煤仓空气炮DCS控制改造及优化.doc

技术创新优秀成果报告

煤仓空气炮DCS控制改造及优化

目 录
一、 系统概况
二、 空气炮原设计存在问题
三、 改造及优化
四、 改造后的成效

煤仓空气炮DCS控制改造及优化

一、系统概况
我公司煤仓空气炮的原设计为就地手动控制。机组试运期间，由于不能及时操作、空气炮振打迟延，造成给煤机因断煤多次发生跳闸。后经改造实现DCS远方控制，并通过多次逻辑优化后，有效解决了原设计存在的弊端，提升了锅炉燃烧的稳定性。
发电厂煤仓空气炮是解决给煤机落煤管堵煤、防止给煤机断煤跳闸的主要辅助设备，其作用是通过压缩空气对煤仓下部的锥形落煤筒进行冲击振打，以保证煤仓原煤顺利下滑、给煤机稳定运行，进而保证锅炉稳定燃烧。山西王曲发电公司通过对煤仓空气炮实施DCS控制改造，并结合运行中存在的实际问题进行多次逻辑修改完善后，有效解决了原设计就地手动操作存在的问题和弊端。
二、空气炮原设计存在问题
我公司煤仓空气炮原设计采用就地手动控制的方式，每台机组17米给煤机平台安装一个空气炮就地控制箱，当给煤机断煤信号发出时，由运行人员通过就地操作相应按钮启动空气炮进行振打，以解决给煤机断煤的问题。从2006年机组试运到2008年期间，多次因断煤时不能及时启动空气炮，导致煤仓堵煤严重，给煤机频繁跳闸，严重影响了锅炉的稳定燃烧和试运工作的顺利进展。
结合两年期间存在的实际问题，技术人员分析认为煤仓空气炮采用就地手动控制的主要弊端：一是增加了工作量。因给煤机台数多，操作频繁，有时甚至需要专人专职现场操作，大大增加了运行人员的工作量；二是存在安全隐患。13米控制室与17米给煤机操作平台的手动控制箱距离较远﹑在断煤信号发出时，由于操作不及时或太频繁，造成空气炮振打迟延或将落煤筒内煤砸实，导致给煤机皮带断煤跳闸或给煤机变频器过载跳闸，影响锅炉燃烧的稳定性，危机机组的安全稳定运行。
三、改造及优化
（一）改造方案
（图1）
针对存在的问题，对空气炮整体改造方案以及相关逻辑进行设计。改造方案中，每台给煤机设置1组空气炮逻辑（详见图1，以B给煤机为例，其他给煤机逻辑图与B给煤机逻辑图相同），来控制该给煤机的三台空气炮。
1、图例介绍：图1是原煤仓空气炮实现DCS自动、手动以及通过DCS手动启动、停止相应空气炮的控制逻辑图。其中：“GT”为上升沿延时(即：在输入由0变为1时发生延时；当输入由1变为0时不延时)；“DT”为下降沿延时(即：在输入为由1变为0时发生延时；当输入由0变为1时不延时)；另外在逻辑中还有AND（“与”）、OR（“或”）、NOT（“非”）、“＝”（“大于等于”）以及RS触发器和脉冲等逻辑块。
2、软件改造：#1机组空气炮逻辑中，在DCS相应HPM（过程控制站）中增加6个空气炮逻辑点(LOGIC点)和18个空气炮开关量输出点（DO点）。在（图1）最右侧的三个脉冲块分别发2S脉冲输出至相应空气炮的DO点，而DO点再输出至DCS柜的继电器线圈，线圈激励相应常开触点闭合，从而使得空气炮电磁阀带电动作，最终实现空气炮DCS远方控制。
3、硬件改造：改造后的控制原理图见图2。将DCS逻辑输出的启动空气炮信号，经DO点输出至继电器输入端（即线圈），再经继电器输出端（触点）输出后并接到就地空气炮控制箱的控制按钮上。继电器线圈供电电压由DCS的DO卡件供给24V直流电源，而各继电器输出端分别接线至空气炮就地控制箱对应输出端220V火线接线端子，原地线和控制箱内其他接线方式不变。就地控制箱分别放置3条16芯的普通电缆至DCS控制柜的17、19、21号HPM（过程控制站）柜所对应的3台继电器柜中来完成DCS指令线的敷设。（为保证每台空气炮故障分散、其电磁阀可靠动作，采用6组空气炮逻辑以及该空气炮逻辑所涉及的DI、DO点每两组设计在一个HPM中的原则，从而大大减少每台空气炮的误动率和拒动率，进而完全消除给煤机堵煤跳闸事故的发生）
4、在图形编辑器（即流程图绘制模板）中每台给煤机增加相应的空气炮操作面板，包括手、自动切换按钮和手动状态下空气炮启、停控制按钮。这样运行人员在控制室内“DCS锅炉制粉总监视画面”中，既可以对空气炮投自动实现给煤机落煤筒堵煤时远方自动控制，又可以对空气炮进行手动操作。
（二）优化完善
煤仓空气炮实现DCS控制改造后，有效解决了原手动设计存在的弊端。但通过长时间的运行和观察，又发现了一些潜在的新问题，随对相关逻辑进行了优化。
