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摘 要：我国发电厂大部分仍为火力发电厂，粉尘污染严重影响环境，发电厂基本都安装了除灰输灰装置，但总的说来，采用PLC控制粉煤灰气力输送系统的电厂仍然很少。有些发电厂也采用水力输送作为主系统或干收湿排方式输送系统，这样就降低了粉煤灰的潜在利用价值。本文对利用PLC控制气力输送系统在火力发电站的粉煤灰气力输送过程进行研究，对现有的气力输送过程分析，设计更适合现实中的火力发电站气力输送的PLC控制系统。
关键字：火力发电厂 烟气治理 气力输送 PLC 粉煤灰
中图分类号：F407 文献标识码：A
我国正处于工业发展的高峰期,火力发电厂一直是我国烟尘排放的主要源头,因此火电厂实现除尘环保非常具有现实意义。气力输送系统是火力发电厂环保除尘的重要环节,科学合理地设计其控制系统,发挥其最大的效益十分必要。
采用PLC控制系统,对大型火力发电厂燃烧炉的粉煤灰气力输送控制系统进行设计。离线模拟和现场实践表明,该气力输送控制系统控制简便、灵活、经济、可靠，完全可以取代工业计算机控制。
1粉煤灰气力输送系统
1.1粉煤灰气力输送工艺描述
粉煤灰气力输送系统是由电除尘器、电动锁气器、饲料机、斜槽风机、仓泵、空压机、粉煤灰灰库及管线连接组成。
从除尘器灰斗至灰库部分具体输送程序为：首先在仓泵泵体内无压力的情况下，打开进料阀和排气阀（有仓泵导电除尘器灰斗，以保证仓泵内空气以洁净状态排放）、启动锁气器，把电除尘灰斗内的灰料经锁气器→斜槽→饲料机→进料阀送入仓泵内，达到设定填充时间时，停止锁气器运转，关闭进料阀、排气阀，打开出料阀，再打开进风阀，利用高压空气将泵内的灰料通过输灰管道输送至灰塔，一个周期完成。然后再确认泵内无压力后，打开进料阀和排气阀，如此循环，直至全部完成电除尘器分离出的粉煤灰送至灰塔库的任务。粉煤灰气力输送系统对环境保护和粉煤灰的再利用具有重要的作用，有效地处理了火力电厂锅炉煤燃烧后产生的废气及粉尘污染，优化了粉煤灰的质量。
1.2粉煤灰气力输送系统中的设计参数
输送量,输送风速和输送浓度是系统设计和选型的重要参数，对设计要求和工作运行的可靠性起着决定性的作用。
1.2.1 输送密度
G物——物料输送总量kg/s
G气——空气流量kg/s
输送密度u=G物/G气
运用于粉煤灰中等距离输送,输送密度应在u=0.5~5之间.
1.2.2 输送速度
输送风速,必须保证物料能可靠的输送,同时也要考虑工作的经济性.风速过高,能耗过大,动力消耗几乎与风速的三次方成正比.风速过低,对物料输送量的变化适应性小,工作不稳定,容易发生堵管.通常当物料的比重和颗粒愈大,输送浓度愈高,或者管道弯道多,所需风速较大,反之较小.粉煤灰气力输送的风速一般为20~25米／秒。
1.2.3 粉煤灰的物理特性
密度/（g/cm3）1.9～2.9 2.1
堆积密度/（g/cm3） 0.531～1.261
原灰标准稠度/% 27.3～66.7
1.2.4 系统出力计算
计算公式：Gf= (Q/v1)× [(p1v1-p2v2) / (m-1)]×[3.6 / (V2/2g+Lf+H+V2fNπ/ 2g)g]
Gf——系统出力,t/h;
Q——进口空气流量,m3/s;
v1——进口空气比容,m3/ kg;
v2——出口空气比容,m3/kg;
p1——进口空气压力,Pa (绝对);
p2——出口空气压力,Pa (绝对);
m——绝热系数,可取1.2:
V——管道平均流速,m/s;
g——重力加速度,9.81m/s2;
L——输送水平距离,m;
f——摩擦系数;
H——垂直升高,m;
N——90°弯头个数,当弯头小于90°时,折算为90°弯头.
