1、引言
     隨著300MW及以上容量機(jī)組的大量投產(chǎn)，提高鍋爐的熱效率，降低發(fā)電煤耗始終是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。鍋爐蒸汽吹灰系統(tǒng)做為有效清除鍋爐受熱面積灰，提高鍋爐熱效率的重要設(shè)備已得到了廣泛應(yīng)用。大壩電廠4臺300MW機(jī)組鍋爐均配備了吹灰系統(tǒng)，近年來，由于吹灰程控系統(tǒng)故障頻繁，吹灰蒸汽壓力、溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)差，造成燒壞吹灰器．甚至因吹灰器故障吹破鍋爐水冷壁造成機(jī)組停運(yùn)的事故屢有發(fā)生，究其原因主要是控制系統(tǒng)不可靠。因此，需對鍋爐吹灰控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以提高其可靠性和自動化程度。
2、吹灰系統(tǒng)概述
    該廠4臺機(jī)組的鍋爐均采用北京巴布科克威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的B&WB-1025/18.3-M型鍋爐，每臺爐配備湖北戴門德公司生產(chǎn)的蒸汽吹灰器66臺，吹灰蒸汽及疏水管路系統(tǒng)1套，控制系統(tǒng)主要由吹灰蒸汽壓力、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（或稱減溫減壓站）和蒸汽吹灰器及吹灰蒸汽閥門組程控裝置兩部分組成。吹灰蒸汽、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用基地式調(diào)節(jié)儀。吹灰器及吹灰蒸汽、疏水閥門組控制系統(tǒng)主要采用繼電器控制，并配備5個(gè)動力柜用于實(shí)現(xiàn)自動控制。操作系統(tǒng)采用立盤控制按鈕操作，指示燈方式顯示。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
3、吹灰控制系統(tǒng)的工作原理
3.1吹灰器程序控制系統(tǒng)工作原理
    每臺爐的66臺蒸汽吹灰器主要分南北兩側(cè)按單、雙號對稱布置，采用一支單號槍和一支與之對稱的雙號槍為一組對吹的方式。吹灰時(shí)，從第—組開始，槍從兩側(cè)同時(shí)進(jìn)入爐膛對吹，吹完第一組后，自動啟動第二組，以次類推，直到程序執(zhí)行完畢�，F(xiàn)以．1灰槍的控制原理進(jìn)行介紹，其它吹灰器的控制與此相同。單支吹灰器控制原理圖如圖1所示。
  系統(tǒng)送電后，當(dāng)吹灰條件滿足時(shí)，由運(yùn)行人員按吹灰控制柜啟動按鈕，此按鈕接點(diǎn)送PLC后，啟動吹灰程序，PLC按事先編制好的程序，輸出5秒的脈沖指令使1RIWC繼電器帶電．1RIWC的輔助接點(diǎn)閉合，WLFEXT交流接觸器帶電，將380VAC交流電送至吹灰器控制電動機(jī)使其正轉(zhuǎn)，吹灰器開始前進(jìn)．5秒鐘內(nèi)，吹灰器離開后限行程開關(guān)，1RIWC繼電器自保持，當(dāng)?shù)竭_(dá)前限時(shí)，前限行程開關(guān)LSF-IR1接點(diǎn)閉合，WLFOS繼電器帶電，其常用接點(diǎn)WLFOS斷開．使吹灰器前進(jìn)交流接觸器WLFEXT失電，吹灰器停止前進(jìn)，同時(shí)，ⅥrLFRET交流接觸器帶電，電機(jī)反轉(zhuǎn)，使吹灰器后退，當(dāng)退至后限行程開關(guān)時(shí)，LSR-IR1常閉接點(diǎn)斷開，1RIWC繼電器失電，#1吹灰器吹灰結(jié)束，程序自動啟動下一組吹灰器運(yùn)行。
3.2歡灰蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理
