电厂输煤自动控制系统节能优化方法研究

电厂输煤自动控制系统节能优化方法研究

耿芸

山西大唐国际云冈热电有限责任公司

 摘要：自动控制系统是当前工厂中经常使用的一种手段，主要是通过程序让工厂整体的运行在自己的监控下进行，这样做的好处就是自动系统本身具备极强的运行效率，在使用的过程中，不需要过多的工作人员介入，从而实现工作的有效运行，能够极大提升电厂的实际运行效率，同时由于机组本身的成本问题，相较于人员来说有着非常大的优势，且机器本身精准的特性让出现意外的情况大大减少，保证了工作人员的安全，除此之外，也能够降低运输的成本提升运输的效率，因此成为了当前的电厂的主要选择，在实际使用中占有非常重要的作用，保证了当前的电厂输煤工作的发展。本文以输煤自控系统为例，简要阐述该系统的技术原理与流程，并结合实际项目，对传统均速输煤模式与可调节模式进行实验，对比二者的能源消耗量。根据方案对比可知，通过对输送机实施节能调速控制，经过8h运行后，与均速输煤相比可节约809.7kWh，整体节能效率超过10%，对减轻输送设备损耗，延长设备寿命具有重要意义。

关键词：火电厂；输煤自控系统；节能优化；方案设计

1、输煤自动控制系统技术原理

        该系统利用Quantum系列PLC为控制主机，利用双主机模块热备模式实施，上位机为两台客户机，创建完善的监控网络，利用Fix3.0软件包作为MMI应用软件，对工艺参数实时采集，并具备报警信息记录、系统联网、操作显示等功能，使整体系统实现自动化运行。在火电厂生产中，自动化输煤皮带系统处于关键设备，其技术原理在于根据燃烧室的工作状态，对各个时段的耗煤量进行计算，再将输煤指令传递到皮带机上，与现场不同类型约束条件相结合，使皮带机运行速度得到良好调节，进而实现自动化输煤工作。该系统运行效果受燃烧情况的情况，通过系统结构、软硬件等优化，可提高综合输煤能力，实现节能效果[1]。

2、输煤自动控制系统的节能优化措施

2.1项目概况

    某火电厂引进两台250MW机组，输煤系统由碎煤机、煤场、转运站、输煤皮带构成，彼此属于从属关系，本研究将其看成一个整体，站在节能角度对煤仓皮带控制系统提出优化措施，主要体现在PLC系统结构设计、操作台优化、闭环控制优化等方面，使输煤设备的使用寿命得以延伸，并最大限度地降低煤炭资源与电能浪费，为火电厂节约更多经济成本。

2.2节能方案制定

        2.2.1PLC软硬件结构优化

        PLC主站作为输煤系统的核心所在，可通过以下结构设计，达到节能目标。

        （1）控制箱硬件设计。在控制主站中，针对机架、I/O结构进行合理排序，优化I/O分站采集信号环节，根据现场总线协议将信号传输到PLC中，经过一系列信号处理后，使外部设备得到良好管控。

        （2）系统信号统计。该项设计应注重控制设备具体情况，使检测信号类型得到明确，包括速度信号、煤位信号等等，还应科学使用电机设备。在输煤系统应用中，PLC作为传感器检测信号，应明确配煤路线和信号开启方式，待PLC接收到上位机传达的启动指令后，系统便会朝着与煤流相反的方向开启声光报警，时长为10s左右，此时输送带便会运转，自动上煤，犁煤器将根据煤仓存储程度进行自动配煤[2]。

（3）软件设计。该设计目标是利用梯形图来编写语言，关系到许多环节，先要确定初始化程序，根据实际情况选择相应的工作模式，如强制型和正常型，还应选择相应控制方式，如自动控制、远程操控、就地操控。在软件系统运行期间，应对运行方式、传送方式、甲板质量等进行检测。
2.2.2上位机与操作台优化
        在上位机系统优化期间，关键在于现有组态软件的应用。站在节能角度进行系统优化，使其功能更加全面、操作更加便捷，在可视化与维护效率方面均得到显著提升。对此，在系统运行状态下利用切换按钮的方式，使操作界面得到改变，实现多个环节的灵活运行。同时，监控系统还可加入语音、画面等，在出现故障时及时发出警报，并闪烁灯光，将故障状态动态化展示出来，为技术人员及时确定故障位置和类型，缩短维修时间提供便利，达到节能效果[3]。
        在操作台设计方面，在运转期间需要对输煤操作、控制形式合理选择。在正常模式下，待系统检验到故障后便会立即停车检验；在强制模式下，系统将会摆脱故障信号，强制进行输煤。在控制形式中，分成远程、就地与自动三种形式。在远程操控方面，主要在控制室内对各个输煤设备进行掌控，达到“一对一”控制目标；就地控制是由人工手动完成，可在各个输煤设备周围安装电气控制装置，利用其合理选择控制设备，对系统启停操作给予全面监控。在自动控制方面，以程序自动控制为主，根据实际工艺需求编制运行程序，使设备能够满足启停等运行要求，在获取信息后传输到计算机中，由此实现状态控制目标，达到更高自动化程度，在无需操作时能够自动断电，节能电能消耗。
        2.2.3速度控制方式优化

