電廠氣力除灰系統的PLC控制

1 引言

燃煤電廠在我國電力工業的發展中起著很大的作用，其發電量占我國總發電量的80％以上。但是它在為我們提供充足電力的同時，也污染破壞環境，發電廠在發電過程中，將產生大量的工業廢棄物（飛灰或粉煤灰）。為了保證鍋爐系統的安全運行，同時為了保護環境，必須及時將這些粉煤灰清除運走，并將廢物綜合利用。目前廣泛采用氣力除灰系統，并且對燃煤電廠提出了提高除塵效率和粉煤灰綜合利用的要求。而在實際運行中，輸灰系統運行的穩定可靠性欠佳，運行故障發生的原因及部位也多種多樣，造成除塵效率下降、氣力輸灰系統停運，使煙塵排放超標，灰水污染環境，影響電廠的正常生產。

2 電廠氣力輸送技術的發展

氣力輸送是以壓縮空氣（或其它氣體）為載體，與粉粒狀物料在一定混合比的情況下，在密閉管道內通過氣力由一處送往另一處的輸送方式。氣力除灰系統的主要任務是以倉泵為發送器，以壓縮空氣作動力，沿除灰管道將電除塵器搜集的飛灰干法送至灰庫，然后把灰庫里的干灰用車裝運，或者攪拌成濕灰用汽車外運。

20世紀20年代，氣力輸送技術開始應用于燃煤電廠，主要用于除塵器底部粉煤灰的輸送，并以蒸汽抽氣器作為氣源設備。50年代中期，國內少數電廠也開始采用蒸汽抽氣式負壓氣力輸送系統。這種系統的缺點式出力較低輸送距離較短，設備磨損嚴重，蒸汽耗量大，系統運行的安全性和經濟型均較差，一般僅限用于中小電廠。60年代以后，泵倉正壓輸送技術開始在國內得到應用。進入80年代以后，許多電廠相繼自發達國家引進了各種類型的先進除灰設備及其相關技術，進一步促進了國內電廠粉煤灰氣力輸送技術的發展。懸浮式輸送技術以從單一的吸送式發展到壓送式以及吸－壓聯合式，栓塞式輸送技術也已在國內燃煤電廠中獲得成功運用。作為氣力輸送技術理論基礎的氣固兩相流的理論研究及輸送系統的設計計算方法也不斷得到完善。同時，由于制造技術和材料工程的飛躍發展，控制技術和傳感技術的長足進步，氣力輸送系統的輸送距離、輸送濃度、系統出力和設備制造工藝及自動化管理水平得到了較大提高，從而提高了系統的可靠性和工程的經濟性。

電除塵器在國內燃煤電廠大面積推廣應用始于70年代，對于粉煤灰的綜合利用具有不可替代的三大優勢：干式收塵，使粉煤灰得以保持原有的良好活性；收塵效率高可以最大幅度地將利用價值最高的細微塵粒收集下來；自身的多電場收塵結構具有對干灰進行粒徑分級的特點可以實現粗、中、細灰分除、分儲和分用。

　 隨著我國可持續發展戰略的實施和環境保護、粉煤灰綜合利用的發展，燃煤電廠氣力除灰技術的應用前景將會越來越好。

3 除灰工藝自動化原理設計

　 氣力除灰系統以倉泵為發送器，以壓縮空氣作動力，沿除灰管道將電除塵器搜集的飛灰干法送至灰庫，整個過程以密封管道的形式輸送。系統設有專用空氣壓縮機作為干灰輸送動力并兼作控制氣源，在系統末端設有儲存粗灰、細灰的干灰庫。其中電除塵器中一、二電場的灰是粗灰，三、四電場的灰是細灰。正常情況下，三、四電場的飛灰只能送進細灰庫，一、二電場的粗灰只送進粗灰庫。當細灰庫出現故障時，細灰可以送到粗灰庫里。

　 系統設計的除灰系統包括除塵器下的灰斗、灰庫及其附屬設備、空壓機、灰儲罐、輸送設備、管道、倉泵、閥門等。輸灰管道上接電除塵系統并通向除塵器，經除塵器過濾后細灰粉進入干灰庫。在灰斗裝置處通過電氣三通電動門可以控制采用干除灰處理方式或者水除灰處理方式，料位計用于對干灰庫中干灰粉儲存量進行監測。當灰斗內的干灰粉到達不同位置時，灰粉發出的天然的β射線照射到探測器的強度是不一樣的。由探測器測到的射線強度的不同來判斷干灰粉的位置。干灰經灰斗排出后通過進料閥進入倉泵，從出料閥排出，最終排往灰儲罐得以收集和再利用。

