郝濤，董建朋

(河南電力試驗(yàn)研究院，鄭州市，450052)

0 引言

火力發(fā)電廠燃煤鍋爐在運(yùn)行過程中不可避免地在爐膛水冷壁、過熱器、再熱器管路等有煙氣通流的管路表面，以及空氣預(yù)熱器通流部分換熱面等位置有大量積灰。其產(chǎn)生的不良后果是使傳熱效果下降，從而引起鍋爐換熱效率下降，經(jīng)濟(jì)性降低，嚴(yán)重時(shí)可能造成局部管路過熱損壞，發(fā)生爆管事故或引發(fā)空預(yù)器火災(zāi)［1-2］。因此，在鍋爐運(yùn)行時(shí)高效、可靠地清除管路及設(shè)備上的積灰對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要的作用。

鍋爐蒸汽吹灰系統(tǒng)使用高壓蒸汽吹灰裝置吹掃清除鍋爐設(shè)備上積存的灰塵(包括燃煤灰及燃油積垢)。不同安裝位置的吹灰器可對(duì)爐膛水冷壁管、過熱器管路區(qū)域、再熱器管路區(qū)域、尾部煙道以及空預(yù)器通流換熱面部分實(shí)施吹灰［3］。

鍋爐蒸汽吹灰系統(tǒng)的控制可用廠家配套的控制系統(tǒng)，一般為可編程邏輯控制器(programmable logical controller，PLC)或用分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)控制。其順序控制邏輯框架通常采用多個(gè)順控模塊擴(kuò)展或主順控模塊帶若干個(gè)步序模塊的方式構(gòu)成［4］。

本文探討了上述控制方式可能存在的一些不盡如人意的地方，提出了一種新型的控制邏輯框架。

1 某1 000 MW機(jī)組吹灰系統(tǒng)簡介

一般來說，隨著機(jī)組容量增大，鍋爐的規(guī)模也擴(kuò)大，安裝的吹灰器也隨之增多。以某1 000 MW發(fā)電機(jī)組燃煤鍋爐為例，該鍋爐為東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的DG-3000/26.15-Ⅱ1型超超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，單爐膛，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)。該鍋爐安裝有82臺(tái)爐膛短吹灰器，上爐膛、水平煙道和尾部煙道上部兩側(cè)墻裝設(shè)36臺(tái)長伸縮式吹灰器，省煤器的左、右兩側(cè)裝有16臺(tái)半伸縮式吹灰器，空氣預(yù)熱器布置4臺(tái)伸縮式吹灰器［5］。各類吹灰器參數(shù)見表1。

表1 某1 000 MW機(jī)組吹灰器參數(shù)Tab.1 Soot blower parameters of a 1 000 MW boiler

吹灰汽源來自末級(jí)過熱器入口集箱，經(jīng)減溫減壓站降壓后供給各路吹灰器。減溫減壓站減溫水取自再熱器減溫水?？疹A(yù)器吹灰還設(shè)有輔助汽源，來自輔汽聯(lián)箱，供機(jī)組啟動(dòng)初期空預(yù)器吹灰用。

吹灰器數(shù)量眾多，不同的吹灰器一般被分成若干組按照一定的順序啟動(dòng)運(yùn)行。吹灰過程如下:汽源開啟→開疏水電動(dòng)門→關(guān)疏水電動(dòng)門→爐膛吹灰器吹灰→水平煙道吹灰器吹灰→尾部煙道吹灰器吹灰→空氣預(yù)熱器吹灰器吹灰→汽源關(guān)閉→開疏水電動(dòng)門→結(jié)束。

