ABB阀门定位器锅炉二次风控制系统改造

概述
      二次风提供煤粉及燃油所需的助燃空气，优化燃烧室内热力场的风粉配比，提高锅炉稳定燃烧能力和入炉燃料的燃尽程度，减少物理和化学热损失，如图1所示，根据锅炉负荷情况，对二次风挡板进行控制，改善锅炉燃烧特性，适应负荷的变化，避免锅炉灭火现象的发生。

                                                             图1 二次风检测画面
        根据各部分风所起的作用不同，二次风又分为辅助风、燃料风和过燃风，分别采用不同的方式进行控制，如表1，AA、BB1、BB2、CC为4层辅助风，A1、A2、B1、B2、C1、C2为6层燃料风，A、AB、BC为3层油辅助风，OFA1、OFA2为2层过燃风。    
1 控制原理
       二次风从送风机出口进入空预器加热，然后通过风箱控制挡板，从二次风箱进入炉膛，各层风室均设有控制挡板，每个风室挡板配有一个气动执行机构，用以控制挡板开度，风室挡板开度采用层控制，即在同一标高上的执行机构同步动作，风室挡板的作用是合理地分配燃烧器各层喷口之间的配风，维持稳定经济燃烧。  

      由图1和表1可知，燃料风与辅助风口相间布置，间隔排列，在每个一次风粉气流口上设有燃料风，有利于一次风煤粉气流与燃料风的较早混合，使煤粉气流着火后有足够的空气；高层的辅助风BB1、CC供应上层煤粉燃烧所需空气，补充炉膛内未燃尽的煤粉继续燃烧所需空气，底层的辅助风AA、BB2托起分离出来的煤粉继续燃烧，减少未完全燃烧热损失。
      油辅助风在油枪出口以后很快与油雾混合，强化整个燃烧过程；最上层布置有2层过燃风喷口，以实现分级燃烧，过燃风喷口与最上部燃烧器配合，对降低NOX效果非常明显。
2 辅助风控制
       辅助风是二次风的主体部分，其作用是维持炉膛压力和二次风风箱压力之间的差压在设定值上，风箱/炉膛之间的压差设定值是锅炉负荷的函数，用反映负荷大小和变化趋势的一级压力来表示，锅炉辅助风控制系统如图2所示。
       辅助风控制系统为一单冲量多输出控制系统，如图2所示，风箱与炉膛之间的差压信号有2个，包括PT1503A和PT1503B，通过SIGSEL选择块，取其平均值至AUX_PID控制器，当辅助风挡板主控操作站AUX_AOUT在自动方式时，控制系统根据风箱/炉膛压差设定值和风箱/炉膛压差实际测量值的偏差进行比例积分控制，输出控制指令，并行控制前后墙煤粉燃烧器的多层辅助风挡板和油燃烧器的多层辅助风挡板，以维持炉膛和二次风风箱之间的差压在设定值上。
        根据运行时，各磨煤机所带的负荷可能不同，而需要不同的配风，因此，每层辅助风挡板都设有操作员站，运行人员可以在站上手动改变偏置的大小。
       辅助风控制逻辑如图3所示，当出现下列情况之一时，辅助风挡板主控操作站强制切到手动方式：
   （1）控制偏差大；
   （2）风箱与炉膛差压信号坏；
   （3）一级压力信号坏；
   （4）炉膛吹扫；
   （5）所有辅助风档板均为手动状态；
   （6）FSSS来超弛全开辅助风挡板信号。

 
                                                                                                   图2辅助风挡板控制
     当出现下列情况之一时，辅助风挡板全开：
（1）风箱与炉膛差压高；
（2）FSSS来超弛全开辅助风挡板信号
      当FSSS来AA、BB1、BB2、CC层全关辅助风挡板信号，相应层辅助风挡板全关；当FSSS来炉膛吹扫信号时，相应层辅助风挡板保持40%开度。
       燃油辅助风挡板控制系统如图4所示，由函数f(x)给出燃油压力与燃油风挡板开度对应关系，如果A层油枪投用，函数发生器给出的燃油辅助风挡板开度控制指令通过切换器SWCH_A，软手操控制器等，作用于A层4角的执行机构，控制燃油辅助风挡板开度；如果A层油枪未投用，通过切换器SWCH_A，选择风箱差压控制指令，作用于A层4角的执行机构，控制燃油辅助风挡板开度，即当油枪处于程控点火位置时，对应的辅助风挡板应处于“油枪点火”位置，并对油枪投运的台数进行修正。
       油辅助风控制逻辑如图5所示，如果燃油压力信号坏，FSSS投运的油枪相应油辅助风挡板操作站强制切到手动方式，
       当FSSS来某层点火指令时，通过切换指令BI08、BI09、BI10和M03给定器，将对应油层辅助风挡板强制在点火位，开度35%；当FSSS来关某层燃油辅助风挡板时，通过切换指令BI05、BI06、BI07和M04给定器，将对应油层辅助风挡板强制关闭；当FSSS来炉膛吹扫信号时，通过切换指令BI11和M02给定器，相应层燃油辅助风挡板保持40%开度；当FSSS来超弛全开辅助风挡板信号或者风箱与炉膛差压高时，通过切换指令BI12和M01给定器，超弛全开辅助风挡板。