    吹灰蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要采用基地式調(diào)節(jié)儀（以下簡稱基調(diào)）調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)所引用的信號均為壓力信號。當(dāng)吹灰器投運(yùn)時(shí)，蒸汽閥打開，來自鍋爐再熱蒸汽壓力P迅速下降，與壓力給定值g產(chǎn)生一個(gè)偏差信號e，此偏差信號送入PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)過比例放大和積分處理后，輸出—個(gè)調(diào)節(jié)信號，經(jīng)過閥門定位器使調(diào)節(jié)閥開啟，此時(shí)吹灰蒸汽壓力迅速上升，當(dāng)上升到一定壓力后，蒸汽壓力P反饋與蒸汽壓力給定值進(jìn)行加、減運(yùn)算后，使偏差信號e減小，PI調(diào)節(jié)器輸出信號下降，調(diào)節(jié)閥開度減小，吹灰蒸汽壓力下降，最終使蒸汽壓力達(dá)到給定值．保持系統(tǒng)穩(wěn)定，并通過積分作用消除調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。PI調(diào)節(jié)器的比例放大倍數(shù)和積分時(shí)間一般通過現(xiàn)場“試驗(yàn)法”確定。吹灰蒸汽壓力、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)及原理如圖2所示。
3.3吹灰蒸汽溫度調(diào)節(jié)原理
    吹灰蒸汽溫度調(diào)節(jié)與壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理基本相同，只是將蒸汽溫度信號通過電，氣轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換成氣壓信號與給定值進(jìn)行比較。
4、原吹灰系統(tǒng)存在的問題
    (1)該系統(tǒng)自投運(yùn)以來，由于主要采用繼電器控制，外部回路接線復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生電源接地或短路現(xiàn)象，控制系統(tǒng)故障頻繁。尤其是因行程開關(guān)故障使吹灰器停留在爐膛中不能及時(shí)地發(fā)出報(bào)警信號，造成燒壞吹灰器、吹破鍋爐水冷壁的事故屢有發(fā)生，對系統(tǒng)的安全運(yùn)行極為不利。
    (2)吹灰蒸汽溫度壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于采用基地式溫度調(diào)節(jié)儀，安裝位置在鍋爐頂部，環(huán)境溫度很高，很容易造成內(nèi)部部件老化故障，且基地式調(diào)節(jié)儀主要采用機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，機(jī)械死區(qū)大，回差大，調(diào)節(jié)品質(zhì)很差，無法滿足吹灰時(shí)蒸汽壓力大范圍快速波動的對象特性，使吹灰蒸汽溫度自動控制無法正常投入。由于長期吹灰蒸汽溫度失控，頻繁的溫度波動使管道金屬過度疲勞，產(chǎn)生蠕變變形，甚至產(chǎn)生爆管現(xiàn)象，嚴(yán)重影響吹灰系統(tǒng)的正常投運(yùn)。其次，過高的設(shè)備故障率，大大增加了檢修人員的勞動強(qiáng)度。
5、吹灰系統(tǒng)改進(jìn)方案
    針對原吹灰系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合該廠實(shí)際情況，有2種方案供選擇：
    方案1：對原PLC進(jìn)行改型，增加l臺上位機(jī)，利用上位計(jì)算機(jī)通過PLrC實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場吹灰系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。
    方案2：因目前的300MW機(jī)組熱控系統(tǒng)均采用DCS系統(tǒng)，該廠4臺機(jī)組均使用了上海新華控制工程有限公司生產(chǎn)的XDPS400分散控制系統(tǒng)，可適當(dāng)增加部分硬件配置，實(shí)現(xiàn)對鍋爐吹灰系統(tǒng)的改進(jìn)。
6、方案1和方案2的優(yōu)、缺點(diǎn)比較