2 傳統(tǒng)吹灰系統(tǒng)控制

吹灰系統(tǒng)控制傳統(tǒng)上由吹灰設(shè)備廠家提供一套控制系統(tǒng)，一般為PLC。隨著目前大型機(jī)組控制系統(tǒng)“一體化”的趨勢(shì)，越來越多的發(fā)電機(jī)組鍋爐吹灰系統(tǒng)與主機(jī)DCS一體控制，這樣設(shè)計(jì)既有利于系統(tǒng)維護(hù)，又便于運(yùn)行人員監(jiān)控設(shè)備狀況［6］。上述機(jī)組的吹灰系統(tǒng)即設(shè)計(jì)為DCS控制，分配有2對(duì)控制器，分別控制爐膛短吹灰器及長(半)伸縮吹灰器。

吹灰系統(tǒng)控制思路一般采用的是順控方式，即在DCS上按照一定的順序使用順控模塊將各個(gè)吹灰器控制塊串起來，所有的吹灰器由1個(gè)或多個(gè)順控單元控制(見圖1)。由人工或一定條件自動(dòng)觸發(fā)啟動(dòng)順控，順控啟動(dòng)后，按照順控的步序依次啟動(dòng)吹灰器。順控完成或發(fā)生故障運(yùn)作失敗后，順控停止［7］。

由圖1可以看出，使用這種傳統(tǒng)順控方式的優(yōu)點(diǎn)在于控制邏輯結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)順控的步序順序啟動(dòng)吹灰器，設(shè)備的運(yùn)行、完成狀況較為清晰，而且順控模塊控制簡單。順序邏輯也是DCS控制邏輯中常見的一種模式，在電廠控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用。

3 傳統(tǒng)吹灰控制系統(tǒng)的弊端

上述傳統(tǒng)控制邏輯的控制方式存在著一些不盡如人意的地方。順控模塊在控制的設(shè)備數(shù)量較少，特別是在1個(gè)順控模塊的步數(shù)管腳范圍之內(nèi)(各DCS廠家的順控模塊都有一定的步數(shù)限制)時(shí)，控制邏輯結(jié)構(gòu)簡單清晰［8］。當(dāng)控制設(shè)備很多時(shí)，由于單個(gè)順控模塊可以容納的步數(shù)有限，需要多個(gè)順控模塊進(jìn)行級(jí)聯(lián)(如圖1)，此時(shí)，需要將不同的順控模塊順序連接，而且通常這種連接需要多條邏輯連線，有的用來連接主模塊下發(fā)指令，有的用來與主模塊進(jìn)行狀態(tài)信息交換。這樣原本簡單的順序插入了一些無序的回環(huán)，無形中增加了邏輯結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及不確定性［9］。

圖1 傳統(tǒng)順控模塊控制結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of traditional sequence control module

從圖1所示的結(jié)構(gòu)還可以看出，使用順控模塊搭成的順控邏輯一旦成形，想要對(duì)其中某1步所控制的設(shè)備進(jìn)行修改，所涉及的改動(dòng)量將會(huì)很大。特別是需要在某2步之間插入1步，在插入點(diǎn)之后的每1步所控制的設(shè)備均要進(jìn)行修改。對(duì)于單一順控模塊構(gòu)成的簡單順控來說，這樣的修改已經(jīng)會(huì)讓維護(hù)人員感覺到棘手。而對(duì)吹灰系統(tǒng)這樣龐大的控制邏輯來說，如果發(fā)生這樣的情況，無論是在基建調(diào)試期間或是正常運(yùn)行期間都將是十分繁瑣和復(fù)雜的。

這種情況的發(fā)生在各個(gè)發(fā)電廠并不少見。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的吹灰器無法滿足工藝要求，會(huì)增減吹灰設(shè)備;或者根據(jù)工藝流程的要求，修改某些吹灰器啟動(dòng)的順序(例如爐膛兩側(cè)的吹灰器同時(shí)進(jìn)退，從上至下吹灰或沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向吹灰等)［10］。使用傳統(tǒng)的順控模塊控制方式，這種邏輯的變化量是相當(dāng)大的。再考慮到修改邏輯過程中需要格外留心避免的參數(shù)漏填、重填，邏輯連線的錯(cuò)位等情況，這樣的修改無異于很大部分的邏輯重新組態(tài)生成，客觀上對(duì)于整體工程的進(jìn)度保證以及日常維護(hù)造成了較大的麻煩。

