1 引言
对燃煤锅炉而言,炉膛燃烧水冷壁结焦,高温过热器及再热器挂焦,尾部受热面积灰是常见的不可避免的现象。结焦严重时,会使过热器、再热器、省煤器、空预器传热效率降低,锅炉排烟温度升高,锅炉效率降低;受热面结焦、积灰还会引起受热面超温,加剧受热面腐蚀,缩短受热面寿命,严重时会影响锅炉的正常运行,甚至影响到巡检人员的人身安全。一般情况下,锅炉的受热面受到污染后,其热效率将降低1%－－2.5%,排烟温度将升高十几度[1],因此,有效的锅炉吹灰控制技术越来越引起发电企业的重视。
目前国内在锅炉设计时均配有一定数量的吹灰器,常用的吹灰器有蒸汽吹灰器、燃气脉冲激波吹灰器、声波吹灰器。本文介绍一种水力吹灰器控制系统,主要用于水冷壁吹灰。效果非常显著。2 吹灰器及工作原理
2.1 炉膛吹灰器结构
图1 炉膛吹灰器结构图
炉膛吹灰器是为清洁墙式受热面而设计的,其基本元件是一个装有两个文丘里喷嘴的喷头。当吹灰器从停用状态启动后,喷头向前运动,到达其在水冷壁管后的吹扫位置;同时阀门打开,喷头按所要求的吹扫角度旋转。喷头旋转完规定的圈数后,吹扫介质的供给被切断,同时喷头缩回到在墙箱中的初始位置。喷头的前后和旋转运动是通过螺旋管实现的。
2.1.1 吹灰器驱动
吹灰器由电机及减速箱驱动。减速箱采用交流电机。两个限位开关用于控制螺旋管的往复运动和吹扫回转。
2.1.2 螺旋管、内管和开阀机构
螺旋管沿固定的内管作前后往复运动。喷头安装在螺旋管的前端。螺旋管后端是填料盒,把螺旋管和内管间的环形空间密封起来,避免吹扫介质泄漏。用固定在填料盒外壳上的凸轮盘来开闭阀门。凸轮盘是按吹灰器安装位置所规定的吹扫角度来设计的。如果以后需要变更吹扫角度,凸轮盘还可以调换。
2.1.3 喷头
喷头用耐热不起皮钢制造。通常喷头有两个相对的文丘里喷嘴,可以斜吹墙式受热面。吹灰器停用时,喷头在墙箱内得到保护。
2.1.4 介质
吹灰器使用的介质为蒸汽和水,我们这里采用水。
蒸汽吹灰器的缺点:
(1) 吹灰耗费蒸汽,降低了烟气露点,增加了锅炉补给水。
(2) 吹灰只能清除所吹到的受热面,吹灰有死角。
2.1.5 水力吹灰器
水力吹灰器将高压水柱喷射冲击到炉膛壁面的灰焦上,产生比较大的温度应力,水急剧汽化产生轻微爆炸及水流的冲击力,将锅炉结焦和积灰清除干净。水力吹灰器以水为介质,由于水相对于灰渣的温度相差较大,在灰渣缝隙中猛烈汽化时产生的压力可将灰渣松动,而且水流的动量比蒸汽大得多,可以轻松将灰渣冲掉[3]。
3 控制系统组成
每台炉安装吹灰器为10几台－－-100多台不等,本系统使用了22台水力吹灰器(短吹),其中一层标高25米处安装10台,二层标高31米处安装7台,三层标高39米处安装5台。水力除灰系统配备两台水力吹灰泵,一台运行一台备用,变频控制,安装于0米处,管道沿消防水管道等布置到锅炉四周,水力吹灰器控制系统主机放置在集控电子间,控制画面显示器放置于主控室控制台附近。在疏水主管线上安装电动阀门及压力变送器,阀门及水力吹灰器可以在就地电控柜上布置于标高10米处手动操作,也可通过PLC控制远程程控操作。水力吹灰系统工艺简图如图2所示。
图2 水力吹灰系统图
该系统硬件由施耐德quantum系列PLC主控制器(冗余系统)、计算机、现场仪表、电控系统等组成。吹灰器水源水压控制采用变频器完成,系统能够实现吹灰器的程序控制及远方选线操作,能对故障吹灰器进行跳步操作,并能判断吹灰器故障类型,根据不同的故障类型,作出相应的报警[2]。
