电厂仓泵干除灰气力输送系统的PLC控制详述气力输送设备

1、电厂仓泵干除灰气力输送系统的PLC控制详述  文摘 本文详细介绍了火力发电厂气力输送（干除灰）系统的工作流程和控制要求，仓泵气力输送技术开始在国内的运用，进一步促进了国内电厂粉煤灰气力输送技术的发展并且气力输送系统的输送距离、输送浓度、系统出力和设备的制造工艺及自动化水平得到加强和提高。发电厂控制系统采用OMRON公司的C200H可编程序控制器,并在仓泵的输灰控制系统中的应用，实现了对仓泵的进料，进气，排气，出料等过程的计算机控制。本文给出了具体的实施方案，由该装置所构成的控制系统运行正常，其综合效益十分明显。一、系统构成简介在仓泵输灰控制过程中有大量连锁及闭锁。如：在仓泵

2、体仍有余压得情况下就只能开放气阀降压而禁止开进料阀，进料和放气两阀未完全关闭时则禁止打开进风阀，以防止返灰；在灰管压力较允许值高时则闭锁打开出料阀和进风阀，以防灰管堵塞或堵塞故障变大；在空气母管压力较低时闭锁打开进风阀，防止堵管；在进风阀未完全关闭时，闭锁大开放气阀和进料阀；当仓泵内的灰料高度已达到预定位置、同侧的另一台仓泵不再出料状态且空气母管压力已达到规定值时，连锁打开出料计进风阀进行出料；当空气母管压力降到规定值后，连锁关闭进风、出料阀，停止出料；另外还者有阀门故障检测系统，当一阀门从全关位置到全开位置或从全开位置到全关位置的动作时间超过一定时间值时，则发出声报警信号，提醒运行人员，该阀

3、门已卡，应立即进行处理。二、气力输送管中颗粒的运动状态气力除灰是一种以空气为载体的方法，借助于某种压力设备（正压或负压）在管道中输送粉煤灰的方法。在输送管中，粉体颗粒的运动状态随气流速度与灰气比不同有显著变化，气流速度越大，颗粒在气流中的悬浮分布越均匀；气流速度越小，粉粒则越容易接近管低，形成停流，直至堵塞管道。通过实验观察到某些粉体在不同的气流速度下所呈现的运动状况具有下面六种类型：（1）均匀流 当输送气流速度较高，灰气比很低时，粉粒基本上及以接近均匀分布的状态在气流中悬浮输送。（2）管底流 当风速减小时，在水平管中颗粒向管底聚集，越接近管底，分布越密，当尚未出现停址。颗粒一面做不规则的旋转

4、或碰撞，一面被输送走。（3）疏密流 当风速在降低或灰气进一步增大时，则会出现疏密流，这是粉体悬浮输送的极限状态。以上三种状态为悬浮流。（4）集团流 疏密流的风速再降低，则密集部分进一步增大，其速度也降低，大部分颗粒失去悬浮能力而开始在管道底滑动，形成集团流。粗大的颗粒透气好容易形成集团流。集团流只是在风速较小的水平管和倾斜管中产生。在垂直管中，颗粒所需要的浮力，已由气流的压力损失补偿了，所以不存在集团流。（5）部分流 常见的是栓塞流上部被吹走后的过度现象所形成的流动状态。（6）栓塞流 堆积的物料充满一段管路，水泥及粉灰煤灰一类不容易悬浮的粉粒，容易形成栓塞流。它的输送是靠料栓前后压差的推动。与

