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变频器在电厂入厂煤采样技术中的应用
安阳市鑫达自控科技有限公司 张永顺
摘 要 :随着社会的不断发展,工业生产和人民生活对能源的需求量越来越大,依赖性也越来越强。最近几年来,随着国家宏观经济政策的调整,煤炭作为火力发电厂最主要的原材料之一,其价格一直居高不下,因此,煤的经济性成了国内各火力发电厂的重点考核指标。为了考评燃煤经济性,对入厂煤进行采样后以质论价几乎成了所有厂家的最常用的控制措施。那么,如何来实现科学合理的对入厂煤进行采样,如何能使所采得的样品体现出公平公正公开的原则呢?如何采用采样装置解决以上问题,有效提供入厂煤质量信息,引起了国内火力发电厂、焦化厂广泛关注。本文从电厂入厂煤采样技术的工艺流程分析,提出了以PLC为控制核心,采用变频器进行变频控制的设计方案。实践证明,该系统具有运行稳定、操作简单、节约能源、采样效率高等许多优点,具有明显的经济效益和社会效益。
关键词: Vacon变频器
入厂煤采样 1 引言
随着国民经济的发展,原煤耗用量持续增长,近两年来,全国煤炭资源出现了供应紧张的局面,尤其是电力用煤全面告急,部分电厂陷入了停机待煤的尴尬境地;同时,由于电煤供应日趋市场化、多元化,造成煤质波动幅度增大,煤种杂、入炉煤质控制难度加大,使锅炉燃煤偏离设计煤种,锅炉稳定燃烧受到破坏,引发的设备缺陷明显增多,严重影响了锅炉安全经济稳定运行。传统的煤质分析均采用化学技术和核技术的分析方法,设备体积庞大、价格昂贵,用户有核恐惧心理。这种方法需要人工采样制样,利用实验室仪器对其进行分析,分析速度慢、远远不能满足锅炉燃烧调整和事故分析的需要。
太原市海通自动化技术有限公司研制开发的新型激光感生煤质实时分析系统能够在线实时、准确地检测入厂煤和入炉煤的煤质成分及特性,包括元素含量、工业分析数据以及煤质特性数据,指导运行人员实时地掌握燃煤成分,在调节风煤比、投油稳燃、调节冷热风门前做到心中有数,真正实现了锅炉安全经济稳定运行。为火电厂燃煤依质论价打下坚实基础,提高了火电厂的燃料管理水平。该系统安全可靠,不存在射线污染等不安全因素。
二、工作原理
激光感生光谱技术利用一束强脉冲激光聚焦后照射到测量对象上,聚焦点的测量对象电离产生高温、高密度的等离子体。等离子体发出的光经过滤波器滤波,去掉环境光源和激发光源的光。然后经单色仪分光,使混合光成为按波长排列的单色光,在单色仪的出光口安装高灵敏光电探测器进行检测。脉冲发生器和时间延迟发生器构成一个时序控制器,有效地控制激光脉冲发出和光信号检测之间的延迟时间,从而达到有效去除等离子体发出的连续背景光、分辨原子的特征谱线的目的。最后,根据光谱特征谱线波长得出所分析的元素种类,通过定标,对应谱线的强度就表示分析元素的浓度,因此激光感生光谱技术可用于高灵敏度的元素检测。
三、系统结构
各磨煤机磨制的煤粉经过煤粉取样器后通过煤样传输系统输送到现场的测量分析柜,在测量分析柜内经过煤样预处理,在系统控制单元的控制下,由煤样分配系统按照一定的顺序送入激光感生光谱分析室,分析完成后由样品处置单元进行处理返回到磨煤机的回粉管。激光感生光谱分析得到的元素分析结果转换成工业分析的结果后可进行数据的显示、分析和存储,上述结果可通过数据传输接口向DCS或MIS网传输,便于数据的共享。
四、功能特点 4.1系统特点:
入厂煤采用机械采样系统,全自动、人机对话、一人操作、轻松自如;
入炉煤采用负压取样系统,可以适用于皮带运输取样、管道气力输送取样、运输车辆取样,设备完全实现自动化操作,无需人为干预;
计算机自动控制、显示、打印;
采用神经网络对测量数据进行处理,利用神经网络的非线性映射能力,解决了元素分析到工业分析结果转换的难题,转换精度高,具有元素分析结果和工业分析结果两种输出;
采用神经网络对煤灰熔融温度点和原煤结渣指数进行预测,有助于运行人员及时调整燃烧方式,避免锅炉结渣造成的热效率降低和事故; 入厂煤采样工艺简介
图1所示为石灰石(石灰)-石膏湿法烟气脱硫技术的工艺流程图。煤产生的含SO2热态气体直接进入反应器,同时雾化后的石灰浆和循环水也注入反应塔,中和反应生成亚硫酸钙,进一步氧化后生成硫酸钙,再经分离器,硫酸钙沉淀结晶为石膏直接排出,以备回收利用;另一部分脱硫后的烟气经过除尘器,除去烟尘雾滴,再加压经烟囱排出。
图1 石灰石(石灰)-石膏湿法烟气脱硫工艺流程示意图
由于我国的能源以燃煤为主,从工业生产到居民生活都离不开燃煤提供的能源,而工业生产的性质、规模、城市居民的密集度、季节变化等因素都决定了燃煤排放烟气量的不确定性,这就要求反应塔中石灰浆的量要与燃煤排出的待中和的SO2气体量相匹配。因此,通常采用变频器控制石灰水泵的频率,进而控制反应塔中石灰浆的量。3 烟气脱硫控制系统设计