图3 PLC控制系统图
4 控制策略
4.1 控制功能
吹灰程控系统有4种运行方式:模拟运行、集中自动、集中手动和就地手动方式。这4种运行方式可以通过转换开关来选择或者在程序中操作选择,并且4者之间是互锁的。系统具有吹灰器组列选择功能(即所有吹灰器按燃烧区段分为若干组,能实现选组吹灰及跳组吹灰),同时还具有对单台吹灰器跳台吹灰的置位、复位和验证功能;具有程序暂停\恢复功能;当一台PLC主控器发生故障时,能自动切换到另一台PLC主控器运行,保证系统的不间断运行。
4.1.1 模拟运行
模拟运行时脱开所有就地参控设备,模拟程序运行。在此状态下,“动力电源通”指示灯应熄灭,各阀门指示灯应为其初始状态。操作方法:将转换开关置于“模拟”状态,选择相应的吹灰器列组,按下程序启动按钮,则模拟运行开始,各设备指示灯按序点亮。
4.1.2 集中手动
将方式选择开关拨到“集中手动”位置,选择受控设备,再按“手动启动”按钮,若显示电流表有正常电流指示或相应的指示灯亮,则启动完毕。
4.1.3 自动运行
将方式选择开关拨到“自动”位置,选择所要投入的吹灰器组列,按下程序启动按钮,程序将根据此刻的条件来选择相应的吹灰工艺流程,指挥整个吹灰系统自动运行。
4.1.4 就地手动
将电控柜上转换开关拨到“就地手动”位置,通过吹灰器上的操作按钮在就地操作吹灰器工作,此方式一般在吹灰器检修或调试时使用。
4.2 联锁和保护功能
1) 吹灰介质参数不正常(压力低、压力高等情况)时,系统有声光报警,程序暂停,工作的吹灰器自动退出,不允许进一步操作,待介质参数恢复正常后程序继续运行。
2) 当吹灰器前进吹灰超过正常时间时,程控装置将使之后退,若后退超时,则自动停止程序运行并发出声光报警,直到运行人员消除故障并按下报警复位按钮后,程序才能继续运行。
3) 如果吹灰器持续过载,则热继电器动作,发出过载声光报警信号,程序中止运行,驱动电源切断,迫使马达停止运转,以保护电机。
4) 在启动吹灰器脉冲信号发出7s后,吹灰器后退行程开关仍未脱开,则该吹灰器伸出失败并闪光报警,中断程序。
4.3 显示操作功能
吹灰程控系统采用计算机作为上位机,人机界面为触摸屏图形方式实现,以锅炉模拟图显示吹灰系统所有参控设备的运行状态和有关的报警信号。在程序运行中,阀门状态及投入吹灰器的运行状态都应在显示屏上显示,若出现故障报警,相应的指示灯应亮。
控制系统流程图如图4所示。
图4 控制系统流程图
5 结束语
火电厂锅炉吹灰装置采用微机PLC程控, 减轻了操作工人的劳动强度, 同时也提高了系统运行的可靠性和自动化水平,该系统技术先进,功能齐全,使用安全可靠,有明显优越性和应用价值。该系统于已在很多电厂投入使用。系统运行情况良好,可提高锅炉热效率3%,节省大量的煤;节省人力,减少故障的间接效益更为突出。
参考文献:
[1] 周俊虎,靳彦涛,杨伟娟等.电站锅炉吹灰优化的研究应用现状[J].热力发电,2003,32(4):24-27.
[2] 徐甫荣.PLC在发电厂锅炉吹灰程控系统中的应用[J].自动化仪表,2003,(5):9-10.
[3] 曹荣秀.远射程水力吹灰器除焦的工作原理和优点[J].电站系统工程,2007,(6):36.