5、悬浮流输送相比，在力的作用方式和管壁的摩擦上，都存在原则性区别，即悬浮流为气动力输送，栓塞流为压差输送。2.1 气力除灰技术特点气力除灰是一种以空气为载体，借助于某种压力设备在管道中输送粉煤灰的方法。气力除灰技术具有如下的特点：（1）节省大量的冲灰水；（2）在输送过程中，灰不与水接触，固灰的固有活性及其他特性不受影响，有利于粉煤灰的综合利用；（3）减少灰场占地；（4）避免灰场对地下水及周围大气环境的污染；（5）不存在灰管结垢及腐蚀问题；（6）系统自动化程度较高，所需的运行人员较少；（7）设备简单，占地面积小，便于布置；（8）输送路线选取方便，布置上比较灵活；（9）便于长距离或集中定点输送；气力

6、除灰方式存在以下不足：(1) 与机械除灰方式比较，动力消耗较大，管道磨损严重；(2) 输送距离和输送出力受一定的限制；(3) 对于正压系统，若运行维护不当，容易对周围环境造成污染；(4) 对运行人的技术素质要求较高；(5) 对粉煤灰的粒度和湿度有一定的限制，粗大和湿度的灰不宜输送。2.2 气力除灰的基本类型依据粉体在管道中的流动状态，气力除灰方式分为悬浮流输送，集团流输送部分和栓塞流输送，传统的大正压浓相仓泵气力除灰系统属于悬浮流输送，正压浓相仓泵气力除灰系统和双套管流正压气力除灰系统界于集团流和部分流之间。依据输送压力种类，气力除灰方式可分为动压输送和静压输送两大类别。悬浮流输送，气流是物料

7、在输送管类保持悬浮状态，颗粒依靠气流动压向前运动。依据输送压力的不同，气力除灰方式有可分为正压系统和负压系统两大类。其中正压气力除灰系统包括正压浓相仓泵输送系统，气锁阀正压气力除灰系统等等。2.3 正压浓相仓泵气力除灰系统正压浓相仓泵气力除灰是一种压力罐式的供料容器，其本身并不产生动力，只是借助于外部供给的压缩空气对装入泵内的粉装物料进行混合，加压，在经过管道输送置灰库，中转仓或灰用户。正压浓相仓泵气力除灰系统有供料设备气源设备和集料设备三大基本功能组成及管道，控制系统构成，不同类型的气力除灰系统采用的功能设备的类型，性能以及布置形式是不同的.正压浓相仓泵气力除灰系统的中心设备是仓泵气力输送泵

8、和电动锁气器与之相配套的前置供料器，气源设备采用较多的是空压机组，集料设备是结构简单的布袋收尘，布袋收尘器通常安装在灰库的库顶，也可以根据需要直接安装在用灰现场。根据仓泵配置方式的不同，正压浓相仓泵气力除灰系统分为集中供料式和直联供料式两种类型，集中供料式系统是指多只灰斗共用一台仓泵。在工程设计中可根据现场的条件，设计要求系统出力等情况确定采用哪一种类型的供料系统。图1 正压浓相仓泵气力除灰系统工艺流程   正压浓相仓泵气力除灰系统的工艺流程：灰从电除尘器灰斗流出，经闸板阀，电动锁气器，进入干灰机集中设备，将来自若干不同灰斗得灰集中输送给一台仓泵，在仓泵内干灰与压缩空气混合

9、，使干灰呈悬浮状态，并经输灰管道直接打入灰库。其流程图如图所示。正压气力除灰系统具有的技术特点：（1）适用于从一处向多处进行分散输送（2）适合于大容量、长距离输送。与负压输送系统不同，正压系统输送浓度和输送距离的增大所造成的阻力增大，可通过适当提高气源压力得到补偿。（3）收尘设备处于系统的低压区，故收尘器对密封的要求不高，因而结构比较简单，一般不需要装所气器。而且分离后的气体可直接排入大气，故一般只须安装一级收尘器。（4）气源设备在仓泵之前，故不存在气源设备磨损问题。该系统的缺陷：（1）仓泵处于系统的高压区，对仓泵的密封性能要求较高。（2）间歇式正压输送系统不能实现连续供料。（3）当运行维护不

