除尘器

DCS控制系统在布袋除尘器输灰系统中的应用

作者:六合彩资料歇后语    来源:www.    发布时间:2019-04-02 16:32:21

摘要:结合山西兆丰铝业自备电厂除尘器的改造,主要介绍了基于国电智深EDPF-NT分散控制系统的布袋除尘器的基本工作原理及其优缺点,脉冲喷吹清灰方式的高效与节能以及输灰过程程序控制的设计,同时阐述了EDPF-NT系统的便捷可靠。

关键词:DCS;粉尘;布袋除尘器;输灰系统;仓泵

0 引言

火力发电厂锅炉尾部除尘所采用布袋除尘器在我国应用比较普遍。布袋除尘器可以将烟尘排放浓度控制在50mg/m3以内,大大减轻了粉尘对大气的污染,更能适应烟尘的排放要求。山西兆丰铝业自备电厂的输灰系统对应上位机采用的国电智深EDPF-NT DCS系统,此系统支持在线和离线组态,设计稳定可靠,大大减少了维护工作量,能较长时间地保证系统良好运行。

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1 布袋除尘器

1.1 布袋除尘器的基本原理

布袋除尘器由灰斗、袋室、进出口烟道、净气室、气包、滤袋、袋笼(并配有清灰控制系统、卸灰系统)等组成。含尘气体由进风口进入布袋除尘器各袋室,大颗粒粉尘依靠重力作用直接落入灰斗,其余粉尘经滤袋过滤后拦截在滤袋表面形成粉尘层,通过脉冲喷吹等手段将粉尘层剥落至灰斗,净化后的烟气透过滤袋进入净气室至出风口经烟囱排入大气。随着过滤工况的不断进行,附着于滤袋外表的粉尘逐渐增多,当滤袋表面粉尘达到一定厚度时,滤袋内外就会形成一定压差。压差达到设定值后,通过脉冲阀输送一定量的压缩空气进行清灰处理,滤袋上的粉尘被吹落至下面的灰斗,再经过输灰系统排至灰库。

1.2 布袋除尘器的清灰方式

布袋除尘器根据清灰方式的不同可分为5种类型,即振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式及复合式。山西兆丰铝业自备电厂采用的脉冲式清灰处理。因为脉冲喷吹强度和频率可进行调节,清灰效果好。

清灰开始时,先关闭排气口阀,使滤袋室内暂时处于静止状态,即没有气流流通的状态。然后脉冲阀开始喷吹出高压气体,以振落滤袋上附着的粉尘落入灰斗。根据EDPF-NT系统DCS的控制要求和厂方所提供的控制点,程序设计如下:

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兆丰电厂采用的布袋除尘器有16个室,每个室有20个脉冲阀,共320个脉冲阀。从DCS发出的DO信号共36个,其中控制各室的有16个,控制各室脉冲阀的有20个。每一个脉冲阀单独动作需要室控制信号和脉冲控制信号共同完成,因此,脉冲阀控制设计为矩阵控制(如图1所示)。考虑到喷吹气体的数量受压缩空气压力大小的限制,每个室的脉冲阀不能一起动作,而是一个阀一个阀动作。所以将16个室分为1~8室,9~16室两组,逻辑实现8室到1室,16室到9室的第一个脉冲阀依次进行喷吹,第一个脉冲阀喷吹完成后两组室的第二个脉冲阀依次进行喷吹,直到两组室的第20个脉冲阀依次喷吹完成为一个周期。脉冲喷吹清灰方式体现了布袋除尘器的高效、低耗。其中,脉冲阀喷吹的时间间隔可以修改,也体现了此种清灰方式的灵活性和便于操作性。

1.3 布袋除尘器的优缺点

布袋除尘器的优点

(1)除尘效率高,一般对于5μm的粉尘净化率可达99%以上,除尘器出口烟气含尘浓度低于50mg/m3,甚至能达到10mg/m3。

(2)除尘效率稳定,在一定范围内,除尘器出口烟尘浓度不随入口烟气量和烟气浓度变化,对负荷变化有较好的适应性。能够很好地捕集微细而干燥的粉尘,便于回收利用,满足新标准要求。