2 PLC控制粉煤灰气力输送系统特点
粉煤灰气力输送系统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。粉煤灰气力输送技术具有如下的特点：（1）节省大量的冲灰水，资源节约；（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，保证了品质，有利于粉煤灰的综合利用；（3）减少灰场占地，方便存放和保管；（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）便于短距离或集中定点输送。
可编程序控制器（PLC）的主要特点1)可靠性高；2)模块化组合灵活；3)功能强,性能价格比高；4)编程方便；5)适应工业环境，可靠性高，抗干扰能力强；6)安装、维修简单；7)运行速度快；8)总价格低等。
3 PLC控制系统设计要点
3.1粉煤灰气力输送控制系统的工作原理
粉煤灰输送系统是利用压缩空气将干灰沿输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、连杆和活塞开关等部分组成，当活塞开关的活塞被气压顶至上部的时候，连杆带动摇臂杆使锥阀落下来，进料阀打开；反之，当活塞开关的活塞处于下部的时候，靠活塞开关内部的弹簧压力把锥阀推到上方，并与橡胶圈压紧，此时，进料阀是关闭的状态。
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入缸体，使缸体内物料气化后，利用缸体与管道之间的压差，将气化后的物料送至输送管道。
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，就关闭排气阀与进料阀。此时生产转入下一程序，当仓泵压力达到一个给定值时，仓泵就应进行出料的生产过程。此时进气阀和出料阀都应打开，出料延时时间继电器开始延时，出料完成即出料延时时间到，关进气阀与出料阀，生产自动切换到进料过程，打开排气阀，然后打开进料阀。
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设施。在本仓泵的控制系统中，主要是对仓泵进料阀、出料阀和排气阀的打开和关闭进行监控，如出现紊乱或开关不严，就应故障指示，及时修理。
在仓泵输送系统的控制过程中有大量的连锁及闭锁，通过PLC的控制，可达到操作的精确，降低人为的误操作。在仓泵内仍有余压的情况下只能打开排气阀降压，禁止打开进料阀，进料阀和排气阀未完全关闭时禁止打开进风阀，以防止返灰；在输灰管压力较允许值高时则闭锁打开出料阀和进风阀，以防止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，防止堵塞；在进风阀未完全关闭时，闭锁打开排气阀和进料阀；当仓泵内的灰料高度达到预定位置，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，连锁打开出料阀和进风阀进行出料；当空气母管压力降到规定值后，连锁关闭进风阀和出料阀，停止出料；还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是，则发出报警信号，提示运行管理人员该阀门有故障，应立即进行处理。
4 PLC控制系统程序设计
根据工艺过程的特点和控制要求，首先确定控制过程中的连锁关系，各个输入、输出先后次序和逻辑关系，然后运用逻辑运算的各种基本规律，写出PLC各输入、输出点逻辑关系，再由逻辑关系转化为梯形图，程序设计时，除使用PLC的内部输入和输出继电器外，还要充分利用其内部定时器、辅助继电器等各种功能模块，然后可利用专用编程软件在计算机上编写梯形图，编好以后，直接将程序下传至PLC，同时在调试程序的过程中，根据要求，修改定时器时间，以使系统达最佳工况状态，满足生产的要求。
气力输送系统程序流程图
5 结语
由可编程序控制器来构成的此粉煤灰气力输送控制系统安全、稳定、操作简便、控制灵活、维护工作量少、修改控制系统相当方便，且有能满足生产的要求，所以本系统具有推广价值。
参考文献
[1] 王平海. 粉煤灰长距离气力输送系统[J]. 水泥工程, 2006, (01) .
[2] 严玮,张小勇. CFB锅炉掺烧生物质技术及气力输送系统方案[J]. 华东电力, 2006, (11) .
[3] 霍锁军,曹万华,任怀军. 正壓浓相气力输送系统在下花园发电厂的应用[J]. 华北电力技术, 2006, (05) .
[4] 谢一华,程继斌. 陶土、煤粉流态化气力输送系统[J]. 中国铸造装备与技术, 2001, (06) .