4 序列化編碼順序控制方式

4.1 控制方式簡介

為了避免上述種種可能出現(xiàn)的情況，在某1 000 MW機(jī)組的鍋爐蒸汽吹灰系統(tǒng)上采用了一種新的控制模式——序列化編碼順序控制。

序列化編碼順序控制的思路是:將每個(gè)參與控制的設(shè)備(以吹灰器為例)編一個(gè)預(yù)先設(shè)定的編碼(可修改)，該編碼的順序來自工藝系統(tǒng)的要求。對(duì)于運(yùn)行順序靠前的吹灰器，其設(shè)備編碼較小(或靠前的較大，按序排列即可)。順序控制的主程序控制當(dāng)前需要?jiǎng)幼鞯拇祷移鞯木幋a，當(dāng)程序按照一定規(guī)則產(chǎn)生的序列碼與吹灰器的設(shè)備編碼相同時(shí)，該吹灰器自動(dòng)啟動(dòng)。

如圖2，主程序序列碼(serial code，SER_CODE)的產(chǎn)生由以下幾條邏輯構(gòu)成:

(1)程控未運(yùn)行或處于暫停狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)值很大的序列碼(stopped code，STP_CODE)，保證任何吹灰器的設(shè)備碼與之不同，程序處于停止?fàn)顟B(tài)。

(2)正常情況下，程序啟動(dòng)后，序列碼由系統(tǒng)中未運(yùn)行的吹灰器中的設(shè)備編碼排序產(chǎn)生。當(dāng)前尚未運(yùn)行的吹灰器的設(shè)備編碼按照從小到大的順序排序，最小的設(shè)備碼即為將運(yùn)行的序列碼(running code，RUN_CODE)。程序處于運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 序列碼產(chǎn)生過程Fig.2 Rules to create serialization code(SER_CODE)

吹灰器的設(shè)備編碼由人工在DCS上的吹灰器設(shè)備驅(qū)動(dòng)塊中設(shè)定，今后需要時(shí)可在組態(tài)工具中很方便地修改。

另外，該設(shè)備編碼雖然預(yù)先在邏輯中設(shè)定，但在程控運(yùn)行過程中是動(dòng)態(tài)管理的。

如圖3，在正常情況下，設(shè)備的編碼等于預(yù)先設(shè)定的數(shù)值(device code，DEV_CODE);當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)以下故障狀況時(shí)，設(shè)備的編碼被設(shè)置為一個(gè)特殊的大數(shù)值(overide code，OVR_CODE)以示非常狀態(tài):

(1)該吹灰器已完成吹灰;

(2)該吹灰器所在組未被選擇進(jìn)行吹灰;

(3)該吹灰器設(shè)備故障。

當(dāng)程控運(yùn)行序列碼(RUN_CODE)等于某支吹灰器的設(shè)備編碼(DEV_CODE)，且滿足該吹灰器運(yùn)行時(shí)所需的一些外部限制條件(工藝參數(shù)等條件)時(shí)，該支吹灰器自動(dòng)啟動(dòng)，執(zhí)行吹灰程序。

全部吹灰器的設(shè)備編碼均置于OVR_CODE時(shí)，系統(tǒng)可判斷出該狀況是正常吹灰結(jié)束還是設(shè)備故障引起的。如果是正常吹灰結(jié)束，則執(zhí)行吹灰完成后續(xù)邏輯;若是由于故障引起，則停止程序運(yùn)行，并將順控置于暫停狀態(tài)。

圖3 設(shè)備碼產(chǎn)生過程Fig.3 Rules to create device code(DEV_CODE)

