快速分體改造智能閥門定位器在鍋爐二次風門中的應用

丁建立

（廈門華夏國際電力發展有限公司，福建 廈門 361026）

1 鍋爐概況

廈門華夏國際電力發展有限公司4臺300 MW機組鍋爐均為上海鍋爐廠產1025 t/h亞臨界、汽包循環單爐膛鍋爐，配置 5 套制粉系統，四角切圓燃燒。鍋爐二次風門為四角布置，低氮燃燒改造后，共有14層二次風門及2層擺角。這16層風量控制采用一體化的ABB TZID-C系列（以下簡稱ABB智能定位器）或西門子 SIPART PS2系列智能定位器來實現。以ABB智能定位器為例來說明智能定位器的快速分體改造。

2 二次風門控制系統概述

（1）二次風門的作用。鍋爐二次風是煤粉及燃油燃燒所需的助燃空氣。二次風門氣動控制裝置根據機組負荷及鍋爐燃燒情況對二次風門擋板進行控制。DCS控制系統發出4～20mA指令，由現場的ABB智能定位器驅動氣缸活塞運動，再帶動風門擋板旋轉來控制二次風量，從而保證燃燒的穩定性，維持一定的爐膛負壓，保證煙氣中NOx濃度在合理范圍內，達到日益嚴格的環保要求。

（2）300MW機組二次風門的布置。鍋爐二次風量控制設備布置情況：每個角共14層二次風控制裝置、5層燃料風、6層輔助風、4層SOFA燃盡風。另外，每個角還有1個主燃燒器擺角及1個SOFA風擺角控制裝置。

（3）二次風門控制裝置現有的問題。①環境溫度高。二次風門控制裝置的智能定位器離爐膛壁約20cm，爐膛散發的熱量大，夏季晴天時環境溫度經常處于50～80℃，短時熱浪甚至高達90℃以上。定位器的密封圈、IP模塊、電路板均面臨嚴峻的高溫考驗。②儀用氣品質差，帶油帶水嚴重。儀用氣是儀用壓縮空氣的簡稱，是僅次于電力的第二大動力能源，正常供氣壓力0.6MPa左右。本公司儀用氣品質差，無法達到定位器要求的品質。嚴重帶油帶水的儀用氣對智能定位器腐蝕嚴重，且會積累在定位器殼體內長期存在。泄漏出的油污混合煤粉、粉塵，會形成大團或長條污垢。因相鄰層工作區域相隔較近，稍有觸碰則有掉落，大大地影響維護人員的心情，清理污垢的工作又增加了不少工作量。③面臨高空作業或者受限空間作業。鍋爐#2、#3角最為糟糕，此2個角90%以上二次風門執行機構處于臨空環境或者狹小空間，整體約70%二次風量設備屬于此類情況，檢修維護不便，拆裝時容易損壞電路板，存在定位器密封不嚴等隱患。④二次風門執行器結構復雜、難以拆裝。二次風門執行器采用背板固定、帶3個壓力表的多組件設計，結構復雜，零件多達15個。因空間狹小，零件之間相互牽制，難以拆卸，定位器整體拆裝更換頗為不便，耗時耗力。

3 ABB TZID-C系列智能閥門定位器簡介

ABB TZID-C智能閥門定位器是安裝在氣動執行器上的具有豐富功能的定位器，智能化程度高，調節方便。定位器的核心是微處理器CPU，采用4～20mA輸入信號電流，24VDC供電反饋4～20mA信號。ABB（或西門子）定位器內部的位置傳感器穩定可靠，從未發生故障。

定位器自動調整參數的自整定程序，用于精確定位的優化控制操作，通過帶三位三通放大器的電氣轉換器驅動氣動執行機構。從CPU發出的定位電信號比例地轉換成氣信號，再成比例地調節氣動開關的流道截面，氣體從定位器輸出至氣動執行器及氣體的排放量均成比例地調節。當達到設定定位值時，氣動開關鎖在中間狀態，因此耗氣量很少。ABB智能定位器配置的主控電路板操作面板，包括兩排LCD顯示器及4個按鍵。操作鍵盤的優化設計適用于就地組態，調校及監測。采用模塊化的設計，可以后期增減附加功能模件，有故障只需更換相應模塊即可。可以安裝專業設計的位置傳感器反饋板將氣缸的角度位置信號反饋給主控板。現采用的有雙作用、故障閉鎖型V18345－10105**及雙作用、故障安全型V18345－10104**兩種ABB智能定位器。兩者內部IP模塊不同，但主控板可以通用（需調整參數）。儀表氣源品質要求。無油、無塵、無水，符合DIN/ISO8573-1污及含油符合三級標準（最大顆粒直徑＜5μm，且含量＜5mg/m3，油滴＜1mg/m3）。但實際供氣品質無法滿足此要求。