[5]丁炜 魂孔平.可编程控制器存工业控制中的应用[M].北京:化学工业出版神,2004..
[6]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2004..
作者：周帅（1989-）男，山西太原人，助理工程师，学士，主要从事环保技术开发工作。
关键字：火力发电厂 烟气治理 气力输送 PLC 粉煤灰
中图分类号：F407 文献标识码：A
我国正处于工业发展的高峰期,火力发电厂一直是我国烟尘排放的主要源头,因此火电厂实现除尘环保非常具有现实意义。气力输送系统是火力发电厂环保除尘的重要环节,科学合理地设计其控制系统,发挥其最大的效益十分必要。
采用PLC控制系统,对大型火力发电厂燃烧炉的粉煤灰气力输送控制系统进行设计。离线模拟和现场实践表明,该气力输送控制系统控制简便、灵活、经济、可靠，完全可以取代工业计算机控制。
1粉煤灰气力输送系统
1.1粉煤灰气力输送工艺描述
粉煤灰气力输送系统是由电除尘器、电动锁气器、饲料机、斜槽风机、仓泵、空压机、粉煤灰灰库及管线连接组成。
从除尘器灰斗至灰库部分具体输送程序为：首先在仓泵泵体内无压力的情况下，打开进料阀和排气阀（有仓泵导电除尘器灰斗，以保证仓泵内空气以洁净状态排放）、启动锁气器，把电除尘灰斗内的灰料经锁气器→斜槽→饲料机→进料阀送入仓泵内，达到设定填充时间时，停止锁气器运转，关闭进料阀、排气阀，打开出料阀，再打开进风阀，利用高压空气将泵内的灰料通过输灰管道输送至灰塔，一个周期完成。然后再确认泵内无压力后，打开进料阀和排气阀，如此循环，直至全部完成电除尘器分离出的粉煤灰送至灰塔库的任务。粉煤灰气力输送系统对环境保护和粉煤灰的再利用具有重要的作用，有效地处理了火力电厂锅炉煤燃烧后产生的废气及粉尘污染，优化了粉煤灰的质量。
1.2粉煤灰气力输送系统中的设计参数
输送量,输送风速和输送浓度是系统设计和选型的重要参数，对设计要求和工作运行的可靠性起着决定性的作用。
1.2.1 输送密度
G物——物料输送总量kg/s
G气——空气流量kg/s
输送密度u=G物/G气
运用于粉煤灰中等距离输送,输送密度应在u=0.5~5之间.
1.2.2 输送速度
输送风速,必须保证物料能可靠的输送,同时也要考虑工作的经济性.风速过高,能耗过大,动力消耗几乎与风速的三次方成正比.风速过低,对物料输送量的变化适应性小,工作不稳定,容易发生堵管.通常当物料的比重和颗粒愈大,输送浓度愈高,或者管道弯道多,所需风速较大,反之较小.粉煤灰气力输送的风速一般为20~25米／秒。
1.2.3 粉煤灰的物理特性
密度/（g/cm3）1.9～2.9 2.1
堆积密度/（g/cm3） 0.531～1.261
原灰标准稠度/% 27.3～66.7
1.2.4 系统出力计算
计算公式：Gf= (Q/v1)× [(p1v1-p2v2) / (m-1)]×[3.6 / (V2/2g+Lf+H+V2fNπ/ 2g)g]
Gf——系统出力,t/h;
Q——进口空气流量,m3/s;
v1——进口空气比容,m3/ kg;
v2——出口空气比容,m3/kg;
p1——进口空气压力,Pa (绝对);
p2——出口空气压力,Pa (绝对);
m——绝热系数,可取1.2:
V——管道平均流速,m/s;
g——重力加速度,9.81m/s2;
L——输送水平距离,m;
f——摩擦系数;
H——垂直升高,m;
N——90°弯头个数,当弯头小于90°时,折算为90°弯头.
