二次風擋板電動執行器的應用和分體式改進

二次風擋板電動執行器的應用和分體式改進

介紹了電動執行機構作為熱工自動調節裝置在火力發電廠鍋爐燃燒自動控制中的重要作用。本文以徐塘發電公司4*300MW機組二次風擋板電動執行機構為例，詳細闡述了Jordan型執行機構分體改造過程，可滿足各項安裝、調試質量標準的高要求，有利于機組運行后的安全穩定，并減少維護成本。

現代燃煤機組已經發展到了高容量、高參數的階段，對熱工控制的自動化水平提出了更高的要求。AGC（Auto Generator Control自動發電控制）控制是一種先進的熱工控制系統，它對機組能否正常投入協調控制提出了很高的要求，并要求機組對負荷調整有良好的響應。因此，熱工控制自動化系統的快速性、穩定性，準確性就顯得十分重要。而電動執行機構作為自動化調節系統中重要的終端控制部分，它的性能好壞，對機組協調控制系統的安全運轉，調節品質的優劣有著直接的影響。特別是在鍋爐燃燒系統中，直接控制風、粉配比的各類執行器，對機組的經濟、安全運行起到了關鍵作用。

Jordan型電動執行機構在徐塘發電廠4*300MW機組燃燒系統中的應用及存在問題

本文所介紹Jordan型電動執行機構作為鍋爐燃燒器二次風門擋板開度調整設備，用于二次風的自動調節。

鍋爐燃燒系統簡介

燃燒器是鍋爐的燃燒設備，使燃料和空氣混合充分、并及時著火、穩定燃燒。通過燃燒器送入鍋爐的空氣是按對著火、燃燒有利的原則合理組織，分別送入的。按送入空氣作用的不同，可以將送入的空氣分為一次風、二次風等，其中二次風為煤粉的燃燒提供氧氣，助燃料完全燃燒，調節二次風量大小來優化鍋爐內熱力場的風量和煤粉量的比例，提高鍋爐穩定燃燒能力，促進可燃物的完全燃燒，減少物理和化學類的熱損失。

二次風門電動控制裝置根據鍋爐負荷變化和燃料的變化來控制二次風擋板開度。接受DCS控制信號，并反饋開度信號至DCS。

Jordan執行器配置方式

以徐塘發電公司六號機組所用上鍋產300MW鍋爐為例，其燃燒方式為四角切圓，燃燒器為水平濃淡燃燒器，四角布置，每角燃燒器共布置13層噴口，一組控制，從上到下風室的配置依次為OFA層—OFB層—EE層—E層—DE層—D層—CD層—C層—BC層—B層—AB層—A層—AA層。其中EE層、DE層、CD層、BC層、AB層、AA層為輔助風，E層、D層、C層、B層、A層為燃料風，OFA、OFB層為燃盡風。

每層風道出口處裝有擋板以控制開度，各層風道擋板由一個電動執行機構控制。風道擋板開度采用層控制，即在同一標高上的執行機構接受同一指令同步進行動作。每角13臺，一臺爐52臺。電動執行器采用的是Jordan LA-2450型電控、雙向直行程、調節型執行機構。其最大行程為152mm（6英寸），最大推力為6672牛頓（1500磅力），并有一個非離合式的手輪。電機為單相交流，帶AD-8130型伺服放大器。接受4～20ma控制信號。安裝方式為懸掛于爐壁，通過拐臂實現角行程控制。

存在問題

然而該電動執行機構在應用中存在實際動作和指令位置有誤差，甚至拒動，導致四角二次風門配風不均，影響爐內空氣動力場。分析原因主要有如下幾點。

1）二次風門本身緊貼爐壁，環境溫度比較高，控制卡件等電路板正常使用溫度在70℃以下，環境溫度在夏天的時候經常會在70℃以上，長期使用造成電子元件老化，控制偏差增大甚至無法控制。還有在使用過程中經常出現二次風門內部電氣元件燒壞的情況，使得風量無法控制在正常范圍之內，給機組正常運行造成隱患。

2）Jordan型執行機構原為一體式，伺服放大器控制卡在執行器內部，且調整按鈕均附于卡件上， 檢修人員在定位，復位調試等動作時，需開蓋操作，容易發生觸電事故。而且執行器位置高懸，空間狹窄，檢修人員需要高空操作，危險性大。

