统可将发电过程中产生的灰及时清除运走，使其可以回收利用。但除灰现场工作环境恶劣，且需要控制的阀门设备数量众多，工艺流程也比较复杂，因此需要设计一种自动控制系统[2]。目前，很多电厂采用PLC系统控制气力除灰系统，PLC系统具有系统小、结构简单等特点，但操作人员很难兼顾机组DCS系统和PLC系统的监视与操作，同时也不利于集控运行的一体化。在众多DCS系统中，maxDNA系统具有可靠性高、操作简单方便、功能多样、适应性强等特点，是火电厂气力除灰系统设计自动控制系统的良好选择。

1 原理介绍

1.1    气力除灰系统的原理

气力除灰系统是以压缩空气作为输送介质并提供输送动力，将锅炉各集灰斗内的干灰输送到指定地点的一套完整的输送装置。待输送的干灰通过料仓进入仓泵内，经流化气箱流态化的压缩空气通过仓泵下部的主风管，经喷嘴高速进入扩散混合室。仓泵内流化的干灰在料仓内干灰的料压和喷嘴的负压的共同作用下进入扩散混合室与气流混合，被气流携带经输灰管道输送至灰库[3]。

1.2    气力除灰系统的流程

一套完整的气力除灰系统包括以下几个部分：压缩空气系统、仓泵系统、灰斗气化系统、灰库和输灰管道。根据现场设备布置，气力除灰系统会分布成若干个电场。常规的660 MW火电机组的气力除灰系统会配置成一电场、二电场、三电场、四电场、五电场以及省煤器电场，每个电场会分为A侧、B侧。每个电场的A侧或B侧由若干个仓泵组成，构成一个输送单元，若干个输送单元共用一根输灰管道。气力除灰系统的现场工艺布置图如图1所示。

各个输送单元完整的输送工艺流程包括以下几个阶段：待气阶段、进气阶段、输送阶段、等待阶段、进料阶段。气力除灰系统以输送单元为个体，每个输送单元分别在待气阶段、进气阶段、输送阶段、等待阶段、进料阶段循环。

（1）待气阶段为每个输送单元的初始化阶段，用于判断参数是否满足条件，比如气源压力是否小于设定值。如果所有的条件满足，则会进入下一个阶段。如果有条件不满足，则会在待气阶段一直等待。

（2）进气阶段为每个输送单元的各个仓泵进气的过程，打开进气阀门，同时开始进气计时。当进气时间达到设定的时间，则会结束进气阶段进入下一个阶段。

（3）输送阶段为灰质物料输送到灰库的过程，打开出料阀门，仓泵中的灰质物料通过输灰管道输送到灰库，同时开始输送计时。当输送时间达到设定时间，则会先关闭进气阀门，延时几秒再关闭出料阀门，结束输送阶段进入下一个阶段。

（4）等待阶段为灰斗收集干灰的过程，设定等待时间，当等待时间到，则结束等待阶段进入下一个阶段。

（5）进料阶段为灰斗内的干灰进入到仓泵中的过程，打开仓泵进料阀门开始进料，同时开始进料计时。当进料时间达到设定时间或者仓泵料位计发出料满信号，则关闭输送单元的所有进料阀门，结束进料阶段，重新进入到待气阶段。

气力除灰系统完整的输送流程如图2所示。

2 设计思路

在maxDNA系统中，一个输送单元设计一个程控，以待气阶段、进气阶段、输送阶段、等待阶段、进料阶段分别作为步序，每个输送单元程控在待气步序、进气步序、输送步序、等待步序、进料步序之间循环。每个步序发送信号进行阀门设备的操作，并且每个步序设定完成标志，完成标志满足则进行下一个步序。

maxDNA系统提供了程控主控原子块SEQMSTR、程控步序原子块SEQSTEP进行程控设计。程控主控原子块SEQMSTR为程控提供人机接口界面，监控每个与之相连的程控步序原子块SEQSTEP。

每个步序设计一个程控步序原子块SEQSTEP，用于存储每一步的程控信息，包括下一步的步序号、步序完成标志等信息，使用ChainInCPX/ChainOutCPX属性通过复合的信息流动与程控主控原子块SEQMSTR沟通。