2 PLC控制粉煤灰气力输送系统特点
粉煤灰气力输送系统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。粉煤灰气力输送技术具有如下的特点：（1）节省大量的冲灰水，资源节约；（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，保证了品质，有利于粉煤灰的综合利用；（3）减少灰场占地，方便存放和保管；（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）便于短距离或集中定点输送。
可编程序控制器（PLC）的主要特点1)可靠性高；2)模块化组合灵活；3)功能强,性能价格比高；4)编程方便；5)适应工业环境，可靠性高，抗干扰能力强；6)安装、维修简单；7)运行速度快；8)总价格低等。
3 PLC控制系统设计要点
3.1粉煤灰气力输送控制系统的工作原理
粉煤灰输送系统是利用压缩空气将干灰沿输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、连杆和活塞开关等部分组成，当活塞开关的活塞被气压顶至上部的时候，连杆带动摇臂杆使锥阀落下来，进料阀打开；反之，当活塞开关的活塞处于下部的时候，靠活塞开关内部的弹簧压力把锥阀推到上方，并与橡胶圈压紧，此时，进料阀是关闭的状态。
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入缸体，使缸体内物料气化后，利用缸体与管道之间的压差，将气化后的物料送至输送管道。
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，就关闭排气阀与进料阀。此时生产转入下一程序，当仓泵压力达到一个给定值时，仓泵就应进行出料的生产过程。此时进气阀和出料阀都应打开，出料延时时间继电器开始延时，出料完成即出料延时时间到，关进气阀与出料阀，生产自动切换到进料过程，打开排气阀，然后打开进料阀。
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设施。在本仓泵的控制系统中，主要是对仓泵进料阀、出料阀和排气阀的打开和关闭进行监控，如出现紊乱或开关不严，就应故障指示，及时修理。
在仓泵输送系统的控制过程中有大量的连锁及闭锁，通过PLC的控制，可达到操作的精确，降低人为的误操作。在仓泵内仍有余压的情况下只能打开排气阀降压，禁止打开进料阀，进料阀和排气阀未完全关闭时禁止打开进风阀，以防止返灰；在输灰管压力较允许值高时则闭锁打开出料阀和进风阀，以防止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，防止堵塞；在进风阀未完全关闭时，闭锁打开排气阀和进料阀；当仓泵内的灰料高度达到预定位置，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，连锁打开出料阀和进风阀进行出料；当空气母管压力降到规定值后，连锁关闭进风阀和出料阀，停止出料；还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是，则发出报警信号，提示运行管理人员该阀门有故障，应立即进行处理。
4 PLC控制系统程序设计
根据工艺过程的特点和控制要求，首先确定控制过程中的连锁关系，各个输入、输出先后次序和逻辑关系，然后运用逻辑运算的各种基本规律，写出PLC各输入、输出点逻辑关系，再由逻辑关系转化为梯形图，程序设计时，除使用PLC的内部输入和输出继电器外，还要充分利用其内部定时器、辅助继电器等各种功能模块，然后可利用专用编程软件在计算机上编写梯形图，编好以后，直接将程序下传至PLC，同时在调试程序的过程中，根据要求，修改定时器时间，以使系统达最佳工况状态，满足生产的要求。
气力输送系统程序流程图
5 结语
由可编程序控制器来构成的此粉煤灰气力输送控制系统安全、稳定、操作简便、控制灵活、维护工作量少、修改控制系统相当方便，且有能满足生产的要求，所以本系统具有推广价值。
参考文献
[1] 王平海. 粉煤灰长距离气力输送系统[J]. 水泥工程, 2006, (01) .
[2] 严玮,张小勇. CFB锅炉掺烧生物质技术及气力输送系统方案[J]. 华东电力, 2006, (11) .
[3] 霍锁军,曹万华,任怀军. 正壓浓相气力输送系统在下花园发电厂的应用[J]. 华北电力技术, 2006, (05) .
[4] 谢一华,程继斌. 陶土、煤粉流态化气力输送系统[J]. 中国铸造装备与技术, 2001, (06) .
[5]丁炜 魂孔平.可编程控制器存工业控制中的应用[M].北京:化学工业出版神,2004..
[6]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2004..
作者：周帅（1989-）男，山西太原人，助理工程师，学士，主要从事环保技术开发工作。