10、当或系统密封不严时，会发生跑冒灰现象，造成周围环境的污染，与负压力系统相比，系统漏风对系统运行稳定性的影响不大。2.4 仓泵负压力除灰系统 图2 负压气力除灰系统的工艺流程负压气力除灰系统的工艺流程图如图2所示，利用抽气设备的抽吸作用，是除灰系统内产生一定的负压，当灰斗内的干灰通过电动锁气器落入供料设备时，与吸入供料设备的空气混合，并一起吸入管道，经气粉分离器分离后的干灰落入灰库，清洁空气则通过抽气设备重返大气，负压气力除灰系统应在电除尘器的每只灰斗下分别装一台供了设备。负压气力除灰系统具有的特点：（1）使用于多处向一处集中送灰，无需借助干灰集中设备，灰斗可以共用一条输送母管，将粉煤灰同时送入

11、或依次送入灰库。（2）由于系统内压力低于外部压力，所以不存在跑灰、冒灰现象，故系漏风不污染周围环境。（3）因供料用的受灰器布置在系统始端，真空度低，故对供了设备的气封性要求较低。（4）供料设备简单简单，体积小，占用空间高度小，尤其使用于电除尘器下空间狭小不能安装仓泵的场合。其缺陷是：(1) 因灰气分离装置处于系统末端，与起源设备接近，故其真空高度高，对设备的要求也高，故设备结构复杂。(2) 受真空度极限的限制，系统处理和输送距离不高。因为浓度与输送距离越大，阻力也越大，这样，输送管内的压力越低，空气也越稀薄，携载灰粒的能力就越低。2.5 仓泵气力除灰系统设备仓泵气力除灰系统除仓泵外，还应包括前

12、置给料设备电动锁气器和干灰集中设备，电动锁气器的主要作用一是连续定量的给料，二是隔绝上下空气。干灰集中设备将多只灰斗的汇集在一起，达到多灰斗共用一台仓泵的目的。（1）电动锁气器具有如下的作用： 均匀 定量的卸灰，避免由于卸灰量不当造成卸灰管道堵塞。 锁灰 在必要时停止转动，中断卸灰。 锁气 电动锁气器不论用于灰斗下部还是储灰库或中转仓下部，在其进出口断面之间都存在一定的压差。电动锁气器的特点： 外壳与转子间的密封较好，可以封锁外部或正压空气进入灰，也可以避免灰斗的低负压气体漏入下部的高负压输送管道。 进入锁气器的灰因其性质一般比较稳定，流动性能好，所以在定速的运行条件下给料均匀，可以对后置发送

13、给设备定量供料，便于实现给料的自动控制。 进出口连接管道需要保温以防细灰结露，粘结在进出口和转子叶片上造成堵灰。（电动锁气器用于气力输送系统时，其实际出力受其本身漏风量的影响很大，对于一种规格的电动锁气器，必然存在一个实际出力最大的最佳转速）（2）电磁阀驱动控制继电器的作用：安装在程序控制柜内，由PLC输出模块控制，用于对系统中各阀门（气动球）的电磁阀进行控制。每一个电磁阀的控制电源通过一个单独的保险丝供电，这样可减少相互之间影响，保证系统正常运行。其中电磁阀安装在就地的电磁阀控制柜内，由程序控制柜内驱动继电器进行控制。它用控制气动球阀的开/关。属于控制系统的最终的电气执行设备。（3）饲料机的

14、作用：它通过斜槽（一段有一定倾斜角度的槽型管道）与锁气器相连，其作用就是将锁气器通过斜槽送来得灰料根据系统的要求，均匀的送给两台或其中任意一台仓泵（通过仓泵的进料阀）（4）斜槽机的作用：它主要是给斜槽提供具有一定压力的空气，也就是给进入斜槽的灰料一定的动能，使之可以顺利流到饲料机。燃烧电厂点除尘器灰斗数量依实际工程情况的不同，当电除尘器灰斗数量较多时，采用集中供料系统可以减少仓泵数量是整个除灰系统大大简化，减少了除灰管道数量，降低除灰系统投资。2.6 仓泵除灰控制系统的工作原理除灰系统是利用压缩空气将干灰沿除灰管道输送至灰库或中转仓，输送空气压力较高，输送距离较长。进料阀由锥阀，连杆和活塞开关

