《自动化博览》

   活动链接：2013年控制网行业专题---节能增效 电力新发展

  摘要：本文介绍了西门子S7-200PLC在电厂锅炉脉冲吹灰器控制系统中的应用。系统解决了脉冲吹灰器常规操作办法存在随意性、浪费吹灰气源等问题，并可根据锅炉主蒸汽温度及排烟温度的变化量的多少来判断吹灰器运行的最佳时间及次数，从而规范了吹灰频率，降低了积灰概率并节约吹灰气源。

    关键词：脉冲吹灰器；工艺；原理；自动化控制

    1 引言

   目前我国每年消耗燃煤在17亿吨以上，其中电站锅炉消耗25%左右。我国大部分锅炉煤炭利用率一般低于85%，比设计效率低10个百分点，部分锅炉甚至在30%左右的效率下运行，而先进国家的燃煤工业锅炉运行效率平均为85~90%。采用吹灰系统一般可以提高运行效率1~3%，为国家节能环保做出应有的贡献。

    笔者通过近几年针对火力发电厂锅炉尾部烟道积灰对锅炉主蒸汽温度及排烟温度、炉膛负压影响的研究，以某电厂1台75T循环流化床锅炉为例，就如何进行锅炉尾部烟道积灰自动吹扫从自动控制角度提出了切合实际的案例。

   2 脉冲吹灰器控制系统概述

    脉冲吹灰器是按一定比例混合后的可燃气在特定的容器内通过一端连接点火装置的点火器点火产生爆燃，产生强烈的压缩冲击波（即爆燃波）并通过喷口释放，通过释放出来的压缩冲击波对受热面上的灰垢产生强烈的“先冲压后吸拉”的交变冲击作用而实现吹灰。爆燃罐通过喷口发射出的爆燃波有两个：首先是爆燃罐内由于爆燃造成的压力骤增而产生的热爆冲击波，而后紧跟着的则是在喷口处由压力骤降造成的物理弱爆而产生的压缩冲击波，两道冲击波之间的间隔只有8~12ms，所以吹灰效果更佳。图1所示是在喷口背后1米处实测出的双冲击波的波形图谱。

    锅炉积灰的形成不是一瞬间完成的，而是随时间推移，并与锅炉负荷大小，炉膛负压高低以及燃料燃烧的程度有关。一旦积灰形成必须短时间内及时吹灰，否则随着时间的推移，在高温下这些疏散的干灰遇到高湿空气会凝结成板块，对以后的吹灰造成困难。因此，一旦发生积灰，反映到排烟温度上会使排烟温度明显升高，主蒸汽温度也会相应的降低，因此当排烟温度发生变化时，在变化量超过4℃时在PLC控制程序中判断为吹灰运行开始。当吹灰结束后，在120秒内根据在线监测的排烟温度实时值如果没有降低到期望值则继续运行吹灰器，直到达到目标值为止。
   
                   
                               图1   双冲击波的波形图谱

    3 工艺要求

    （1）锅炉吹灰工艺规范：锅炉负荷在70%以上时，方可进行吹灰操作，否则会对炉膛压力产生波动，影响锅炉正常运行。

    （2）脉冲吹灰器工作状态： 清扫状态、充气状态、爆燃状态。清扫状态，通过开启空气电磁阀引入高压压缩空气，压缩空气会将上次爆燃产生的未完全燃烧的乙炔清扫干净，还会将部分火花降温至熄灭状态，保证下次充入乙炔时不会自燃。充气状态，通过开启乙炔电磁阀将乙炔气引入混合装置由混合装置对高压空气和乙炔气进行充分的混合，在乙炔电磁阀开启时必须保证空气电磁阀一直开启并有空气通过，可以通过流量计在线监测空气和乙炔的流量来判断是否有供气不足的现象，避免哑炮的产生。爆燃状态，当乙炔和空气混合气充满整个容器时，乙炔电磁阀关闭，避免回火，点火装置启动，混合气在瞬间发生爆燃。

