基于PLC的循环流化床锅炉喷钙脱硫控制系统

循环流化床锅炉是一种环保型锅炉,但随着环境治理要求的进一步加深,其SO2排放量仍无法达标。石家庄东方热电股份有限公司热电三厂为保护环境,减少SO2对大气的污染,决定对#4(75t/h)、#5(135t/h)循环流化床锅炉建设炉内喷钙脱硫系统,采用三菱FX2N型PLC作为操作控制系统。

一系统工艺流程

对于循环流化床锅炉进行脱硫处理,目前一种普遍采用的方法是将脱硫剂(石灰石粉:粒径0～2mm,比重约1.4t/m3)通过送粉管道从炉前二次风口送入锅炉炉膛中与煤一起燃烧,通过化学反应生成CaSO4,达到脱硫目的。系统工艺流程路线如下:

(1)石灰石粉→粉仓→粉仓插板阀→粉仓旋转给料阀→缓冲罐→缓冲罐插板阀→缓冲罐旋转给料阀→喷料泵→送粉管路→炉前检修隔断门→炉膛；

(2)空气→罗茨风机→电动蝶阀→喷射泵→送粉管路(另一路送气化风)→炉前检修隔断门→炉膛；

(3)气化风→空气加热器(有旁路阀)→气化风环管→气化板→粉仓→布袋除尘器。

该系统设计采用双路联调送粉方式,每台炉由两路送粉设备装置及管路将石灰石粉送入炉膛。送粉量由PLC根据每台炉SO2监测装置所提供的信号对该炉的旋转给料阀实行变频联动调节。

二控制系统设计实施

整个控制系统由一台中控室内的监控计算机(操作员/工程师站)、一台现场控制站FX2N型PLC-128MR、并配以4个FX2N-4A/D数据采集模块、一个FX2N-4D/A模拟数据输出模块和4台变频给粉装置组成。监控计算机主要负责实时监控烟气监测系统检测的SO2参数值和对系统进行操作和故障监测,现场控制站根据SO2含量对送粉量进行自动或手动操作,并与上位机采用RS-485进行实时通信。

现场控制站配置见附图。

1.FX2N-128MR现场控制站

FX2N-128MR现场控制站是整个控制系统的核心,其运算处理速度:基本指令0.08µs/指令,应用指令1.52～100µs/指令,输入输出总点数256点,最大存储容量16k步,内置存储器容量8k步,顺控指令27条,步进梯形图指令2条,应用指令128种,298个。FX2N-4A/D数据采集模块:接受4～20mA电流信号转换成数字信号输送给PLC。FX2N-4D/A模拟数据输出模块:将PLC发出的控制量数值转化为4～20mA电流信号输入到变频器控制旋转给料阀。

2.喷钙脱硫系统的启动和控制

喷钙脱硫系统可采用三种方式进行启动。

(1)方式一:自动启动

将各就地设备的控制箱切换至“远方”位置,在显示器屏上点击“全自动启动”按钮,系统将按下列顺序启动设备。

(a)启动罗茨风机延时12s,开始下一步,否则报警；

(b)自动打开风机后电动蝶阀开到预定位置时,开始下一步,否则12s后报警；

(c)此时空气母管压力下降至运行I值(调试确定)。启动缓冲罐下旋转给料阀缓慢升速至第一设定转速(调试确定)运行l2s；

(d)启动缓冲罐上粉仓旋转给料阀,并接通缓冲罐料位控制回路；

(e)接通SO2监测控制系统回路,通过PLC控制缓冲罐下旋转给料阀转速,使SO2测量值达设定标准值(<1200mg／m3),此时空气母管的压力要上升至运行II值；

(f)启动电加热器,并将温度调至设定值。

(2)方式二:远方操作启动

各就地设备控制箱的切换开关切至“远方”位置。设备启动顺序与方式与上述完全相同,只不过是由设备操作人员在主控室CRT前利用鼠标按程序提示框逐一进行启动操作。

(3)方式三:就地操作启动

各就地设备控制箱的切换开关切至“就地”位置,此时设备的启动顺序不受限制,由操作人员任意启动,但若不是特殊情况,不采用此工作方式,因为该方式即使启动设备也不会实现PLC联调,达不到系统的使用目的。