15、等部分组成，当活塞缺的活塞被气压推至上部时，连杆带动摇臂杆使锥阀落下，进料阀开启；反之，当活塞开关的活塞处于下部时，靠活塞开关内的弹簧的压力把锥阀推至上方，并与橡胶圈压紧，此时进料阀处于关闭状态。进气阀是由阀上的上下气流压力差与弹簧之间平衡作用维持一定的开度让一定量的压缩空气进去缺体，使缺体内物料气化后，借缸体与管道的压差，将气化的物料送至输送管道。仓泵工作时，按下启动按钮，系统投入运行，排气阀打开，通过时间继电器的延时：延时时间到，进料阀打开，进料此时也是通过一个时间继电器来计量何时料满：料满延时时间到，就关闭放气阀与进料阀。此时生产应转入下一过程，当仓泵压力达到一个给定值时，仓泵就应进行出

16、料的生产过程。此时进气阀与出料阀都打开，出料延时时间继电器开始延时，出料完，及出料延时时间到，关进气阀与出料阀，生产自动切换到进料过程，开放气阀，然后开进料阀，如此循环往复的进行生产。状态指示：为监控生产过程的进行情况，应设置过程指示灯，对此时此刻的生产过程进行指示。故障指示：为保证生产过程的顺利进行和检修的方便，应设置故障指示灯与报警音响。在本仓泵的控制系统中，主要是对仓泵进、出料各阀门是否打开和关闭进行监控，如出现絮乱，就应报警，修理。仓泵除灰控制示意图如上：仓泵除灰控制示意图机器的工作循环过程为四个动作，如下：2.7 电厂目前仓泵除灰系统状况 某火力发电厂1# 机组的输灰控制系统由于设计

17、及设备等方面的不同，程度的存在一些问题，致使该系统自投入运行以来，运行状况一直不太理想，主要存在以下问题。（1）仓泵没有料位计。该系统原来配置的料位计（电容式料位计）可靠性较差，不能准确的测量出仓泵内料位，故当时在调试是就由时间继电器来代替料位计，使运行人员再不十分清楚的情况当前仓泵内的灰料量的情况下，简单的根据时间来操作，从而因操作失误，控制失灵等经常造成系统堵管，泄漏的问题，影响生产。(2) 仓泵控制系统设计不合理。原来设计的控制系统是由中间继电器和时间继电器构成的，即继电器控制系统，这种系统在运行时所表现出来的突出问题是：继电器经常因周围环境中较多灰尘而接触不良，从而是整个系统不能正常工

18、作，其次因控制柜，操纵台内以及相互之间的连接电缆，电线非常多，也造成了设备的故障率高，维护工作量大，维护费用高等问题。(3) 电除尘器灰斗料位设计选型不合理。不利于节能降耗，原来电除尘器灰斗装置设备的料位计为堵转式料位计并只供监视用，而且基本上都不能正常运行，无法提供有效信号，这就造成岗位操作人员在不了解的情况（灰斗真实料位的情况），只能凭感觉，凭经验操作，以至于出现灰斗已经基本无料，而操作人员却开动设备出料的情况，从而所气器，下料机及仓泵的设备底效率运转，对设备及能源造成极大的浪费。为了克服以上缺陷，保证系统安全稳定的运行，保护环境以及节能降耗等方面的考虑，对该机组进行了技术改造，由PLC构

