第２７卷第２期 电力科学与工程 Ｖｏ１．２７．Ｎｏ．２ ５３ ２０１１年２月 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆ ｂ．．２０１ ｌ ＤＣＳ控制系统在布袋除尘器输灰系统中的应用 于娣，梁伟平 （华北电力大学控制与计算机工程学院，河北保定０７１００３） 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 中图分类号：ＴＭ６２１ 文献标识码：Ａ 面的灰斗，再经过输灰系统排至灰库。 ０ 引 言 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 火力发电厂锅炉尾部除尘所采用布袋除尘器 类型，即振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式 在我国应用比较普遍。布袋除尘器可以将烟尘排 及复合式。山西兆丰铝业自备电厂采用的脉冲式 放浓度控制在５０ ｍｇ／ｍ 以内，大大减轻了粉尘对 清灰处理。因为脉冲喷吹强度和频率可进行调节， 大气的污染，更能适应烟尘的排放要求。山西兆 清灰效果好。 丰铝业自备电厂的输灰系统对应上位机采用的国 清灰开始时，先关闭排气口阀，使滤袋室内 电智深ＥＤＰＦ—ＮＴ ＤＣＳ系统，此系统支持在线和 暂时处于静止状态，即没有气流流通的状态。然 离线组态，设计稳定可靠，大大减少了维护工作 后脉冲阀开始喷吹出高压气体，以振落滤袋上附 量，能较长时间地保证系统良好运行。 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： １布袋除尘器 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 １．１ 布袋除尘器的基本原理 的ＤＯ信号共３６个，其中控制各室的有１６个，控 布袋除尘器由灰斗、袋室、进出口烟道、净 制各室脉冲阀的有２０个。每一个脉冲阀单独动作 气室、气包、滤袋、袋笼（并配有清灰控制系统、 需要室控制信号和脉冲控制信号共同完成，因此， 卸灰系统）等组成。含尘气体由进风口进入布袋 脉冲阀控制设计为矩阵控制（如图１所示）。考虑 除尘器各袋室，大颗粒粉尘依靠重力作用直接落 人灰斗，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 风口经烟囱排人大气。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 ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ ｌ４ １５】６ ｌ７ １８ ｌ９ ２０ 尘达到一定厚度时，滤袋内外就会形成一定压差。 脉冲阀选择 压差达到设定值后，通过脉冲阀输送一定量的压 图１脉冲喷吹矩阵图 缩空气进行清灰处理，滤袋上的粉尘被吹落至下 Ｆｉｇ．１ Ｐｕｌｓｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ 收稿日期：２０１０—１１—０８。 作者简介：于娣（１９８６一），女，硕士研究生，研究方向为控制理论与控制工程，Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｕｄｉ８６０３２４＠１２６．ｔｏｍ。 ５４ 电力科学与工程 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～ｌ６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２Ｏ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。 压 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５ ｍ的粉尘净化率可达９９％以上，除尘器出口 烟气含尘浓度低于５０ ｍｇ／１３３ ，甚至能达到１０ ｍｇ／ ｍ 。（２）除尘效率稳定，在一定范围内，除尘器出 口烟尘浓度不随人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。 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１ ５００—２ ０００ Ｐａ。（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１．０ ｍ 仓泵，一、二、三、四袋区分别配备两 台１．５ ｍ 仓泵。 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。 图２仓泵体 Ｆｉｇ．２ Ｔａｎｋｓ 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。 问到 图３输灰系统流程示意图 Ｆｉｇ．３ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｕｓｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ （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２０ Ｓ。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２００ ｓ和压 力检测延时定时器３０ ｓ，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０．