由上述分析可知，采用序列化編碼順序控制方式控制吹灰系統(tǒng)，控制程序整體結(jié)構(gòu)簡單清晰，依靠簡單排序即可完成數(shù)量眾多的吹灰器設(shè)備的順控控制。如設(shè)備數(shù)量需要調(diào)整或工藝要求需要改變時(shí)，僅需調(diào)整某些吹灰器的設(shè)備編號(hào)即可改變?cè)O(shè)備控制的順序或增加、刪除設(shè)備，大大減少了邏輯的修改量。同時(shí)，因?yàn)檫壿嬓薷碾y度下降，也大幅度降低了出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致故障的可能性。

表2列出了傳統(tǒng)順控方式與序列化編碼順序控制方式在邏輯結(jié)構(gòu)、邏輯易讀性及維護(hù)難易程度方面的比較。

4.2 在某1 000 MW機(jī)組中的應(yīng)用

在上述1 000 MW超超臨界機(jī)組鍋爐蒸汽吹灰控制系統(tǒng)中，使用了序列化編碼順序控制。在邏輯調(diào)試過程中，曾多次出現(xiàn)工藝要求變化，如原先設(shè)計(jì)的過熱器區(qū)域長行程吹灰器為爐膛左、右側(cè)2支吹灰器同時(shí)對(duì)吹，實(shí)際應(yīng)用中，為保證吹灰蒸汽壓力不過多下降，改為單支運(yùn)行。組態(tài)維護(hù)人員只用了很短的時(shí)間修改了十幾支吹灰器的設(shè)備編碼就解決了問題。又如，初始設(shè)計(jì)的吹灰順序與工藝要求有部分出入，需要調(diào)整，組態(tài)維護(hù)人員很快就按要求完成了修改，為調(diào)試贏得了寶貴的時(shí)間。

表2 序列化編碼順控與傳統(tǒng)順控方式的比較Tab.2 Comparison between serialization code sequence control and normal sequence control

在該1 000 MW機(jī)組蒸汽吹灰系統(tǒng)上的應(yīng)用表明，序列化編碼順序控制邏輯可滿足各項(xiàng)工藝要求，得到了各方面的認(rèn)可。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)順序控制方式在受控設(shè)備數(shù)量較多的情況下會(huì)有一些不盡如人意之處，為此提出了一種新的控制模式——序列化順序控制方式。該控制方式程序邏輯清晰明朗，維護(hù)簡單，可有效地降低邏輯維護(hù)的數(shù)量和難度;使用范圍廣泛，能應(yīng)用于大多數(shù)工藝要求的控制流程，特別適用于受控設(shè)備較多的情況。在某1 000 MW機(jī)組的鍋爐吹灰系統(tǒng)上使用效果良好。該控制方式可為同類工藝要求的控制系統(tǒng)提供參考。

［1］周強(qiáng)泰.鍋爐原理［M］.北京:中國電力出版社，2009:168-169.

［2］DL/T 435—2004電站煤粉鍋爐爐膛防爆規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2004.

［3］DL 5000—2000火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2000.

［4］吳曉洲.吹灰器控制系統(tǒng)改造［J］.華電技術(shù)，2009(1):50-52.

［5］東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司.超超臨界鍋爐控制系統(tǒng)說明［M］.德陽:東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司，2008.

［6］張洪，須文波，劉飛.吹灰器優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2004，31(5):59-61.

［7］DL/T 5175—2003火力發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國電力出版社，2003.

［8］陳裕國，談宏華.鍋爐吹灰程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，28(1):56-59.

［9］黃鶯，曹勇，崔占忠.鍋爐吹灰器使用情況及研究［J］.黑龍江電力，2003，25(2):36-38.

［10］李洪濤，董瑞信，冷成崗，等.1 000 MW 超超臨界機(jī)組鍋爐優(yōu)化吹灰試驗(yàn)研究［J］. 電力建設(shè)，2011，32(3):99-101.