3.喷钙脱硫控制系统的运行

(1)系统运行时显示的状态参数有:粉仓料位、罗茨风机运行状态、电动蝶阀状态、下旋转给料阀转速、上旋转给料阀运行状态(停止、运行交替显示)、缓冲罐料位、烟气SO2值、空气加热后温度、PLC运行状态指示、喷钙量。

(2)系统运行时可将各设备的运行状态及SO2值实现采集、存储、通信打印、图形显示等功能,各项功能可在CRT人机界面上利用菜单命令来实现。

(a)数据采集:通过画面中的按钮设定数据,通过PLC的A/D模块进行数据采集；

(b)结果显示:将通过PLC的A/D模块采集到的数据显示到画面中；

(c)状态显示:通过PLC与组态的通信将结果状态在画面中显示；

(d)故障报警:当出现故障时,报警画面自动弹出,查看出现故障的地方；

(e)数据存储:通过设定后,设定的数据将自动存储到系统中去；

(f)生成报表:可用工具栏中的按钮查看报表；

(g)图形显示:加上运行狗(watch-dog)之后,启动系统就可显示图形画画,从而从画面中监视整个系统；

(h)打印:选择需要打印的内容点击工具栏上的打印按钮就可打印；

(i)内部通信:通过SC09通信电缆完成PLC与电脑的组态通信。

(3)系统运行时的联锁保护逻辑关系

La当运行罗茨风机因故停运时,自动投入备用风机,否则3s后自动执行事故停机程序；

Lb当某套送粉装置的下旋转给料阀停运时,自动解列联调方式变为单调方式,并停止该套送粉装置；

Lc当送粉装置的下旋转给料阀转速超设定值,但SO2的值不能满足排放标准时,报警；

Ld当某套送粉装置的上旋给料阀停运时,直至下料位报警延时12s后停止下旋给料阀并自动解列联调方式变为单调方式；

Le当风机电动蝶阀误关时,3s内应启动设备用罗茨风机并打开备用罗茨风机后的电动蝶阀,并停止本风机运行,否则进入事故停机程序；

Lf空气电加热器的启动、停止,只需实现远方就地操作和温度显示以及故障停运报警即可,不必加入联锁；

Lg当空气分支管压力值超过高值(调试时定)报警并延时3s停下旋转给料阀,然后进入逻辑Lb程序；

Lh当空气分支管压力值低于低压值(调试时定)时,执行逻辑La程序；

Li当下旋转给料机转速升至第二设定转速(调试时确定)时报警。

4.喷钙脱硫控制系统的停止

(1)正常停止

当锅炉机组按计划停机时要先将脱硫系统停止运行。若需#4、#5炉都停的话,后停的脱硫系统要将粉仓内的石灰粉用完,然后再停止运行,可采用微机自动停止和人工控制停止两种办法,其顺序是一致的。其步骤如下:

(a)停止某台炉两套送粉装置缓冲罐的上旋转给料阀运行,不再向缓冲罐送料；

(b)缓冲罐内料位降至低料位报警值后,让其依靠联锁自动动作停止下旋转给料阀的运行；

(c)关闭运行罗茨风机出口管路的电动蝶阀；

(d)切断运行罗茨风机与备用罗茨风机的联锁回路,将运行的罗茨风机停止运行；

(e)就地关闭该炉系统装置的手动插板,手动检修隔断门。

(2)事故停止

当系统设备在运行当中出现前面La、Le所提及的故障情况时,系统要转入事故停机程序,各台设备顺序停机之间需要延时,停机步骤如下:

(a)停止该炉两套送粉装置的下旋转给料阀运行。

(b)停止该炉两套送粉装置的上旋转给料阀运行。

(c)解列运行及备用风机间的联锁,停止运行的罗茨风机。

三应用体会

东方热电三厂脱硫PLC控制系统自投运以来,性能可靠,运行平稳,经过2年多运行,从未出现过故障,基本不需要维护。FX2N型PLC小型化、高性能,适合此种环保控制系统的应用改造。随着对供热锅炉环保要求的不断提高,该系统将拥有良好的开发前景。

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