    （3）吹灰器布点要求：

    根据每层受热面积灰情况布置吹灰点，一般布置在受热面上方，并且顺着烟气流向进行吹灰，这样有利于吹灰后灰尘很快被收集到除尘装置，避免二次积灰。一般设置的吹灰点成对出现，并且两个喷口在同一直线上，分别布置在前后炉墙或左右炉墙。这样有利于消除吹灰死角。

    （4）仪表控制要求：空气电磁阀控制空气路的通断。乙炔电磁阀控制乙炔路的通断。点火装置控制点火器通断。温度检测装置检测尾部烟道温度及主蒸汽温度。流量检测装置检测空气流量及乙炔流量。工控机及显示器作为人机界面，显示各个控制状态及各仪表参数的显示和调整。西门子S7-200PLC控制器作为整个系统的中央控制单元，负责整个逻辑的运算判断，及各控制设备的开关量控制及外部各开关量及模拟量的输入输出。

    各仪表参数：

    排烟温度：排烟温度控制在150摄氏度。

    空气流量：空气流量控制在80L/min。

    乙炔流量：乙炔流量控制在20L/min。

    吹扫时间：即开启空气电磁阀，引入高压空气进行吹扫。

    充气时间：即乙炔电磁阀开启时间，引入可燃气与空气充分混合。

   4 控制系统方案

    （1）系统流程图
     
                           
                                    图2   系统流程图

    控制流程文字说明见表1。
  
                

    点火结束预示吹灰次数增加一次。如果点火次数等于设定次数则吹灰结束，如果小于设定次数则继续吹扫进入下一轮循环。在吹灰次数等于设定次数时，实时排烟温度和设定排烟温度在PLC程序中作比较，如果实时排烟温度小于等于设定排烟温度则停止吹灰，如果实时排烟温度大于设定排烟温度则继续进入下一轮吹灰循环。

    （2）控制结构图

    控制系统结构简单被控设备主要有三个：空气电磁阀，乙炔电磁阀，点火装置。
       
                     
                              图3    控制结构图

    控制设备主要是西门子S7-200系列PLC，配置工控机及液晶演示器。控制系统通讯协议采用西门子PPI通讯协议，借助于PPL标准通讯电缆，电缆通过工控机COM口与PLC进行通讯。组态软件选用紫金桥组态软件，通过组态画面可以直观地观察现场设备的运行状态及各仪表参数。并且通过组态软件可以控制设备启停，及修改各控制参数。

    （3）控制系统主界面

    主画面设有强制启动、停止按钮，排烟温度实时显示及乙炔压力检测、电磁阀工作状态显示，以及实时显示现场故障报警信息。

    （4）控制系统参数修改界面图

                    
                                 图4 控制系统主界面 

    还可以根据实际使用情况对系统的参数进行调整，以便达到最佳效益。
  
                     
                                 图5 控制系统参数设定界面

    5 控制逻辑梯形图

    （1）启动控制
  
                   
                                 图6     启动控制逻辑梯形图

    （2）排烟温度采集
  
                   
                              图7    排烟温度采集控制逻辑梯形图

    （3）逻辑输出
  
                       
                                图8    逻辑输出梯形图

    6 结束语

    通过添加系统启动条件，将现场锅炉排烟温度和系统启动时间有机结合，使控制系统更加人性化，更趋于合理，使吹灰系统最大的发挥作用，同时节约了能源，该系统特别适用于当今大中小型电厂。节能环保一直是国家积极倡导的主题，那么通过对吹灰系统自动控制的不断改进，不但有效的节约了煤炭的用量，而且降低了二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放。

    参考文献

    [1]西门子（中国）有限公司.SIEMENS S7-200可编程控制器手册.2002

    [2]亚控公司.组态王6.53使用手册

    丁晓东（1979-）

     男，山东临沂人，本科，2002年毕业于中国计量学院，助教，现就职于枣庄职业学院，从事PLC控制方面的教学研究工作。   

   摘自《自动化博览》2012年第一期