4 快速分體改造ABB智能定位器

（1）快速分體改造施工。鑒于二次風門的安裝現狀，鍋爐本體已不可能進行大的改造，為了盡量減少工作量，特別是減少指令、反饋電纜的大范圍變動，采用了快速分體改造定位器的方案。即將ABB智能定位器的主控板、模擬量輸出板以及IP模塊從定位器中轉移到新配套的分體控制箱（1個箱體改2個ABB智能定位器），就地保留原來的定位器外殼及反饋傳感器，原來的指令、反饋電纜保留在定位器殼體內部。分體控制箱安裝于既方便檢修又能觀察到二次風門執行器運行的位置，采用拼接安裝或者焊接安裝。箱內安裝有IP模塊底座及電路板固定組件。在就地定位器殼體中安裝一塊轉接遠控板A，將位置傳感器信號、指令信號、反饋信號通過專用分體電纜接到分體控制箱內的轉接遠控板B，各信號再分別接到主控板及模擬量輸出板。

從現場過濾減壓閥后引出一路儀用氣接至分體控制箱，再分成兩路接到2個IP模塊底座，各自的OUT1，OUT2輸出氣路接到二次風門氣缸進出氣口。氣管選擇軟性的金屬管或者PU氣管，快速完成布管。西門子 SIPART PS2系列智能定位器的快速分體改造也類似，可以利用原來的定位器殼體及傳感器，但分體箱內需安裝完整的一臺定位器。

（2）ABB智能定位器快速分體改造后的信號工作流程。DCS控制系統發出的4～20mA指令信號先發到新安裝的定位器內的轉接遠控板A，指令信號和位置傳感器信號同時通過專用分體電纜傳輸到轉接遠控板B，再接到定位器主控板，主控板經過分析判斷后形成控制指令控制IP模塊輸出氣路信號，通過氣管Out1、氣管Out2控制氣缸運動，位置傳感器信號隨之變化，定位器不斷修正偏差。同時主控板通過模擬量輸出板將4～20mA反饋信號通過專用分體電纜傳回轉接遠控板A，進而返回DCS系統，完成一個完整的控制回路。

5 ABB智能定位器快速分體改造的優點

（1）結構簡單、便于安裝。整體方案只需加一個箱體、接好一條線、配好2條氣管即可。同時最大程度地保留了原來的電纜管線，減少了對電纜橋架的拆裝工作，大大節約了時間精力，減少了差錯。

（2）調試方便、減少了大量的高空維護工作。對就地ABB智能定位器快速分體改造后，大大方便了調試和檢查工作。原裝的位置傳感器及新加的轉接遠控板A基本沒有維護量，減少了大量的高空維護工作。自動化工程師無需再面對骯臟的油膩污垢與粉塵。

（3）有利于提高定位器的整體壽命。改造后，主要的電路板及IP模塊安裝于安全可靠的分體控制箱內，空間相比原裝定位器擴大10倍以上。即使儀用氣品質差，IP模塊排出的水分及油分也可以迅速排出擴散，避免了之前的積油積水現象，既有利于IP模塊的長周期運行，也不會出現電路板被腐蝕的情況。在分體控制箱固定的前提下，采用PU管及快速接頭在半小時內即可完成一套定位器的分體改造工作。甚至對于運行的機組，在碰到有定位器故障時，也可在最快的時間內完成改造，比整體更換單體定位器還更為便捷高效。

6 結語

快速分體改造后的ABB等智能閥門定位器完全可以滿足對鍋爐二次風門的精確控制，二次風量與鍋爐負荷及燃料投切匹配可達到最優值，鍋爐的燃燒更加充分，同時降低了NOx濃度，提高了鍋爐的燃燒效率，使鍋爐更加經濟、環保地運行。避免了高溫、粉塵、受限空間等惡劣環境的影響，減少了儀用氣品質差帶來的不利影響，提高了定位器的可靠性，有利于機組的安全運行。大幅度降低了二次風門控制系統的故障率，減少了維護量及高空作業時間，節約了企業成本。

參考文獻：

[1]王俊杰，銀偉.智能定位器在二次風門氣動分體控制系統中的應用[J].內蒙古電力技術,2007，25（3）.

[2]張玲，趙文棟，張建剛.二次風系統風門執行機構改造[J].內蒙古電力技術,2010，28（2）.

[3]ABB(中國)有限公司自動化產品部.ABB定位器操作手冊.