3）頻繁揭蓋檢修，導致執行機構本身密封破壞，在遇到漏雨和清潔人員沖水清洗時出現滲水情況，卡件遇水短路，燒壞。

4）二次風管道內外溫差大，擋板機械部分因受熱不均出現變形，造成擋板動作卡澀，甚至卡死，燒毀電機。

上述問題的存在，使Jordan一體式執行機構的故障率很高，使得檢修維護工作量增大，給運行人員監控和調整二次風配風帶來諸多不便，直接影響到鍋爐的安全和經濟運行。

圖1　分體改造示意圖

圖2　控制部分改造前后對比

圖3　分體改造后執行機構外觀

Jordan型電動執行機構的分體式改造

分體式改進方案

針對前述難題，一個有效的解決途徑就是對電動執行機構進行分體式改裝。主要是將電控部分與齒輪箱、推力開關、行程檢測單元等機械部分開布置，并安裝在環境較好的地方，杜絕惡劣工況的影響。

本次對Jordan型二次風門執行機構所做的改進主要是：將原機內伺服放大器控制卡件置換為上海儀集儀表生產的ZPK-3000型外置智能控制盒，并通過電纜連接。并將控制盒移位，改善執行機構電控部分工況。

方案實施及技術措施

原Jordan執行器內部的AD-8130型伺服放大器控制卡通過兩個條形連接器連接了12根接線，分別是2根動力線，3根電動機線圈接線，3根導電塑料電位計出線，2根指令信號線，2根反饋信號線。這些接線將控制卡件與單相電動機、電位計、上位DCS等裝置相連，實現控制和反饋功能。

拆除掉控制卡件后，需要將接線和智能控制盒相連。由于存在顏色重復的接線，要用萬用表和信號發生器，利用各元器件不同特性加以測量，來確定各接線的作用并加以標記。接下來拆除伺服放大器控制卡件，將上述12根導線通過接線端子排和控制盒電纜相連。接線時注意線路類型，一一對應。接線完成后將端子排妥善固定于執行機構內，保證接線可靠，防止因振動松脫。連接執行器和控制盒后，固定好分體控制盒，并做好電纜保護套管和執行機構連接處的密封，防止灰塵，雨水滲入。至此改造完成。

改造之后，智能控制盒將替代原控制卡件直接連續接受指令信號，控制動作桿位移。并接受行程檢測單元的行程信號，轉換成線性的4～20mA標準信號并反饋至DCS。

改造后的優勢

1）改造后的Jordan執行器拆除了控制卡件 ，執行機構內只保留雙向推力開關，限位開關和位置檢測單元等機械部件，增強了可靠性。

2）將外置控制盒集中安裝在遠離鍋爐的一個防雨箱內，避免了高溫、雨淋現象對電子元器件的影響，工作環境較好。

3）智能控制盒控制精度好，動作平穩，操作簡單，安裝維護簡易，具有通訊和現場顯示功能，便于維修人員對執行器工作情況進行檢查維修。且具有自動調校功能，能方便地設定擋板的開度的零位，滿位和復位等操作。

改造后效分析

由于執行器數量眾多，改造采取壞一臺，修一臺，改造一臺的方式，消缺的同時進行改造。全廠4臺鍋爐共200臺Jordan執行器，至2014年11月，已完成改造75臺，更換率為37.5%。更換控制器之后，執行器依然保持了調節靈敏、反應迅速、開度控制精確的優點，同時系統故障率降低，改造兩年多來，新型智能分體控制器故障情況占整體二次風擋板故障率不足1%。達到了預期改造目的，創造了良好的直接，間接經濟效益和社會效益。

直接經濟效益：分體改造的成功，減少了日常運行維護量，節約了備件費用。原裝控制卡件價格昂貴，一塊卡件價值1.5萬元，而分體控制器僅4000元，且改造后故障率下降，一年一臺執行器能節約檢修成本1.1萬元，考慮到執行器數量眾多，改造整體產生的直接經濟效益十分可觀。

間接經濟效益：二次風門的穩定，使鍋爐氧量更容易控制，風粉比更精確，有效降低了發電煤耗，保證了鍋爐穩定經濟運行。

社會效益：發電煤耗降低了，污染物排放減少，減輕了環境污染。

隨著熱工自動化技術創新的不斷發展，新的技術、新的工藝不斷出現，使技術改造貫穿著機組的整個生產運行周期。鍋爐燃燒控制系統的可靠性關系到運行安全，因而燃燒器控制執行器的改進已成為各方研究的課題。徐塘發電有限責任公司鍋爐二次風擋板執行器分體改造的成功實施，提高了設備的利用率，保障了機組的經濟運行，為國內發電企業同類型問題的解決提供了借鑒。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.18.011