19、成控制系统，采用电动锁气器。电动锁器是一种通用供料设备，常安装与锅炉除尘器灰斗和物料发送装置之间，作为气力除灰系统的前置给料设备，或者安装在储灰库或中转灰库的卸灰口处，作为后续输送设备的给料设备。、三、仓泵改造后的功能要求改造后应使该系统具有手动运行方式和自动运行方式，手动运行的功能是根据系统状况来人为地操作相应的设备。3.1手动运行方式(1) 合上甲(乙)侧仓泵控制电源开关.(2) 将甲(乙)侧仓泵手/自动运行方式选择开关打到手动位置.(3) 将甲(乙)侧电除尘器灰斗锁气器手/自动运行方式选择开关打到手动位置.(4) 开启对应仓泵进料阀开始进料,排气指示灯亮.(5) 根据电除尘器灰斗料位情况

20、,启动灰斗锁气器运行(注:当本次需启动的最后一台锁气器完成启动过程后,仓泵进料延时开始计时;此后在本次进料延时过程中不得启停锁气器,否则将重新开始计时,易发生满罐故障).(6) 料满指示灯亮或进料时间(根据设备运行情况暂定为:单台锁气器运行,进料时间为7分钟;两台锁气器运行,进料时间为3分钟;三台及以上台数的锁气器运行,进料时间为1.5分钟)到,将运行锁气器停止运行.(注:进料延时从最后一台锁气器启动完成后开始计时.).(7) 锁气器停止运行后,要求间隔5秒钟后再关闭进料阀及放气阀.(8) 进料阀和放气阀关闭后,要求至少间隔10秒钟后再进行出料.(9) 在空气压力满足要求(0.55MPA)的情

21、况下,开启进风阀进行出料,进风指示灯亮,料满指示灯灭.(10) 当空气压力降到规定值(0.12MPA)后,完成出料,关闭进风阀,进风阀关闭后至少15秒钟方可开启进料阀.此后就进入了下一循环.3.2 自动运行方式自动运行的功能为：该厂的除尘器甲、乙侧各有一套仓泵自动输灰控制系统，甲侧自动气力输送（干除灰）系统同时控制 、 仓泵自动运行，乙侧自动气力输送（干除灰）系统同时控制 ， 仓泵自动运行，只有甲（乙）侧两台仓泵均能正常运行的情况下仓泵方可投入自动运行。自动运行时系统优先选择 （或 ）仓泵进，出料，然后是 （或 ）仓泵进出料，如此交替反复进行，当锁气器投入自动的灰斗低灰位、中灰位灯同时亮后，系

22、统才能自动启动对应灰斗锁气器运行，并保持到该灰斗料位降到低位以下才禁止其自启动，当灰斗的灰位上升到中位以上时，该灰斗降被记忆，以备控制锁气器用。当仓泵料满或进料时间到，自动停止运行锁气器，关闭仓泵进料阀，开启仓泵允许进料时间为7分钟（在调试的时候，该时间可做适当修改，以满足生产的要求）。当有两台灰斗满足选择时，仓泵允许进料时间3分钟（在调试是该时间可以修改，以满足生产的要求）。当有3台及以上灰斗满足选择条件时，仓泵允许进料时间为1.5分钟（再调试时，该时间可做适当修改，以满足生产的要求）自动气力输送（干除灰）系统开始计时后，如有其他灰斗有满足输灰条件，其灰斗锁气器不会自动启动，只有到下一轮循环

23、才参加输灰选择。改造系统后采用双仓泵的主要功能是通过两台单仓泵的交替装料和出料实现物料的连续输送，双仓泵的控制系统包括仓泵指示机构，压缩空气控制管路等，由它们来控制执行仓泵的装料及送料，两台单仓泵的交替出料控制，出料阀具有两个进料口和一个出料口，通过切换阀芯将两台单仓泵的出料管与除灰管交替接通。当一台处于出料状态时，另一台处于进料状态。双仓泵的控制系统包括仓满指示机构，压缩空气控制管路等。由他们来控制执行仓泵的装料及送料。两台单仓泵的交替出料阀控制。出料阀具有两个进料口和一个出料口，通过切换阀芯将两台单仓泵的出料关于除灰管道交替接通。具体操作如下：(1) 分别合上甲(乙)侧仓泵控制电源开关。(