０３ ＭＰａ，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０．１８ ＭＰａ时，打开清堵／￥ｂ气阀； 当输送压力大于输送压力高高设定值０．２４ ＭＰａ 时，关闭输送单元流化进气阀；当输送压力下降 第２期 亍娣，等ＤＣ５控制系统在布袋除尘器输灰系统中的应用 ５５ 到输送正常压力设定值０．１５ ＭＰａ时，重新打开输 灰管一、二、三运行时最多允许两根管同时 送单元流化进气阀，同时关清堵／补气阀。 输送。当各灰管上的输送单元同时完成进料阶段 （３）吹扫阶段 时，允许灰管运行的优先级别为：灰管一大于灰 输送阶段结束，启动吹扫定时器２０ ｓ，吹扫 管二大于灰管三。 定时器定时到，关闭输送单元流化进气阀、三次 ２．４清堵运行模式 气阀门，延时５ Ｓ后关闭输送单元出料阀，吹扫阶 当输灰管道的输送压力达到设定的堵管压力 段结束。 设定值０．３５ ＭＰａ时，输送单元停止输送过程，程 （４）等待阶段 序控制转入输灰管道清堵操作。输灰管道清堵按 在输送单元出料阀关闭同时，启动等待定时 以下方式运行： 器３００ Ｓ。等待阶段输送单元的进料阀、平衡阀、 （１）关闭输送单元流化进气阀、三次气阀、 出料阀、流化进气阀、三次气阀、清堵／补气阀处 清堵／补气阀、出料阀，打开输送单元仓泵平衡 于关闭状态。等待定时器定时到，输送单元仓泵 阀、输灰管道清堵料阀。 进入进料阶段。 （２）当输灰管道压力降为０ ＭＰａ时，关闭输 （５）进料阶段 灰管道清堵料阀，打开输灰管道清堵辟 气阀。 仓泵平衡阀打开，延时５ Ｓ后关闭仓泵进料密 （３）如果在３ ｍｉｎ内，当输灰管道压力达到 封阀，延时５ Ｓ后打开仓泵进料阀，仓泵进料阀打 清堵压力设定值０．２ ＭＰａ时，关闭输灰管道清堵 开的同时启动进料定时器３０ ｓ。如果输送单元的 气阀，打开输灰管道清堵料阀，转人（２）步骤 某个仓泵料位计发出料满报警信号或进料定时器 操作；如果在３ ｒａｉｎ内，灰管道压力达不到设定 定时到，则关闭仓泵进料阀、平衡阀，同时启动 的清堵压力设定值，则转入（４）步骤操作。 进料阀关闭定时器５ Ｓ，打开仓泵进料密封阀，当 （４）继续吹扫管道，直到输灰管道压力下降 检测到输送单元所有仓泵进料阀密封圈压力高信 到设定的输送结束压力０．０３ ＭＰａ，然后关闭清 号时完成进料阶段。进料阀关闭定时器到未检测 堵 气阀，关闭输送单元仓泵平衡阀。接下去按 到输送单元所有仓泵进料阀密封圈压力高信号， （２）以后的步骤操作。 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 ３ ＤＣＳ系统配置 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 ３．１硬件配置 避免输灰管道出现堵塞状况，从而保证系统运行 硬件部分共６台控制柜，包括１台电源分配柜、 安全。 ２台继电器柜、３台ＤＰＵ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ） ２．３管运行模式 柜。输灰系统的输人／输出Ｉ１＇Ｏ测点共１ ２２６个，其 输灰管道的运行模式直接决定了五个袋区的 中模拟输入量（ＡＩ）１１４个，开关输出量（ＤＯ）４１３个， 灰尘如何运至灰库。改造后各灰管出力为：灰管 开关输入量（ＤＩ）６５１个，温度测点（ＲＴＤ）４８个。 一为１６ ｔ／ｈ，灰管二、三为１６ ｔ／ｈ。 操作员站采用冗余配置，使用国电智深的工 “沉降区仓泵输送单元”、“一袋区仓泵输送 控机，主机配置为１．８Ｇ ＣＰＵ／２５６Ｍ内存／４０Ｇ迈 单元”两个输送单元共用灰管一，“二、三、四 拓硬盘，配以三星２ｌ寸液晶监视器，标准键盘和 袋区Ａ侧仓泵输送单元” 配灰管二， “二、三、 光电鼠标。 四袋区Ｂ侧仓泵输送单元”配灰管三。 ３．２软件配置 灰管一的两个输送单元采用“轮流输送”工 软件部分是通过人机接口站在Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００ 艺，灰管一两个输送单元按照完成进料阶段的先 平台安装的ＥＤＰＦ—ＮＴ５．０版软件，系统网络与Ｉ／／ 后顺序排队输送（充气阶段、输送阶段、吹扫阶 Ｏ网络的通讯软件融为一体，完成数据采集、程 段）；当两个输送单元同时完成进料阶段时，一袋 序控制等功能。 区仓泵输送单元优先输送。 操作员站ＯＰＲ可以完成所有运行操作：ＤＣＳ 电力科学与工程 自检、通讯状态、数据库一览、测点记录显示、 在ＥＤＰＦ—ＮＴ控制系统下，提高了输灰的自 主要监视参数状态、命令状态显示、图形显示、 动运行能力，输灰流程也简单明了。单组仓泵的 实时趋势、历史趋势、报警一览、报警历史等功 输灰控制系统流程如图４所示。清堵控制系统流 能。对网络设置更改、ＤＰＵ组态、点目录组态、 程如图５所示。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。 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２２０ ＶＡＣ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 导人大地。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，睾 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。 