    方案1：采用PLC控制，增加上位計(jì)算機(jī)，外部回路保持原狀，雖然可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控，但仍然無法解決外部回路接線復(fù)雜的問題，外部聯(lián)鎖回路仍然采用220VAC交流電源，必然會經(jīng)常發(fā)生電源接地或短路現(xiàn)象，容易造成控制系統(tǒng)故障。由于吹灰系統(tǒng)龐大，PLC程序設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。同時(shí)，原PLC無法實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的存儲追憶和打印，給故障查尋和事故分析造成很大困難。且吹灰蒸汽溫度壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)如果采用PLC中的PID比例、積分、微分控制，不但實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜，而且其功能也無法滿足現(xiàn)場控制要求�；騼H將吹灰蒸汽溫度壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)改人DCS系統(tǒng)，同樣需增加DCS系統(tǒng)硬件配置。
    方案2：采用XDPS400分散控制系統(tǒng)控制，由于采用模塊化組態(tài)，簡單易懂，所有吹灰器的外部控制回路全部一致。現(xiàn)場信號回路電壓為24XDC．使控制系統(tǒng)大大簡化。還可以通過熱控系統(tǒng)已采用的XDPS400系統(tǒng)使鍋爐吹灰系統(tǒng)直接與廠MIS網(wǎng)通訊，在集控室進(jìn)行操作。并可以使吹灰系統(tǒng)操作員站具備熱控DCS升散控制系統(tǒng)一樣的功能，在機(jī)組異常情況下，可以參與熱控系統(tǒng)的操作調(diào)節(jié)，將大大方便運(yùn)行人員的操作調(diào)整和事故處理。改進(jìn)費(fèi)用與采用PLC升級改進(jìn)差別不大。綜上所述，在熱控系統(tǒng)采用XDPS400系統(tǒng)的發(fā)電廠，從安全經(jīng)濟(jì)的角度考慮，采用方案2更為有利。采用XDPS400分散控制系統(tǒng)連接示意圖如圖3所示。
    采用XDPS400分散控制系統(tǒng)后，動力柜仍然使用原動力柜，只是將外部控制回路簡化（本文后面詳述）�，F(xiàn)場吹灰器及閥門控制電纜經(jīng)過在吹灰器運(yùn)行時(shí)的交流感應(yīng)電壓測試和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，因吹灰器電機(jī)均在2kW以下，可以將吹灰器進(jìn)、退到位的行程開關(guān)反饋信號與電機(jī)電源使用一根控制電纜，故不需要再單獨(dú)鋪設(shè)信號電纜。
7、采用XDPS400分散控制系統(tǒng)后控制過程的實(shí)現(xiàn)
7.1吹灰器自動控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
7.1.1全局點(diǎn)目錄的建立原則
    根據(jù)原吹灰系統(tǒng)的I/O點(diǎn)、中間引用點(diǎn)定義好全局點(diǎn)目錄，如果要和熱控DCS系統(tǒng)的XDPS400系統(tǒng)進(jìn)行通訊，使吹灰和熱控系統(tǒng)的操作員站具有相同的級別和功能，全局點(diǎn)目錄必須與XDPS400系統(tǒng)共用。
7.1.2 DPU組態(tài)設(shè)計(jì)
     根據(jù)圖1．采用XDPS400組態(tài)軟件中的組態(tài)功能塊，可大大簡化吹灰器控制組態(tài)。單支吹灰器控制梯形圖改為XDPS400的組態(tài)如圖4所示。當(dāng)運(yùn)行人員發(fā)出啟動指令后．STEP功能塊的STEP1即發(fā)出啟動吹灰器指令使圖5中的QJ交流接觸器帶電，吹灰器前進(jìn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)前限時(shí)，前限行程開關(guān)接點(diǎn)閉合，將“前進(jìn)到位”反饋信號送至SETP功能塊的FBI輸入口，SEIP功能塊的STEP2即發(fā)出后退吹灰器指令使圖5中的HT交流接觸器帶電，吹灰器后退。當(dāng)?shù)竭_(dá)后限時(shí)，后限行程開關(guān)接點(diǎn)閉合，將“后退到位”反饋信號送至SETP功能塊的FB2輸入口，SETP功能塊的STEP3輸出啟動下一組吹灰器指令。當(dāng)吹灰器故障（任何一步反饋信號超時(shí)）或運(yùn)行人員發(fā)出停指令及程序復(fù)位指令時(shí)，吹灰器后退。
    改進(jìn)后單支吹灰器外部接線原理圖如圖5所示。從圖5與圖1比較看，按方案2改進(jìn)后，外部接線回路大大簡化。