24、2) 将甲(乙)侧电除尘器会都锁气器手/自动 运行方式选择开关到自动位置。(3) 将甲(乙)侧仓泵手/自动运行方式选择开关打倒自动位置。(4) 当料满或进料时间到后，此时若另一台锁气器不要进料（除预料满或出料状态）则自动停止运行锁气器，延时5秒钟关进料阀（但如果此时该侧另一仓泵需要进料，则不停止运锁气器，只延时关闭进料阀）(5) 进料阀关闭后，此时如空气母管压力满足要求（>0.55MPa）,而另 外一台仓泵又不处于出料状态，则该仓泵在延时10秒后开启进料阀进行进料，否则待条件到达后再进行。(6)当处料至空气母管压力到达规定值（0.12）时，则自动停止出料，关闭进风阀，延时10秒钟后再进料

25、，并进入下一循环。(7) 当出料时间到达规定值（暂定6分钟）且此时空气母管任然较高时，则认为灰管有堵塞现象；此时操作台上灰管堵指示灯亮，电铃响5秒钟进行报警，此时状态只有先将对应的锁气器运行方式选择 开关打到手动位置，停止锁器气运行，然后再将系统切换到手动状态，消除故障并吹完已进入仓泵的灰料后方重新投入自动运行。注：在自动运行方式下，控制仓泵进料的时间与手动运行方式相同。3.3 改造方案根据存在的问题和实现的功能，结合现有的技术能力，该厂技术人员通过研究讨论和论证的出如下改造方案。问题的核心-控制系统部分用OMRON公司的C200H系列可编程序控制器PLC来代替中间（时间）继电器，因为PLC是

26、一种新型通用的自动控制装置，它将传统的继电器技术，计算机技术和通讯技术融为一体，是专门为工业控制而设计的，具有功能强，通用灵活，可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，编程简单，使用方便及体积小，重量轻，功耗低等一系列优点，它对环境的要求比较低PLC的工作环境温度为 最高温度为 储藏温度为 相对温度为5%-95%。空气的条件周围不能有可燃性，易爆性，腐蚀性的气体。因此选择它作为本系统改造后的控制核心，既可以达到降低系统的故障，维护费用和维护工作量减少，保证系统安全稳定运行的目的，有可以灵活配置所需要的模块，最大限度的限制投资，减少备用备件。将仓泵泵体的料位计（电容式）该用美国DREXLBROOK公司

27、的射频导纳点位计，这样在料位即可靠的前提下，就可以将仓泵控制系统改为以料位为主，时间延时为辅的控制系统，保证操作人员在正常情况下能够根据料位情况操作设备，这样既减少了设备的损耗，有节约了能源，达到提高设备效率，节能降耗的目的。在电除尘器上增设FM型负压式膜片开关料位计,该料位计输出两对开关量信号，其中一对送到输灰控制系统作为作用，另外一对送到监视系统（料位指示灯），作为运行操作人员监视灰斗料位用。对仓泵、下料机、锁气器以及电除尘器灰斗料位等设备或参数之间的连（闭）锁系统进行修改，完善，是仓泵短时间不工作（除灰）时，下料机、锁气器等设备也不运行，当电除尘器灰斗内的料位低于预定位置是系统不进行除灰作业，保证系统始终在高效率下运行，减少或杜绝设备不必要的消耗，这些都可以到达节能降耗的目的。总而言之，本次技术改造主要是利用可编程序逻辑控制器（PLC）作为控制系统的核心部件，外围利用除尘器灰斗料位计，仓泵料位计，及有关设备（仓泵，下料机，锁气器等）的运行状态吹灰空气母管压力等作为输出信号；输出控制仓泵进/除灰，锁气器、下料机以及空压机负荷等设备或参数。3.4 改造后系统的运