(3)结构简单,辅助设备少,技术要求低于电除尘器,制造成本低,所需工期短,经济效益显著。

(4)适应性强,能捕集电除尘器难以回收的高电阻粉尘,还可以捕集其他不同性质的粉尘。

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布袋除尘器的缺点

(1)对于相对湿度较高的含尘气体,注意采取保暖措施,避免因结雾所造成的“糊袋”。

(2)设备阻力大,一般本体阻力平均为1500~2000Pa。

(3)滤袋的使用寿命一般为3~5年,运行维护费用高。

2 输灰系统设备及输灰流程

2.1 主要设备及功能

输灰系统的主要设备为仓泵体,仓泵体是钢制压力容器,它以压缩空气为动力将省煤器和布袋除尘器灰斗中的干灰收集并输送至灰库,以便于利用。仓泵示意图如图2。兆丰电厂改造后系统沉降区配备两台1.0m3仓泵,一、二、三、四袋区分别配备两台1.5m3仓泵。

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输灰系统的另外一个主要设备是仓泵就地操作箱。操作箱内装有控制电路板,通过料位灰满信号反馈给DCS进行输灰过程。还具备DCS程序故障无法实现程序控制时可进行现场手动操作功能,从而完成输灰的基本功能。

2.2 输灰系统基本流程

输灰系统通过压缩空气将飞灰沿输灰管道最终送至灰库。DCS通过模拟量和开关量的输入/输出,对其运行工况进行实时监视、控制、故障报警等。山西兆丰铝业自备电厂的简易输灰系统流程如图3。

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(1)充气阶段打开流化进气阀、三次气阀,同时启动充压定时器20s。当充压定时器定时到,充气阶段结束,输送单元进入输送阶段。

(2)输送阶段打开出料阀,同时启动输送定时器200s和压力检测延时定时器30s,物料通过管道输送到灰库。当压力检测延时定时器到后如果管道输送压力小于输送结束压力设定值0.03MPa,或者输送定时器定时到,完成输送阶段(此时输送单元流化进气阀、三次气阀和出料阀未关闭),进入吹扫过程。

输送过程中,输送单元当输送压力大于输送压力高设定值0.18MPa时,打开清堵/补气阀;当输送压力大于输送压力高高设定值0.24MPa时,关闭输送单元流化进气阀;当输送压力下降到输送正常压力设定值0..5MPa时,重新打开输送单元流化进气阀,同时关清堵/补气阀。

(3)吹扫阶段输送阶段结束,启动吹扫定时器20s,吹扫定时器定时到,关闭输送单元流化进气阀、三次气阀门,延时5s后关闭输送单元出料阀,吹扫阶段结束。

(4)等待阶段在输送单元出料阀关闭同时,启动等待定时器300s。等待阶段输送单元的进料阀、平衡阀、出料阀、流化进气阀、三次气阀、清堵/补气阀处于关闭状态。等待定时器定时到,输送单元仓泵进入进料阶段。

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(5)进料阶段仓泵平衡阀打开,延时5s后关闭仓泵进料密封阀,延时5s后打开仓泵进料阀,仓泵进料阀打开的同时启动进料定时器30s。如果输送单元的某个仓泵料位计发出料满报警信号或进料定时器定时到,则关闭仓泵进料阀、平衡阀,同时启动进料阀关闭定时器5s,打开仓泵进料密封阀,当检测到输送单元所有仓泵进料阀密封圈压力高信号时完成进料阶段。进料阀关闭定时器到未检测到输送单元所有仓泵进料阀密封圈压力高信号,程序画面产生仓泵进料阀关故障提示,输送单元程序控制运行停留在进料阶段,只有等仓泵进料阀关故障提示消失,才完成进料阶段。

输灰程序开始之所以先进行充气阶段是为了避免输灰管道出现堵塞状况,从而保证系统运行安全。

2.3 管运行模式

输灰管道的运行模式直接决定了五个袋区的灰尘如何运至灰库。改造后各灰管出力为:灰管一为16t/h,灰管二、三为16t/h。

“沉降区仓泵输送单元”、“一袋区仓泵输送单元”两个输送单元共用灰管一,“二、三、四袋区A侧仓泵输送单元”配灰管二,“二、三、四袋区B侧仓泵输送单元”配灰管三。

灰管一的两个输送单元采用“轮流输送”工艺,灰管一两个输送单元按照完成进料阶段的先后顺序排队输送(充气阶段、输送阶段、吹扫阶段);当两个输送单元同时完成进料阶段时,一袋区仓泵输送单元优先输送。

