氣流床煤氣化工藝磨煤控制系統優化

張鵬飛

（河南龍宇煤化工有限公司）

磨煤單元的穩定運行和進料煤質的穩定性是保證生產裝置連續運轉的重要前提，聯鎖控制系統在高度自動化的化工生產中是保證化工裝置安全平穩運行的重要手段。 筆者在保證人員和設備安全的前提下，對氣流床煤氣化工藝磨煤干燥單元的聯鎖控制部分進行優化，以滿足實際生產需要。

1 工藝原理

在惰性環境和微負壓條件下， 粒度約為13mm 的碎煤和石灰石在一定的配比下， 進入磨機中被碾磨和干燥。 干燥的熱量是由熱風爐提供的，煤粉的粒度由循環氣流量、液壓輥的壓力（通常不調節）和可調速的旋轉分離器控制。 惰性氣體帶動煤粉進入袋式過濾器完成氣體和粉煤的分離。 循環氣體的能量靠循環風機提供。 過濾后大部分氣體被循環用來維持系統的惰性，約20%的循環氣體被排放， 以保證系統水含量的平衡，排放氣體中固體濃度小于10mg/Nm3。煤粉通過袋式過濾器分離后, 經旋轉給料機和螺旋輸送機被送到煤加壓和給料系統。

2 控制系統及聯鎖優化

2.1 控制柜供電系統在線監測

控制系統的硬件集成在控制柜內，供電系統的穩定是硬件正常工作的基礎。 除柜內風扇、照明、插座和少數現場設備直供220V（AC）外，控制系統硬件工作電壓基本全為24V（DC）（如控制器、卡件及安全柵等）。 為此，柜內配置冗余24V（DC）電源轉換模塊，將220V（AC）轉換為24V（DC），并且電壓可微調，將電壓分別供至各硬件。

為保證電源模塊正常工作，需加強系統巡檢并測量輸出電壓， 確保輸出電壓在正常工作范圍，但因此增加了巡檢人員的工作強度。 為了能夠及時發現輸出電壓的異常，控制柜電源的在線監測尤為重要。

優化方式：從冗余24V（DC）電源模塊的輸出電壓處，各引出一組信號線，串聯后經柜內繼電器、端子排至控制系統的DI 卡件，并組態一個DI點，定義為“供電狀態”，0 為紅色，1 為綠色。 正常情況下，繼電器吸合，信號到位，“供電狀態”為綠色，當電壓較低或因故失電時，繼電器斷開吸合，信號消失，“供電狀態”為紅色，并組態報警，當信號為0 時，報警彈出，發出聲音警告，提醒工作人員。

效果： 優化后能夠及時發現供電異常情況，彌補人員巡檢不及時的缺陷。

2.2 石灰石自動下料系統

在碎煤中需加入一定比例的石灰石，其目的是為了調整原料煤的灰熔點。

優化方式：增加石灰石下料順序控制。 順控是按照規定的順序依次完成各種操作的控制系統，即當條件滿足時會自動執行動作，逐步往下進行。 增加石灰石下料系統順控31KS0001，無需工藝人員手動操作，使之能夠向石灰石倉自動下料。 尤其是雙系列石灰石貯倉下料時，為避免同時向石灰石倉下料導致堵料現象發生，當一個系列順控在運行時另一個順控處于暫停狀態，并且不允許人員操作。 為有效控制石灰石的添加周期，可提前設置好順控中的進料時間、等待時間和流化時間。

效果：優化后降低了工藝人員和設備檢修人員的勞動強度，提高了控制系統自動化率。

2.3 磨機主電機聯鎖

磨機主電機聯鎖的目的是為了保護磨機，避免磨機在危況下運行，造成設備損壞，危及人身安全，影響下游工藝。 原始聯鎖設計如圖1 所示。

圖1 原始聯鎖設計

優化方式為增加以下聯鎖：

a. 熱風爐火檢信號消失+旋轉分離器混合物溫度低；

b. 旋轉分離器轉速低低；

c. 熱風爐膛溫度高高；

d. 磨機惰性氣體含氧量高高延時60s；

e. 煤粉貯倉稱重高高；

f. 磨輥密封氮氣與一次風壓差低低；

g. 旋轉分離器壓差高高；

h. 報警復位。

效果： 優化后減少了磨機一些不必要的停機，降低了磨機在危況下的運行風險，提高了磨機安全運行指數。

2.4 磨機控制系統PLC 通信優化

原磨煤系統磨機設備由潤滑油站、 液壓油站、分離器、主磨機、盤車裝置及電儀控制系統等組成，設計控制方案為：

a. DCS 遠程監視磨機各設備運行狀態和運行數據，包括各機泵啟停狀態、磨輥溫度、減速機推力瓦溫度、輸出軸溫度、振動值、主電機軸溫、繞組溫度、分離器油池溫度、潤滑油溫度與壓力及液壓站油壓等。

