电厂气膜煤场可靠性配置及控制逻辑研究

赣浙国华信丰发电有限责任公司 肖 宾

气膜建筑，指的是用特殊膜材料做成封闭空间，内部不需要任何类似于柱子、桁架支撑，完全依靠风机向气膜内吹气，使气膜内压力高于大气压力，使气膜支撑起来的一种新兴的建筑。从气膜建筑的结构特点分析，需要风机持续运行向气膜内充气维持气膜内外差压恒定结构的稳定，风速、雨雪等极端天气均有可能影响气膜的安全运行。因此，研究设计一套气膜煤场安全智能化控制逻辑，通过自动调节气膜内外差压恒定，维持气膜煤场的稳定具有重要意义。

1 项目概况

电厂煤场为全封闭气膜煤场，采用PDVF膜材实现气膜全封闭，长330m、宽124.7m、高45m，气膜煤场共设计有2个汽车门、4个旋转门、8个应急门，正常运行时需维持膜内外差压在250Pa左右，最大膜内外差压力小于550Pa。共设计有20台风机向膜内充气，维持气膜煤场稳定，其中#1、#2为变频风机，#3～#20为工频风机，气膜煤场充气成功后，由变频风机调节膜内压力稳定在250Pa。

气膜煤场充气成功后，需多台风机持续运行维持气膜内外差压稳定，考虑到气膜风机电源配置的可靠性，20台风机的电源分3组分别从不同电源点取电，其中#1、#5、#11、#13、#17、#18、#19、#7风机电源取自输煤MCC A段，#2、#4、#8、#10、#12、#14、#16、#6风机电源取自输煤MCC B段，#3、#9、#15、#20风机电源取自保安段。保证任何两路电源失电，均能满足4台风机运行。

2 控制逻辑设计

2.1 气膜压差控制

为确保气膜内外差压控制稳定，共配置了3个压差传感器，用于检测气膜内外差压，3个压差传感器经过三取中后，确保压差信号稳定可靠，作为PID调节器的输入，通过变频风机调节气膜内压差衡定。

2.2 气膜内环境控制

气膜煤场内存储了大量的燃煤，上煤和卸煤期间会产生大量的粉尘，同时煤场内煤堆内会挥发出CO、瓦斯等有毒气体，尤其是在夏天有毒气体的溶度可能更高，这将严重危害在气膜巡检及工作人员。为了有效检测气膜内部有毒有害气体浓度，气膜煤场共设计了12个CO传感器、12瓦斯浓度传感器、12个粉尘浓度传感器，用于检测气膜煤场内环境，并在逻辑设计了粉尘浓度高联动与其距离最近的射雾器降低煤场内粉尘浓度，减少粉尘对作业人员造成危害[1-2]。

2.3 气膜煤场设备连锁及自动控制

为统筹安排气膜风机运行均衡，气膜安全智能化设计考虑了20台气膜风机的轮换控制，对每一台风机的运行时间都进行累计计算，当一台风机故障跳闸时，将联锁启动非跳闸风机MCC段运行时间最短的风机，以确保每台风机运行时间均衡[3-4]。

2.3.1 保安风机

保安段的#3、#9、#15、#20风机采用上位机手动运行，两用两备，联锁状态下#3与#9保安风机互为联锁热备，#15与#20保安风机互为联锁热备。

2.3.2 变频、工频风机

启动控制逻辑。自动模式投入&主控变频风机频率＞48Hz&且气膜压差平均值＜设定值20Pa时，DCS控制系统会延时90S启动一台运行时间最短的工频风机（系统自动进行时间比较）；若工频风机启动后变频风机频率仍＞48Hz且气膜压差＜设定值20Pa，继续启动运行时间最短的工频风机，直至压差达到设定值-20Pa以内。

停运控制逻辑。自动模式投入&主控变频风机频率＜35Hz且气膜压差＞设定值30Pa时，DCS控制系统会延时90S停运一台运行时间最长的工频风机（系统自动进行时间比较）；若工频风机停运后主控变频风机频率仍旧＜35Hz且气膜压差＞设定值30Pa，继续停运运行时间最长的工频风机，直至压差达到设定值+30Pa以内。