3 燃料风控制

                                                                                                    图6 燃料风挡板控制
        在一次风喷口的四周布置有燃料风喷口，该风又称周界风，燃料风比辅助风能更早地参与锅炉燃料燃烧，其作用是供给一次风粉气流以适当的空气，补充由于煤粉高度集中在燃烧初期可能出现的氧量不足，以利于煤粉气流着火和燃烧的扩展，防止一次风偏斜和煤粉离析，避免气流冲刷炉墙形成大量还原性气体而结焦，高速的周界风还可以增强卷吸高温烟气的能力，有利于煤粉气流着火，对一次风喷口还起到冷却和保护作用。
        燃料风使用不当，如风速太低或风量太大，将使一次风射流和高温烟气隔绝，对炉内燃烧不利，燃料风通常应该与给煤机转速（代表给粉量大小）成正比。
        燃料风挡板控制系统如图6所示，在自动方式时，每层燃料风挡板开度是相应层给煤机转速的函数，该函数f(x)的输出至软手操站M/A，在自动方式时，运行人员通过M/A站适当调整本层控制指令偏置，在手动方式时，直接控制本层4角燃料风挡板开度。
        燃料风控制逻辑如图7所示，当FSSS发来“关闭燃料风挡板”信号时，通过切换指令BI01、BI02、BI03、BI04、BI05、BI06和M02给定器，燃料风挡板全关。

4 过燃风控制
         过燃风从燃烧器的最上2层的二次风喷口引入炉膛，其作用是降低炉膛火焰中心的温度，减少烟气中
NOx生成量，为煤粉颗粒的后期燃烧提供适量的空气，过燃风风量随总风量变化而变化，过燃风挡板开度为锅炉总风量的函数。

        过燃风挡板控制系统如图8所示，代表锅炉负荷的总风量通过函数FOXTOP，其输出至M/A手操站，在M/A手操站，运行人员可以调整偏置，然后作用于相应执行机构，实现对OFA1和OFA2层过燃风挡板开度控制，函数FOXTOP实现OFA1和OFA2层过燃风挡板开度与锅炉总风量之间的对应关系。
5 存在问题
        由于采用机械式定位器，大部分二次风门关不严，还有部分气动执行机构关不到位，运行中向炉膛内漏风，影响炉内空气动力场。
        二次风门气动执行机构控制方式不合理，使用一个电气转换器同时控制一层四个二次风门，不能满足安全生产的需要，并带来较大安全隐患，一旦其中一个二次风门故障，导致同一层的三个二次风门失控；而且机械式定位器本身质量不可靠，经常出现执行机构开关不灵活、开关线性度不好、定位器卡涩、响应时间不等、反馈信号漂移等问题，严重影响运行人员对二次风配风的控制，给锅炉稳定燃烧带来安全隐患。 

                                                                                         原设计执行机构
5.1系统改进
   根据机组运行实际情况，二次风控制系统改为远方操作方式，取消辅助风挡板主控操作站，以AA层辅助风挡板控制为例，二次风控制系统如图9所示。 

5.2 气控柜改进
5.2.1原设计气控柜布置原理
   电磁阀接收一个开关量信号，即电子开关将4～20mA DC内的信号转换为一个开关量信号，进入电磁阀，选择其左右一路，即有电信号，工作气源导通，否则，气源卸掉，小风门全关，二次风气动执行机构系统原理及接线如图10所示。

原设计气控柜内部布置
（1）电/气转换器；（2）空气断路器；（3）电磁阀；（4）增速继动放大器；（5）手动截止阀；（6）过滤减压阀；（7）控制气接头；（8）气锁气接头；（9）总气源接头；（10）电子开关

5.2.2改进气控柜

5.3 执行机构改进
        将二次风门气动执行机构改造成采用ABB智能定位器控制，提高系统控制效果，方便运行人员的燃烧调整，保证锅炉安全经济运行，同时减少备品备件购买费用和维护量，将机械式定位器拆除，更换为ABB智能定位器，管路气控部件连接，安装牢固不泄漏，静态调试，系统联调合格后即可投入运行。
5.3.1需要主要设备、材料及预计造价
       ABB TZID-C1010521001智能定位器（带压力模块表头、气源接头7个/套、连接件）5台，按0.9万元/台计算，预计造价4.5万元。
       φ6mm铜管缆长度50m，按0.005万元/m计算，预计造价0.25万元；进口减压阀带表头5个，压力范围0～1.0MPa，按0.05万元/个计算，预计造价0.25万元。
       需要主要设备、材料合计：4.5万元＋0.25万元＋0.25万元＝5.0万元.
5.3.2项目实施前的准备工作：
（1）设备到货后验收，TZID-C1010521001智能定位器（带压力模块表头和连接件）数量5台，进口减压阀带表头5个，管路50m，接头齐全，外观检查合格，无破损。
（2）检修工作开始前，明确定位器安装位置、接线、结构、安装尺寸等技术要求，根据工作步骤，做好工器具的检查，并确保合格好用。
5.3.3实施步骤及技术措施
       切断二次风气动执行机构工作气源，拆除原配套的机械定位器和位置发送器，并摆放到指定地点，在原位置发送器安装支架上安装智能定位器和减压阀，定位器四个底脚螺丝固定良好，定位器输出转轴与反馈连杆安装牢固，不松脱，并确保执行机构行程在50%位置，定位器转轴角度在50%位置，用φ6mm铜管缆连接气路，确保密封严密，不泄漏。
        在DCS I/O柜内安装FBM204型卡件，将原开度反馈信号电缆接卡件的模拟量AO输出通道，作为气动
执行机构定位器的指令信号，如表2。