b. 磨機設備配套機泵的遠程操作控制經由隨主設備配置的PLC 系統進行信號轉接后，由PLC 輸出控制機泵啟停，PLC 實現對密封風機、拉緊電機、潤滑油站高低壓油泵、分離器變頻器的啟停控制， 并輸出報警和跳車總信號去DCS，由DCS 實現磨機主電機的聯鎖保護，DCS 系統接收到PLC 送來的總故障信號后執行磨機設備停止指令，其控制信號流程如圖2 所示。

因設備監控操作牽連PLC、DCS、電氣高低壓以及工藝設備，控制信號交叉連接，磨機系統啟動異常或異常停機時，故障具體原因難以快速查找。 設備監控操作配置繁雜冗贅，不利于日常維護，不便于集中操作管理，增加日常元器件備件費用。

優化方式為將磨機PLC 系統從整個控制回路中去除， 使磨機設備的控制邏輯在DCS 中實現，具體如下：

a. DCS 遠程啟停密封風機；

b. DCS 遠程啟停高低壓油泵，實現高低壓油泵油壓低啟備泵的聯鎖，實現高低壓油泵互備聯鎖；

c. DCS 遠程啟停液壓站電機，實現液壓油壓力與液壓電機自動啟停聯鎖；

圖2 磨機設備控制信號流程

d. 磨機設備的儀表測量信號進入DCS 系統實現磨機停機邏輯，增加油泵運行信號聯鎖磨機停機邏輯，增加高壓油泵壓力低低聯鎖磨機停機邏輯；

e. 增加高壓油泵壓力遠傳壓力信號。

效果有以下方面的表現：

a. 整個控制方案清晰明確，利于日常維護管理，節約元器件備件費用；

b. 無控制器之間的信號反復傳遞，避免了繁雜的信號回路，降低了設備故障點和故障率；

c. 設備啟停故障和運行期間故障的查詢與分析更準確、快捷；

d. 所有運行參數均引入DCS 遠程監視，所有機泵啟停均可在DCS 遠程操作， 聯鎖邏輯明晰；

e. 符合提高工廠自動化水平的要求， 依據“集中操作”原則，整個系統的監控可在中控DCS中實現，降低了現場巡檢工作量。

2.5 關鍵設備生命周期在線監控

為監控磨機等現場關鍵設備和機泵的生命周期，在程序中實現關鍵設備和機泵的運行時間累積。

優化方式為增加設備的在線監控：

a. 組態程序，檢測設備運行反饋，當運行反饋信號為真時，計時器開始計時，記錄設備運行時間；當運行反饋信號消失（即設備停運）時，計時停止；當設備再次運行時，計時器開始累積計時，周而復始。

b. 將計時器累積總時間換算為天、 時、 分、秒，并在運行界面上顯示。

c. 增加計時復位功能，根據實際需求，可手動進行運行時間復位操作，在運行界面上制作復位按鈕，并輔以二次確認。

d. 實現設備的“總運行時間”和“本次運行時間”兩種運行周期監測。 對設備的生命周期有直觀的數字認知。

效果：通過觀察設備運行總周期，可直觀掌握設備使用壽命，工藝方面亦可及時對設備進行倒泵操作或計劃檢修，預先抑制設備故障發生的苗頭。

2.6 增加聯鎖首出

優化方式：使用因果矩陣功能塊，引入磨機、熱風爐及給煤機等聯鎖條件， 當聯鎖觸發時，因果矩陣功能塊能夠記錄跳車數值，通過換算可以定位到具體的聯鎖條件。 如此，則能夠快速地查詢到跳車原因。 同時，在上位機監控界面中，在聯鎖觸發條件前以三角形進行標記，聯鎖未觸發時隱藏，聯鎖觸發時顯現，并用紅黃交替閃爍提醒。當聯鎖條件消失時，通過手動復位，界面恢復正常。

效果： 工藝人員可以直觀地了解跳車原因，及時對跳車原因進行排查并對工藝操作進行優化。

3 結束語

通過對磨煤控制系統進行優化，可使設備在緊急情況下安穩停車，降低設備損壞風險；同時提高了系統的自動化程度，使工藝問題分析更加快捷直觀；對設備使用壽命做到心中有數、隨時掌控，及時制定檢修計劃，遏制危及設備正常運行的隱患苗頭，實現裝置安全、穩定、長周期、滿負荷、優質運行。