2.3.3 气膜压差一级报警

压差低一级报警。气膜压差＜设定值-50Pa时，DCS控制系统报警窗提示“气膜压差一级报警”，在气膜压差低一级报警时不允许开排风阀、停运风机；压差高一级报警。气膜压差＞设定值+50Pa时，DCS控制系统报警提示“气膜压差一级报警”，在气膜压差高一级报警时不允许关排风阀、启动风机。

2.3.4 气膜压差二级报警

气膜压差低二级报警。当气膜压差＜200Pa时触发气膜压差低二级报警，在气膜煤场DCS控制系统报警提示“气膜压差二级报警”，DCS控制系统保护逻辑动作，强制关闭所有排风阀，延时10s启动一台工频风机直至气膜压差恢复到250Pa以上；气膜压差高二级报警。当气膜压差高于550Pa时触发气膜压差高二级报警，此时气膜煤场DCS控制系统报警提示“气膜压差二级报警”，DCS控制系统保护逻辑动作，强制打开所有水平排风阀，延时10s停运一台工频风机直至气膜压差恢复到450Pa以下。

2.3.5 其他说明

气膜压力自动调节，需实现两台变频风机间无扰切换，当一台变频分机跳闸时，另一台变频风机联锁启动，并自动跟踪跳闸风机频率指令；气膜压差信号为：三个压力信号三取中；优先级：压差调节优先级最高，各传感器浓度联来排风阀优先级其次。

2.4 风速联动排风阀及风机控制逻辑

气膜压差自动模式下气膜压差根据风速进行自动选择，如表1所示。

表1 风速联动排风阀及风机控制逻辑

2.5 风机启停控制逻辑

保安段：4台保安风机正常运行时两用两备；工作段：16台风机，2台变频风机正常运行一台，另一台联锁热备。参与自动控制的14台工频风机，MCCA段为主段，当需要启动奇数台时，A段风机优先，启动偶数台时先启A段、再启B段风机，依次交替进行；根据控制逻辑每次启动运行时间最短风机、每次停运行时间最长风机（系统自动进行时间比较）；风机运行达到轮换时间可设（暂定15天）时，先启非本段风机，再停该风机。

3 气膜煤场运行

3.1 运行参数设置及报警信息

气膜煤场运行参数设置及报警信息详见表2。

3.2 运行效果分析

根据表2中参数设置，经过气膜煤场调试，气膜运行稳定，图1为气膜运行图。

表2 气膜煤场运行参数设置及报警信息

图1 气膜运行图

经济效益：气膜项目最大的特点是跨度大，可以实现数百米大跨度，不需要钢结构立柱及钢结构梁等任何支撑结构，造价低廉。因此本项目建设成本为传统煤棚的40%左右；项目建设周期短，所有的分项工程都可以在工厂内完成生产加工，在现场仅完成安装即可，对现场在运行的生产设备影响时间短；膜材具有无污染及可回收性，索体也可以进行回收再利用，节约了资源的使用。

社会效益：大跨度气膜提供了超大型的独立密闭空间，真正实现煤场全封闭，防止煤粉扬尘扩散，有效减少燃煤流失，提高燃煤利用率，提高煤场设备运行的安全可靠性，避免了对周边环境的污染[5]。

4 结语

大跨度气膜采用智能控制系统，在不同外部条件下通过内压调整达到索膜体系的安全性，根据每个工作特征进行优化从而使气膜在节能的状态下工作，有效降低气膜使用时的能耗。气膜煤场安全智能化逻辑设计需考虑在不同风速情况下气膜内外差压恒定、气膜内环境控制（包括气膜煤场内粉尘浓度、CO气体浓度、甲烷溶度）、风机自动轮换等功能。项目完成后可以确保气膜煤场设备控制稳定，提出了一种全新的控制逻辑，可为气膜建筑控制提供借鉴与参考。

大跨度气膜的研发利用，响应国家绿色发展保护环境的号召，改变了热电厂整体的环境和形象，为企业自身环保绿色节能减排的发展方向夯实基础，保驾护航。