程控进行到某个步序，该步的程控步序原子块SEQSTEP会发送信号到设备逻辑块，由该设备逻辑块控制终端设备的开或关。maxDNA系统程控组态结构如图3所示。

3 实施难点

3.1    理论分析

在除灰程控中，工艺流程有这样的要求：对于同一根灰管，所有的输送单元不能同时在进气阶段或输送阶段。因为每个输送单元程控是独立的，实际运行时经常会出现同一根灰管的输送单元处于输送阶段或进气阶段。对此，maxDNA系统采用通过时间大小来判断先后顺序的解决方案。当输送单元程控进入待气阶段，开始计时。对于同一根灰管的所有输送单元程控，对它们的计时时间的大小进行排序，时间最大的输送单元程控先进入到下一个进气阶段。假设一根灰管上有输送单元A和输送单元B，输送单元程控A早于输送单元程控B进入待气步序，则输送单元程控A的计时时间大于输送单元程控B的计时时间，输送单元程控A先进入进气步序，输送单元程控B继续处于待气步序。当输送单元程控A完成进气步序与输送步序，则停止并且复位输送单元程控A的计时，即输送单元程控A的计时时间为零，输送单元程控A继续其他步序。此时，输送单元程控B的计时时间大于输送单元程控A的计时时间，输送单元程控B进入进气步序。当输送单元程控A完成其他步序，重新进入到待气步序时，重新开始计时，只要输送单元程控B没有完成进气步序和输送步序，输送单元程控B的计时时间没有复位清零，则输送单元程控B的计时时间始终大于输送单元程控A的计时时间。当输送单元程控B完成进气步序和输送步序，输送单元程控B的计时复位清零，继续下一个步序。输送单元程控A再次进入进气步序，如此循环往复。在同一根灰管中，只要一个输送单元在进气与输送阶段，其他输送单元在待气阶段等待，当该输送单元完成输送阶段，其他输送单元依照进入待气阶段的时间大小依次进入进气阶段，从而保证同一根灰管，所有的输送单元不会同时处于进气阶段或输送阶段。

3.2    组态实现

某2×660 MW火电机组采用maxDNA系统，以#3机组气力除灰系统的二电场为例，其输灰管道共有A侧、B侧两个输送单元，A侧、B侧分别组态程控A和程控B。设计计时功能组态，如图4所示。

其中，原子块TOTL提供计时功能，触发属性Start开始计时，触发属性Stop停止计时，触发属性Reset复位计时，属性Out输出计时时间。原子块CALC提供计算功能，输入公式Out=MAX（A，B），输出A和B的最大值。

当原子块TOTL的计时时间等于其属性HiLimit的设定值时，则触发属性TotalAtHi输出长信号。将属性TotalAtHi输出的长信号作为输送单元程控结束待气步序，进入进气步序的条件之一。这样设计的计时功能组态可以保证两个原子块TOTL不会同时触发属性TotalAtHi，从而避免程控A和程控B同时进入进气步序。

4 结语

气力除灰系统作为火电机组辅网系统重要的组成部分，是火电机组实现节能环保的重要一环，气力除灰系统的程控必须稳定可靠。本文提供了在maxDNA系统中设计气力除灰程控组态的方案，可以完成气力除灰输送单元的基本功能，同时很好地解决了同一根灰管的所有输送单元同时处于进气阶段或输送阶段等难题。多年现场运行经验表明，在maxDNA系统中设计的气力除灰程控运行稳定、效率高、故障率低。

[參考文献]

[1] 钱磊.基于现场数据的热工过程辨识研究[D].南京：东南大学，2016.

[2] 李媛.火电厂气力除灰控制系统的设计[J].科技视界，2016，36（1）：242-245.

[3] 吴家伟.气力除灰系统控制策略的改进与优化[C]//2006年全国发电厂DCS与SIS技术研讨会暨热工自动化专业会议论文集，2006：715-717.

收稿日期：2021-02-01

作者简介：钱磊（1990—），男，江苏盐城人，工程师，主要从事热工过程自动控制方面的工作。