鍋爐二次風門系統改造探討

李偉明

摘 ? 要：文章論述了210 MW機組鍋爐二次風控制系統的構成原理，二次風包括輔助風、燃料風和周界風，針對運行過程中出現的問題，進行系統改造，包括執行機構機械式定位器智能型改造，相應氣控柜及其系統的改進。

關鍵詞：二次風;氣動控制系統;機械定位器;智能定位器

1 ? ?二次風門氣動控制系統介紹

二次風門氣動控制系統是控制火電機組鍋爐二次風門擋板開度的氣動控制設備，以其動作速度快、使用安全、維護簡單、壽命長等優點得到廣泛應用。它以標準儀用壓縮空氣為動力源，接收分布式控制系統（Distributed Control System，DCS）提供的4～20 mA電流信號，根據鍋爐負荷情況通過控制二次風擋板，來調整二次風量、改善鍋爐燃燒特性，使其適應負荷的變化。

2 ? ?二次風系統控制原理

以廣州恒運企業集團檢修廠 2×210 MW機組鍋爐為例，運行時，各磨煤機所帶的負荷可能不同，需要不同的配風，因此，每層輔助風擋板都設有操作員站，運行人員可以在站上手動改變偏置的大小。

當出現下列情況之一時，輔助風擋板主控操作站強制切到手動方式：（1）控制偏差大。（2）風箱與爐膛差壓信號損壞。（3）MFT。（4）爐膛吹掃。（5）所有輔助風檔板均為手動狀態。（6）當鍋爐爐膛安全監控系統（Furnace Safety Supervision System，FSSS）來A、B、C、D、E層全關輔助風擋板信號，相應層輔助風擋板全關。（7）當FSSS來爐膛吹掃信號時，相應層輔助風擋板保持60%開度。（8）當FSSS來超弛全開輔助風擋板信號或者風箱與爐膛差壓高時，通過切換指令，超弛全開輔助風擋板。

在自動方式時，二次風擋板開度是根據4個角風與爐膛差壓和設定值的偏差經過數字電視調節給出所有二次風檔板相應指令。在手動方式時，直接控制本層4角燃料風擋板開度，如圖1所示。

3 ? ?廣州恒運企業集團檢修廠2×210 MW機組鍋爐二次風門系統改造的實際方案

3.1 ?原控制方案簡介

廣州恒運企業集團檢修廠 2×210 MW機組鍋爐中，風門擋板開關采用“層操”，即在同一標高上的執行器同步動作。設計原理為：DCS系統發出的4～20 mA指令信號通過就地控制柜內的電氣轉換器轉換相應的0.02～0.1 MPa的氣壓信號，再經氣動放大器進行流量放大后通過機械定位器去控制同層4臺二次風執行器。執行機構的位移由位置變送器轉換為4～20 mA反饋信號至DCS。在運行使用中發現，部分氣動執行機構關不到位，導致四角二次風門配風不均，向爐膛內漏風，影響爐內空氣動力場。究其原因一般有以下幾種。

（1）由于氣源配管用量較大，焊點較多，容易產生泄露，進而影響執行機構動作精度和反饋信號。（2）如果控制同一層的電氣轉換器故障，將造成同層的4個二次風門失控，反饋信號漂移。（3）由于氣源中含雜質，機械式定位器容易出現卡塞現象，導致氣動執行機構不動作。（4）執行器為機械式氣動定位器，調試復雜。

3.2 ?新二次風門系統控制方案的實施

針對現場使用中存在的問題，我們將對原控制系統進行優化改造。由于原“一控四”氣路控制方式無形中增加了故障點，將其更改為一控一的控制方式，各執行器之間不會互相干擾，拆除原氣缸、原有機械式定位器、原氣源管路及管路接頭等附件，更換ABB TZIDC-V18345智能定位器

智能型定位器可以實現就地一體化安裝，集電氣轉換器與定位器功能于一體，控制精度好、動作平穩、操作簡單、安裝維護簡易，具有智能通信和現場顯示功能，便于維修人員對定位器工作情況進行檢查維修。而且可以進行自動調校，組態簡單、靈活，可以非常方便地設定閥門正反作用、流量特性、行程限定或分程操作等功能。