表１山西兆丰铝业自备电厂１。２，３号锅炉原 电除尘器与改布袋除尘器技术参数比较 Ｔａｂ．１ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｂｏｉｌｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｃｉｐｉａｔｔｏｒ ａｎｄ ｂａｇ ｆｉｌｔｅｒ 项目参数 原电除尘器１号布袋除尘器２号布袋除尘器３号布袋除尘器 图４输灰控制系统流程图 Ｆｉｇ．４ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｕｓｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 第２期 于娣，等ＤＣＳ控制系统在布袋除尘器输灰系统中的应用 ５７ 区 巫圈 参考文献 关闭进气阀、三次气阀 助吹气阀，关出料阀 ［１］代吉翠．ＤＣＳ控制系统在输灰系统中的应用及改进 ［Ｊ］．科技信息，２００９，（２２）：１８７—１８８． Ｄａｉ Ｊｉｃｕｉ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ ｓｙｓ— ｔｅｒｎ ｉｎ ＤＣＳ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ， ２００９，（２２）：１８７—１８８． ｌ恻，充压 ＩＩ＜ 蓓堵充乐征时 ＞ ｆｌ Ｌ—— ［２］胡满银，张瑞英，杨勇．电一袋除尘器经济技术分 是』关清堵气阀１ ＜露堵吹扫延时到！＞ 、］／ Ｉ关清堵气阀，自动复位Ｉ 析［Ｊ］．电力科学与工程，２００８，２４（１）：５８—６Ｏ． Ｈｕ Ｍａｎｙｉｎ，Ｚｈａｎｇ Ｒｕｉｙｉｎｇ，Ｙａｎｇ Ｙｏｎｇ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ 清堵信号 ｊｌ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ ｂａｇ ｉｆｌｔｅｒ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００８，２４（１）：５８—６０． ［３］孙熙．袋式除尘技术与应用［Ｍ］．北京：机械工业 出版社，２００４． ［４］陈秋．布袋除尘器在火电厂应用的技术分析［Ｊ］． 河北电力技术，２００８，２７（６）：２９—３１． Ｃｈｅｎ Ｑｉｕ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｇ ｆｉｌｔｅｒ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ［Ｊ］．Ｈｅｂｅｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ，２００８，２７ （６）：２９—３１． ［５］焦斌．袋式除尘器在烟气系统中的应用［Ｊ］．辽宁 化工，２００９，３８（５）：３４５—３４７． Ｊｉａｏ Ｂｉｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｇ ｉｆｌｔｅｒ ｉｎ ｇａｓ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，２００９，３８（５）：３４５—３４７． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｏｉｌ Ａｓｈ ｏｆ Ｂａｇ Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＣＳ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｙｕ Ｄｉ，Ｌｉａｎ９ Ｗｅｉｐｉｎ９ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７ １００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｇ ｆｉｌｔｅｒ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ—ｏｗｎｅｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｉｎ Ｓｈａｎｘｉ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｇ ｆｉｌｔｅｒ，ｔｈｅ ｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ａｎｄ ｅｎｅｒｙ ｇｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｓｈ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＤＰＦ—ＮＴ ｄｉｓｔｒｉｂ— ｕｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｆ ＥＤＰＦ—ＮＴ ｓｙｓｔｅｍ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＤＣＳ；ｄｕｓｔ；ｂａｇ ｆｉｌｔｅｒ；ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｔａｎｋｓ