煤粉过滤器反吹控制系统升级改造

王常凯

（河南中原大化集团仪表工程公司，河南濮阳 457004）

0 引 言

河南煤业化工集团中原大化公司500kt／a甲醇项目，其煤气化装置采用壳牌（Shell）干煤粉加压气化工艺。其中，气化装置煤粉袋式过滤器S1103A／B、S1201A／B，为磨煤及输送单元重要设备。S1103A／B、S1201A／B中任何一台出现问题，将造成气化煤粉输送单元单系列运行，气化炉负荷减半，带来非常大的经济损失。其煤粉反吹控制系统，均为西门子S7－300系统独立控制，其处理器为单卡，不符合现代自动化控制的安全要求，另外，没有通信卡，监控操作必须到现场操作，十分不便；并且其控制方案有不是很完善的地方，存在一定的安全隐患。公司决定在2012年年度大修中对S1103A／B、S1201A／B进行升级改造。

S1103A／B、S1201A／B反吹控制系统由S7－300PLC系统升级为S7－400PLC冗余系统，并把现场S7－300PLC控制盘指示的二次表显示引入DCS显示；在利用原有控制柜中信号线的基础上，优化I／O点，仅对PLC进行冗余改造，既节省投资，又可以节约施工周期。

1 工艺简介

壳牌煤气化工艺的给煤系统采用干粉加压给料法。中原大化采用2套磨煤系统对应2套输送系统进行煤粉的加压输送，每套系统向气化炉的两个对置的煤烧嘴供煤。煤粉过滤器位于煤粉锁斗上部，对输送合格煤粉起着非常重要的作用。

以煤粉袋式过滤器S1103A／B为例，其技术参数及工作原理简介如下。

1.1 S1103A／B技术参数（表1）

1.2 工作原理

（1）工作工况

含尘气体从灰斗进入装有滤袋的过滤室，粉尘被阻留在滤袋外面，干净气体则透过滤袋，并经净气室、排风管、风机和排气筒排入大气中。

（2）清灰工况

当滤袋外壁的粉尘层逐渐增厚，除尘器阻力随之增高，在达到设定的压力值或清灰时间后，即逐渐轮流进行脉冲喷吹清灰。清灰开始时，电磁控制阀打开脉冲阀，喷吹管便与气包相通，压缩空气（p＝0.15～0.25MPa）经喷吹口喷向滤袋，在喷吹的瞬间（0.065～0.085s），高速的压缩空气流在其周围产生负压，形成引射作用，又可从周围吸入约5～7倍于压缩空气的气体，压缩空气和引射气流一道射入滤袋内部；由于喷射时滤袋发生全面抖动和由里向外的反吹气流的作用，便可有效地清除掉附着、堆积在滤袋外表的粉尘（掉入灰斗中），如此完成全部滤袋的清灰过程。清灰完毕后，恢复正常过滤状态，进入运行周期。落入灰斗的粉尘由空气斜槽排放。

表1 S1103A／B技术参数

2 反吹控制系统的升级改造

2.1 系统网络结构（图1）

据给煤系统工艺要求，在原S7－300系列PLC的基础上，将控制系统升级改造为S7－400系列PLC，并与DCS系统结合，按分散控制、集中管理的原则对整个控制系统进行优化，从而实现数据采集、处理、监控及对现场设备的控制。

图1 系统网络结构

2.2 总体改造思路

（1）增加一面控制柜，用于安装S7－400CPU安装导轨。并在其上安装电源模块PS407、S7－400冗余CPU，及配套同步模块和通信模块CP。

（2）采用西门子分布式PROFIBUS－DP冗余通信方式，将原四套粉煤反吹系统S1103A／B、S1201A／B整合为一套冗余控制系统，通过接口模块IM153－2与CPU通信。

（3）在原S1103A／B系统上分别增加3块16点DO数字量输出模块，原S1201A／B系统上分别增加1块16点DO数字量输出模块。并相应完善控制方案，将各仓室脉冲阀分开激励。

（4）完善控制柜内控制回路，增加中间继电器及配套底座和安装导轨。增加端子排，并完善接线。系统预留工程师维护编程接口，实现操作人员在主控室即可进行管理、调试和监控。

2.3 编程设计

以S1103A为例进行介绍。S7－400PLC在S1103A控制系统中所实现的功能：80台反吹阀（A1～A80）实现了顺序启动，每个阀门触发时间200ms，阀门之间动作间隔为5s、8s、10s三种动作频率可选择（如图2），启动PLC现场启动与DCS远程启动可选择，监控点（温度、压差、压力、开关等）全部以现场总线方式引入DCS控制系统监控，从而实现各仓室脉冲阀分开激励。

图2 脉冲阀自动运行程序流程

3 结 语

西门子S7－400H冗余系统较之原S7－300系统，可实现冗余控制，在安全和处理速度上均有质的飞跃。通过接口模块，可以实现与原4套系统的无缝连接；通过安装通信模块，主控可实现监控和操作。同时，对原系统中的隐患进行整改，增加模块、继电器和端子排，彻底消除影响生产稳定的不安全因素。S7－400H系统具备很高的可用性，其应用领域广泛：

·控制器发生故障后再启动的费用十分昂贵的场合（一般为过程控制工业），如发生停机，将会造成重大的经济损失；

·过程控制中包含有贵重的材料；

·无人管理的应用场合；

·需减少维护人员的场合。

自动化控制领域中，有容错功能和高可靠性的自动化系统的应用越来越多。如气化煤粉反吹系统，系统停机将带来巨大的经济损失。在这种情况下，只有冗余系统才能满足高可靠性的要求。高可靠性的SIMATIC S7－400H能充分满足这些要求。它能连续运行，即使控制器的某些部件（一个或几个）出现故障而失效也不受影响。