3.1 控制系统关键技术和变频器选型
烟气脱硫控制系统必须具有实时性,它必须对燃煤烟气的含硫量进行准确及时的监测,同时通过变频器控制供浆泵,向反应塔加入最为合理的石灰浆量,以提高脱硫效率,减小耗电量,保证最低的运行费用。
PLC是一种以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的新型工业自动控制装置。它具有体积小,使用方便,控制功能强,响应速度快,抗干扰能力强等优点。它可以通过梯形图编写程序,工程技术人员可随时根据工艺生产要求而修改,具有较强的可扩展性。因此这里的烟气脱硫控制系统以PLC作为控制核心。
芬兰Vacon变频器采用先进的矢量控制算法,配合电机参数设定,动态补偿负载波动,能实现电机转矩的快速响应和准确控制,具有极高的稳速精度和快速动态响应,能满足各类高性能场合的传动控制要求。Vacon变频器具有开放的可编程功能,编程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一个符合IEC611131-3标准的图形化的编程工具,它可以用来设计Vacon NX特殊的控制逻辑和参数。Vacon变频器自带LCD键盘,不仅能够显示运行数据和故障代码,还能进行参数的拷贝和下载功能,非常方便调试和后期维护,因此这里采用芬兰Vacon变频器来控制石灰浆泵机。
3.2 变频控制设计
近年来触摸屏在工控领域的应用越来越普通,它摒弃了传统的依靠开关、键盘的输入方式,设计了人性化的菜单式触摸屏。操作人员只要用手指在屏幕上轻触相应的菜单,就可在控制室内实现远程操作,完成对SO2含量、石灰浆泵机运行频率等系统运行参数的设定,完成系统实时数据的采集、系统实时流程的起动/停止等各种控制功能。在触摸屏上还可以直接显示石灰浆泵机当前运行的频率、电流、电压及水泵电机工频/变频运行状态等相关信息。当泵机运行出现异常时,系统还会自动发出声光报警信号。图2所示为烟气脱硫控制系统框图。
图2 烟气脱硫控制系统框图 功能: l 若需频率为工频50Hz时,可切除变频器,将电机接工频电源;变频器内有V/f(电压/频率)特性设定;变频器有故障显示与检索,并设置过载保护和预测,接地保护等。
3.3 PLC程序设计
PLC为该系统的控制核心,它通过RS-232与计算机之间串行通信,为计算机提供所需数据,PLC上的A/D模块即为数据采集单元,它接受来自传感器等的模拟信号,再转换为数字信号提供给可编程控制器。应用可编程控制器上的D/A模块输出模拟量信号,经过转换直接驱动执行机构的控制部分,从而实现闭环自动控制。PLC的编程语言主要是梯形图,是可编程控制器比较通用的语言,该系统的程序流程如下: 设置系统参数PLC只在上电时向内部存储器写入系统参数,包括A/D,D/A模块和PID控制参数;读取模拟量数据:通过传感器和变频器读取系统实时数据和电机转数;A/D转换:将刚才得到的模拟量数字化;读取电机当前状态:识别电机启停状态;输出信息:如果系统处于手动状态,则根据操作命令输出数字量和模拟量;如果系统处于自动状态,则由程序决定系统输出;再从第二步开始循环。结束语
以PLC为控制核心的烟气脱硫控制系统, 采用Vacon变频器控制石灰浆泵机后, 可以实现全自动实时监控运行,SO2仪器分辨率高, 节能环保,脱硫效率高,脱硫剂利用率高。脱硫装置具有人机界面友好、操作简单、运行可靠、负荷适应性强、管理方便等特点。使原有烟气脱硫设备得到改进和完善, 不仅适合在新的烟气脱硫系统中采用, 也适合旧设备改造。
作者简介:
张永顺(1968-),毕业于北京科技大学信息工程学院,获硕士学位,电气工程师。长期从事发电厂工作,曾参加过北京次渠门站三联供能源中心,北京燃气大楼三联供能源中心,北京中关村软件园能源中心建设,在三联产项目的设计、选型、安装、调试、运行过程中,获得了大量的实际工程经验和技术数据,先后发表论文有《建设冷热电三联供自控系统的安全、技术、经济性能控制要点》《浅谈计算机控制系统在三联产项目中的运用》、《发展中的北京天燃气冷热电三联供》、《浅谈三联供调试》、《热电冷三联供项目计算机监控系统调试经验总结》、《北京市燃气集团监控中心工程三联供系统的施工及经验总结》、《分布式绿色能源在我国长三角地区的应用及其前景分析》、《DCS在火力发电厂运用和技术分析》、《基于PLC实现的大型火力发电厂烟气脱硫控制系统》、《锅炉脱硫系统控制(PLC&触摸屏)方案设计》等。
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