        在以往输煤系统中，多采用均速输煤形式。为使整体输煤系统更具节能效果，应实施闭环控制优化。对于开环控制来说，在实施期间的重点是结合现有电价与发电数量，按照时段的不同对皮带机运行速度进行调节，将此种方式与以往均速控制进行对比，尽管在节能性能方面有所提升，但应用范围狭窄，无法适用于多场合中，运行需求仍然难以满足。对此，应利用闭环控制方式进行节能优化。在MPC控制系统中，针对分散且无需状态的模型进行优化处理。要想使模型结构更加完善，达到理想的优化成果，应及时调整控制环节，使反馈内容得到补充。在模型预测期间，可设置离散状态方程，如下：
        式中，X（K）代表的是输煤系统在k时间段内的运行情况；u（k-1）代表的是系统在（k-1）时段内的控制变量；M代表的是应用时预测数据；N代表的是现场数据。在系统正式使用后，应检验其应用效果。该项目采用均速皮带机作为对照，对闭环控制效果进行验证，对比两种形式的节能效果。
2.3节能优化效果
        为了检验优化后输煤系统的节能效果，在现场开展了2天的试验，每天采用不同的运行方式，第一天采用方案一，即利用顺序启停方式，采用额定带速来控制运行；第二天采用方案二，即利用上文研究的节能控制阀，对两天的运行效果进行对比。
        方案一：输送机按照与煤流相对的方向运行，且带速始终处于均速状态，即5m/s。由人工设置运输量，将其分成四个阶段，即每小时2000t、1500t、1000t和500t，每个阶段持续运行1h，将运行间隔设定为15min，并在监控平布上对不同输送机的有功电能耗费值进行显示，计算出1h内的均值。
        方案二：对输送机实施节能调速控制，由人工设置运输量，将其分成四个阶段，即每小时2000t、1500t、1000t和500t，每个阶段持续运行1h，将运行间隔设定为15min，并在监控平布上对不同输送机的有功电能耗费值进行显示，计算出1h内的均值。
        将上述两种运行状态采集的数据进行对比分析，发现带速与运量相对应的节能控制技术，在运量下降时用电量可随之降低，节能效果更加显著。第一天4h内的耗电总量为9453.2kWh，第二天4h中的耗电总量为8643.5kWh，二者相差值为809.7kWh。该企业每天生产时间基本为8h，当前输煤系统的运量设定为4×106t/a，在使用上述提出的节能控制技术后，可节能电能5.34×106kWh/a，但采用传统控制方式，可耗电量为6.47×106kWh/a。可见，在节能控制技术应用后，整体节能效率超过10%。在输煤系统中带速降低后，对输送设备的损耗也随之降低，设备寿命得以延长。
3、结论

综上所述，在节能环保政策背景下，火电厂在电能生产中应注重能源节约，降低电能成本支出。在输煤系统运行中，应做到与时俱进，通过PLC控制系统结构优化、上位机与操作台优化、速度控制优化等方式，将原本均速输煤改为灵活调速，此举不但可对系统进行自动化保护，促进输煤效率提升，还可达到节能环保的目标，与电能生产的总体趋势相适应，节约更多能源，取得丰厚的电能生产效益。
参考文献：
[1]柏正祥,张泰安,董国昌.西门了S7-300PLC与WinCC6.0组态技术在输煤自动控制系统中的应用[J].电气应用,2019(06):012-014.
[2]陆大同,杨超,李文芳.基于PLC的输煤自动控制系统设计[J].电气传动,2019,47(11):036-038.
[3]王占贵,霍明明.基于西门子PLC的带式输送机输煤自动控制系统设计[J].煤矿机械,2020,41(3):225-227.