1、2009年改造中空气炮逻辑断煤信号取自“皮带无煤”信号，但在给煤机皮带无煤信号发出时再启动相应空气炮逻辑已远来不及，很容易导致落煤筒中的原煤被砸实而出现严重棚煤现象，最终致使给煤机跳闸。因此，将断煤信号由原来取自“皮带无煤”改为取自给煤机落煤筒煤流检测仪的“原煤仓堵煤”信号，这样空气炮振打将大大提前，不会再因动作滞后而导致给煤机跳闸。为防止此信号偶尔因现场振动过大而误发，在此堵煤信号之后加8秒延时，目的在于当“原煤仓堵煤”信号存在8S以上该延时块才输出逻辑“1”,否则将输出逻辑“0”，以减少因信号误发导致给煤机跳闸事件的发生。
2、2009年两台机组给煤机偶见故障发生，现场观察空气炮动作频繁，振打时给煤机电机电流突然急剧升高。经分析，空气炮频繁振打的主要原因是给煤机入口断煤信号，即给煤机煤量调节器指令与反馈偏差设置值过小，造成误发几率大。为了避免空气炮误振打对设备造成损坏，同时消除空气炮频繁振打导致给煤机跳闸事故的发生，2009年3月对空气炮逻辑又做进一步的完善：将原煤仓堵煤信号发出，延时8秒和给煤机煤量调节器指令及反馈偏差大于5%两个条件中的任意一个触发相应逻辑启动空气炮，改为给煤机堵煤信号发出，延时8秒和给煤机煤量调节器指令及反馈偏差大于10%两个条件中的任意一个触发相应逻辑启动空气炮。
图2
3、2009年5月，我公司结合实际情况对两台机组煤仓空气炮逻辑又进行了进一步优化完善（详见图3）。
本次优化完善，由原来的煤仓堵煤信号发出和给煤机煤量调节器指令与反馈偏差大于10%两个条件中的任意一个满足时，启动空气炮相关逻辑，三个空气炮连续循环振打一遍。之后，若以上两个条件任意一个条件仍存在时，再次启动空气炮逻辑，三个空气炮再连续循环振打一遍。这样以来，容易造成给煤机落煤筒下部煤粉积压堵塞致使变频器过载导致给煤机跳闸。故将原逻辑中两个条件任意一个条件存在时三个空气炮连续循环振打一遍，改为先触发第一个空气炮，触发的同时将本空气炮RS触发器复位，并将第二个空气炮RS触发器置位；如果10S后启动空气炮条件还存在时再触发第二个空气炮，否则就停止振打，等待启动空气炮条件再次出现时触发第二个空气炮；以此类推，空气炮触发的同时将本空气炮RS触发器复位，并将下一个空气炮RS触发器置位。这样依次循环振打，既实现了三个空气炮的循环振打功能，又解决了因三炮连续振打使给煤机变频器过载的问题。另外，当空气炮检修及维护消缺后为了保证三个空气炮RS触发器只有一个置位，而另外两个复位，在由手动投自动时，触发一5S的脉冲，将第一个空气炮RS触发器置位，另两个空气炮RS触发器复位，确保了空气炮只能单一触发的原则，从而提高了空气炮运行的可靠性。
图2
4、2010年，由于我公司掺烧烟煤导致煤质发生变化，也因为给煤机煤仓堵煤装置本身不可靠致使堵煤信号存在误发现象，针对以上两种原因，进一步优化完善空气炮逻辑，取消煤仓堵煤信号启动空气炮逻辑，同时考虑到每当空气炮振打时给煤机电机电流发生较大变化。为此在空气炮逻辑中增加给煤机电机电流大于5.5A闭锁振打空气炮，这样就有效避免了因空气炮振打时给煤机落煤筒下部煤粉积压堵塞致使变频器过载，导致给煤机跳闸的可能。为了方便运行人员操作，还在原逻辑基础上在DCS画面上增加了单个空气炮手动操作按钮，以便在触发空气炮条件还尚未满足时，运行人员根据自己的经验判断手动振打空气炮，尽早解决落煤筒堵煤问题，其他条件不变仍保持2009年5月的控制逻辑即三个空气炮循环振打。
四、改造后的成效
王曲发电公司煤仓空气炮实现DCS改造控制和优化后，有效减轻了巡检人员的劳动强度和监盘人员的工作压力，确保了运行人员对空气炮的及时操作，提高了空气炮振打的及时性和可靠性，从而保证了煤仓原煤的顺利下滑，确保了锅炉燃烧的安全性、可靠性和稳定性。目前，王曲发电公司改造后的逻辑已推广应用于华能集团旗下的黄台电厂，目前运行情况良好。从经济上来讲，第一，空气炮原设计采用就地控制，需要专人专职现场操作，大量浪费人力物力，按每天三个值上班来算，一天24小时就需要3个人专职操作空气炮；第二，原空气炮设计不合理，导致给煤机频繁跳闸，在未改造优化之前，两台机组平均每天给煤机因空气炮振打不及时和不合理跳闸次数就高达1～2次，下层给煤机跳闸就需要投油助燃，助燃油一次高达0.5吨左右，一年跳闸次数高达300次以上，那么一年因此耗油就是150吨，按一吨油8000元计算，每年要付出约120万元，再加上原空气炮振打频繁，每年用于购买备品数量的费用，大约每年要付出25万元左右。那么两年以来要因此二付出的费用就是290万元，空气炮经改造优化后，不仅降低了运行人员劳动强度和维护费用，而且给煤机跳闸次数大大减少，从而节省燃油更重要的是提升了锅炉燃烧的稳定性。

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