灰管一、二、三运行时最多允许两根管同时输送。当各灰管上的输送单元同时完成进料阶段时,允许灰管运行的优先级别为:灰管一大于灰管二大于灰管三。

2.4 清堵运行模式

当输灰管道的输送压力达到设定的堵管压力设定值0.35MPa时,输送单元停止输送过程,程序控制转入输灰管道清堵操作。输灰管道清堵按以下方式运行:

(1)关闭输送单元流化进气阀、三次气阀、清堵/补气阀、出料阀,打开输送单元仓泵平衡阀、输灰管道清堵料阀。

(2)当输灰管道压力降为0MPa时,关闭输灰管道清堵料阀,打开输灰管道清堵/补气阀。

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(3)如果在3min内,当输灰管道压力达到清堵压力设定值0.2MPa时,关闭输灰管道清堵气阀,打开输灰管道清堵料阀,转入(2)步骤操作;如果在3min内,灰管道压力达不到设定的清堵压力设定值,则转入(4)步骤操作。

(4)继续吹扫管道,直到输灰管道压力下降到设定的输送结束压力0.03MPa,然后关闭清堵/补气阀,关闭输送单元仓泵平衡阀。接下去按(2)以后的步骤操作。

3 DCS系统配置

3.1 硬件配置

硬件部分共6台控制柜,包括1台电源分配柜、2台继电器柜、3台DPU(Distributed Processing Unit)柜。输灰系统的输入/输出I/O测点共1226个,其中模拟输入量(AI)1.4个,开关输出量(DO)413个,开关输入量(DI)651个,温度测点(RTD)48个。

操作员站采用冗余配置,使用国电智深的工控机,主机配置为1.8GCPU/256M内存/40G迈拓硬盘,配以三星21寸液晶监视器,标准键盘和光电鼠标。

3.2 软件配置

软件部分是通过人机接口站在Windows2000平台安装的EDPF-NT510版软件,系统网络与I/O网络的通讯软件融为一体,完成数据采集、程序控制等功能。

操作员站OPR可以完成所有运行操作:DCS自检、通讯状态、数据库一览、测点记录显示、主要监视参数状态、命令状态显示、图形显示、实时趋势、历史趋势、报警一览、报警历史等功能。对网络设置更改、DPU组态、点目录组态、历史数据和网络管理等工作,则需工程师站ENG权限完成。

EDPF-NT采用实时数据网双网冗余配置。在DCS自检画面上可实时监视A,B冗余网络通讯情况。

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3.3 供电与接地基本要求

出于安全和高可靠性的要求,EDPF-NT系统要求外部提供两路220VAC供电,每路电源只接入火线和零线,而且两路电源是同相位的,其中第一路是由UPS供给。

为使EDPF-NT系统能够正常工作,系统需要可靠的接地,以便DCS系统能迅速将过载电流导入大地。接地系统能够屏蔽干扰信号,并且为整个控制系统提供了公共参考电位,保证了系统的安全可靠运行。

4 DCS应用效果

DCS控制系统利用分散控制的理念大大降低了设备故障引起的跳闸、停机风险。主机DPU、通讯网络以及继电器柜供电电源双路冗余设计,保障了系统运行期间不会丢失程序和失电。DPU,DI,DO,RTD等所有卡件都可以在线更换,支持热插拔,避免出现问题时设备停电和拆线等。由于控制程序的组态是在DOS下进行,EDPF-NT系统提供了设备运行的高可靠性。

基于DCS控制系统的除尘器改造后,布袋除尘器与电除尘器相比有较高的除尘效率,主要参数比较如表1所示。

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在EDPF-NT控制系统下,提高了输灰的自动运行能力,输灰流程也简单明了。单组仓泵的输灰控制系统流程如图4所示。清堵控制系统流程如图5所示。

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5 结束语

国电智深EDPF-NT分散控制系统技术水平发展日益成熟,在国家重大工程应用中不断有新的成效,广泛应用于大型火电机组的控制,也成功促进了国产DCS系统在燃煤机组除尘方面的发展。EDPF-NT系统具有自主知识产权,技术性能优于原有的PLC控制系统,使输灰控制程序设计更加合理简便,成功解决了原系统输灰效率低,污染严重的问题,而且系统运行稳定可靠。

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