　干除灰自動控制系統中，plc可根據料位計傳輸過來的灰粉位置信號（高、正常、低）和倉泵上方的電接點壓力表指示壓力值信號，采取相應的處理。當料位計指示高料位，系統開進料閥，關出料閥、進氣閥、助吹閥、帶濾膜電磁閥，干灰將從灰斗卸放到倉泵進行轉儲；隨著倉泵不斷儲灰，倉泵內部壓力逐漸升高，當壓力超過定值i，其上方電接點壓力表電接點接通，上位機顯示畫面中電接點壓力表圖符顯示紅色，此時控制系統將關閉進料閥，電氣三通電動門關閉干除灰入口，停止干除灰。之后系統打開出料閥，開帶濾膜電磁閥、助吹閥、進氣閥并啟動空壓機，在空氣壓力下倉泵內部干灰經過灰管輸往灰儲罐。在此期間，倉泵內部壓力繼續升高，當壓力超過定值ii，系統將停運空壓機，然后自動關閉進氣閥，助吹閥，帶濾膜電磁閥。此后一段時間，倉泵內部干灰逐漸減少，壓力下降，當壓力低于定值i時，電接點壓力表電接點斷開，系統顯示畫面中顯示為綠色，此時系統將自動關閉出料閥，開啟進料閥，開啟電氣三通電動門重新進入干除灰處理過程。干除灰系統框圖如圖1所示。

圖1 干除灰系統框圖

4 除灰系統的plc控制設計

　 根據系統功能的需要，并對系統可靠性進行考慮，選用西門子s7-200系列plc對輸灰進行控制。s7-200plc提供了多種功能，使編成控制更加靈活方便；具有擴展模塊，易于系統擴展；內部集成的ppi接口為用戶提供了強大的通信功能，實現上位機pc和plc的通信，上位機可以實現編程，還可以監視程序的運行。

圖2 plc控制系統結構圖

　 4.1 模塊化軟件設計

　 傳統編程模式以線性的或順序的方式執行每條指令，設計的程序不容易閱讀，也不易驗證其正確性。本系統設計方法注重軟件設計的模塊結構和層次化特點，在設計程序前，要在總體上對軟件的組成與模塊結構進行分析和設計，程序在設計時進行自頂而下的逐步細化，這對于控制結構和功能比較復雜的系統更容易實現控制。控制系統結構如圖2所示。

　 系統具有手動控制和自動控制功能，上位機可以實現對輸灰系統的監控。

　 4.2 用戶軟件功能設計

?。?）程控部分主要功能：

定時程控除灰： plc根據料位計傳輸過來的灰粉位置信號（高、正常、低）和倉泵上方的電接點壓力表指示壓力值信號，采取相應的處理措施；

高灰位優先排灰：料位計指示灰粉位置高時，plc根據中斷請求優先控制進行排灰；

程序控制自動輸灰：系統處于程控執行狀態時，由plc對干除灰系統進行自動輸灰；

遠端操作：當系統處于遠操狀態，操作人員可以在控制室進行遠端手操控制。

2）上位監控部分主要功能：

　　工藝流程圖、趨勢圖顯示：上位機可以顯示系統工藝流程圖及對倉泵壓力變化進行1小時、8小時、12小時、24小時等不同時段曲線跟蹤顯示等；

參數顯示、報警畫面顯示：當倉泵上方電接點壓力表指示偏高時，系統自動發出警告聲音，顯示紅色警告信號；當料位計監視灰斗內料位高/低時，系統發出警示信號等；

　　統計管理功能及各類報表顯示和打印：系統可以對歷史記錄情況（當班人員操作記錄、除灰次數、除灰時間、壓力曲線圖等）進行匯總、打印報表等；

生產過程事件及報警記錄：系統可以對生產過程中異常事件進行跟蹤及報警記錄；

程控系統與主廠計算機聯網：系統可以與主廠mis系統進行聯網，便于工作記錄信息登記、數據傳輸、上報等。

5 結束語

　 本文選用西門子s7-200系列plc對輸灰進行控制，在干除灰系統中采用電接點壓力表對倉泵進料/出料過程進行控制，通過設定電接點壓力i值、ii值，可以自動地控制干除灰運行，有效地避免原系統因進料/出料過程控制劃分不明顯而引起管道堵塞等問題的出現。實時監控、故障顯示記錄提高了系統控制自動化系統化程度，提高了工作效率和粉煤灰的綜合利用率。