7.2改進(jìn)后吹灰蒸汽溫度、壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組態(tài)
    改進(jìn)前，吹灰蒸汽溫度、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用了基地式調(diào)節(jié)儀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因環(huán)境溫度高，造成調(diào)節(jié)故障頻繁。將吹灰系統(tǒng)改入DCS系統(tǒng)后取代基地式調(diào)節(jié)儀，不但提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，而且方便了運(yùn)行人員監(jiān)控。其控制組態(tài)設(shè)計(jì)如圖6所示。
8、改進(jìn)后吹灰蒸汽壓力、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理
8.1壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理
  吹灰蒸汽壓力與設(shè)定值通過ADD多功能加法塊比較后，形成的偏差信號引入F(X)函數(shù)塊，經(jīng)過一個(gè)“調(diào)節(jié)死區(qū)”（可以避免調(diào)門頻繁動作），進(jìn)入PID調(diào)節(jié)模塊。因吹灰系統(tǒng)蒸汽壓力的變化比較快，當(dāng)鍋爐吹灰結(jié)束后，就停止向吹灰器供汽，此調(diào)節(jié)系統(tǒng)也停止工作。所以在PID調(diào)節(jié)模塊中只使用了比例作用．比例調(diào)節(jié)器的輸出進(jìn)入S/MA手動操作站（該操作站是做在操作員站上的操作畫面中的一個(gè)“軟操作站”，通過對操作站進(jìn)行MMI和DPU畫面動態(tài)連接實(shí)現(xiàn)的）．經(jīng)過操作員站輸出一個(gè)4mA～20mA信號控制壓力調(diào)節(jié)閥的開度，實(shí)現(xiàn)蒸汽壓力的調(diào)節(jié)。同時(shí)，吹灰蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥的指令和閥位經(jīng)過一個(gè)ADD多功能加法塊比較后形成一個(gè)偏差送人HLAnn塊進(jìn)行判斷，當(dāng)此偏差超過設(shè)定值，則通過S/MA手操站將壓力調(diào)節(jié)切為手動調(diào)節(jié)，由運(yùn)行人員直接通過畫面操作站進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)S/MA站的輸出引入比例調(diào)節(jié)器的TR端，使調(diào)節(jié)器跟蹤S/MA站的輸出，這樣就保證了手動，自動的無擾動切換。
8.2溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理
    溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理與壓力調(diào)節(jié)類似，只是在F(X)塊后增加了—個(gè)ADD多功能加法塊，將壓力調(diào)節(jié)閥的閥位與溫度偏差進(jìn)行運(yùn)算，目的就是將壓力調(diào)節(jié)閥的閥位作為溫度調(diào)節(jié)的—個(gè)前饋信號，當(dāng)壓力調(diào)節(jié)閥開啟或翔時(shí)，提前開啟或關(guān)閉激調(diào)節(jié)閥，達(dá)到快速調(diào)節(jié)溫度的目的。
9、結(jié)論
    按方案2對吹灰系統(tǒng)的改進(jìn)后，解決了原吹灰系統(tǒng)存在的問題，有效地降低了吹灰系統(tǒng)的故障率，尤其是完善了吹灰器故障報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)追憶功能．并且操作員站具備與熱控系統(tǒng)XDPS操作員站同樣的功能，方便了運(yùn)行人員的操作調(diào)整。在很大程度上避免了吹灰器故障造成燒壞吹灰器、刺破鍋爐水冷壁的事故發(fā)生，大大提高了鍋爐吹灰系統(tǒng)的可靠性和自動化程度。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。