風門執行器就地安裝的步驟及技術措施：（1）切斷二次風氣動執行機構工作氣源，拆除原配套的機械定位器和位置發送器，拆除原執行機構氣動管路，拆除原二次風門就地12個控制柜，并添加護欄。

（2）現場調整風門擋板，保證原有風門達到合格標準，機械結構無卡澀，氣動執行器全行程可以對應風門的相應開度。

（3）安裝新二次風門氣動執行機構，包括氣缸、智能定位器，反饋連接組件及必要的氣源管路及接頭等，整套設備已在出廠前連接完畢，在現場直接連接安裝即可。配置進口過濾減壓閥，為執行機構提供無塵、無油、無水、無雜質的清潔氣源，提高氣動執行機構的使用壽命。本次改造完成后，氣動執行機構將具有斷電、斷信號保位功能，反饋連接組件采用不銹鋼材質，提高耐腐蝕能力。

（4）管路布置：從現場每角主氣源母管上分別取出12路工作氣源（可利用原有氣源接口），通過DN10針型閥連接?14氣源管路到濾減壓閥，再通過金屬軟管（考慮鍋爐熱膨脹，因此需軟連接）連接執行機構上的智能定位器。氣源管路及接頭均按照技術要求采用不銹鋼材質。

（5）線纜鋪設：需要重新鋪設控制信號（DC 4～20 mA）線纜48根，從DCS至每一臺執行機構，實現執行機構單控模式。信號使用屏蔽電纜并接地良好。由于反饋線纜已經老化，因此重新鋪設反饋信號（DC 4～20 mA）線纜48根，總計大概10 000 m。

4 ? ?新方案在DCS上的實施

（1）需要主要設備、材料。（2）在#7機組5DPU新增5塊AO卡分別布置在7柜B面4板、7柜B面5板、7柜B面6板、7柜B面7板、7柜B面8板，5塊AO卡件可提供40個AO接點，并利用原層操的12個AO接點，共52個AO接點（只用48個，4個備用）。（3）#7爐二次風門原有的控制方式及策略保持不變。將A層煤周界風門控制指令（05HCAC）、B層煤周界風門控制指令（05HCBC）、C層煤周界風門控制指令（05HCCC）、D層煤周界風門控制指令（05HCDC）、E層煤周界風門控制指令（05HCEC）、AB層二次風門控制指令（05HCABC）、CD層二次風門控制指令（05HCCDC）、AA層二次風門控制指令（05HCAAC）、BC層二次風門控制指令（05HCBCC）、DE層二次風門控制指令（05HCDEC）、EE層二次。

風門控制指令（05HCEEC）、OFA層二次風門控制指令（05HCOFC）分別一分為四，實現每個控制指令與每臺執行機構一一對應。即每臺執行機構的智能定位器單獨接受層操的指令并將反饋信號利用原有的反饋信號電纜送回DCS。以AA層輔助風門為例，如圖2所示。

5 ? ?系統調試

在集控室操作氣動執行機構輸出指令（0～100），在就地觀察執行機構動作情況，定位器輸出穩定，不漏氣，死區合適，氣動執行機構開關方向正確，動作靈活，不卡澀，聯系機務人員和運行人員，核驗擋板實際開度（0～90°）是否與DCS輸出指令一致，合格后投入運行狀態。

6 ? ?結語

本次二次風門控制系統改造后，提高了設備的可靠性、調節的精度，大幅減少該系統的缺陷率。現場拆除12個控制柜（柜中有電/氣轉換器、空氣斷路器、電磁閥、增速繼動放大器、手動截止閥、過濾減壓閥、控制氣接頭、氣鎖氣接頭、電子開關、氣源管路等多個設備），拆除原機械式定位器、反饋電位器及復雜的氣動管路。從現場每角主氣源母管上分別取出48路工作氣源，通過DN10針型閥連接?14不銹鋼氣源管路到濾減壓閥，再通過金屬軟管（考慮鍋爐熱膨脹，因此需軟連接）連接執行機構上的智能定位器上，極大地精簡了現場的控制設備，并且使用智能定位器，提高檔板門的控制精度，檔板的實際位置與DCS開度顯示偏差很小，有效防止了鍋爐爐膛結渣、煙氣偏斜、受熱面超溫、腐蝕、爆管等問題發生。

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