锅炉二次风门控制方式探讨

　　一、概述

　　燃烧器是锅炉的燃烧设备，其作用是保证燃料和空气的充分混合、及时着火和稳定燃烧。通过燃烧器送入锅炉的空气是按对着火、燃烧有利的原则合理组织，分别送入的。按送入空气作用的不同，可以将送入的空气分为一次风、二次风等，其中二次风是煤粉着火后再送入的空气，又分为辅助风、燃料风和燃尽风。

　　辅助风是二次风的主体部分，其作用是维持炉膛和二次风箱之间所需的静压差。风箱与炉膛之间的压差设定值是负荷的函数。辅助风控制系统为一单冲量多输出控制系统，它根据风箱与炉膛之间的压差以及燃烧器管理系统BMS来的指令，并行控制多层辅助风挡板，以维持炉膛和二次风箱之间的压差在设定值上。运行时根据各层磨煤机负荷的不同而需要不同的配风，每层辅助风挡板都设有操作员偏置站。当油枪处于程控点火位置时，对应的辅助风挡板处于“油枪点火”位置。当锅炉处于启动阶段吹扫之前或停炉后，辅助风挡板应全开。锅炉吹扫完成后，辅助风挡板应处于“压差控制方式”。

　　燃料风又称周界风，其作用是供给一次风煤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。调整好燃料风以利于煤粉气流着火和燃烧的扩展。燃料风通常与给粉量成正比，燃料风挡板一般不设计操作器。每层燃料风挡板的开度信号由对应的给煤机速度信号经函数发生器给出。如某台给煤机速度小于最小允许给煤量时，相应层燃料风挡板应全关。当BMS发来“关闭燃料风挡板”信号时，燃料风挡板应全关。当辅助风控制系统发来“打开燃料风挡板信号”或BMS发来“打开燃料风挡板”信号时，燃料风挡板应强制全开。

　　燃尽风又称顶二次风。它从燃烧器的最上层的一个二次风喷口引入炉膛。其作用是降低炉膛火焰中心的温度，在炉内形成分段燃烧，减少烟气中NOX的生成量。同时，也为煤粉颗粒的后期燃烧提供适量的空气。燃尽风风量随负荷变化而变化。燃尽风风量控制系统为一比例调节系统。燃尽风挡板开度为锅炉负荷的函数。

　　二、金山电厂二次风控制装置简介

　　呼和浩特金山电厂采用东方锅炉股份有限公司生产的DG1065/18.2-Ⅱ6锅炉，燃烧方式为四角切圆，燃烧器为水平浓淡燃烧器，四角布置，每角燃烧器共布置13层喷口，分上下两组，上组从上到下风室的配置依次为OFA层—EE层—E层—DE层—D层—DD层，下组从上到下风室的配置依次为CC层—C层—BC层—B层—AB层—A层—AA层。其中EE层、DE层、DD层、CC层、BC层、AB层、AA层为辅助风，E层、D层、C层、B层、A层为燃料风，OFA层为燃尽风。DE层、BC层、AB层布置油燃烧器。燃烧器上组喷口能上下摆动±30℃，下组喷口能上下摆动±15℃，喷口的摆动由气动执行器完成。每组燃烧器配一个气动执行器，每角2台，一台炉8台。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器，用以控制挡板开度, 每角13台，一台炉52台。风室挡板开度采用“层控制”，即在同一标高上的执行器同步动作，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。

　　金山电厂二次风气动执行器由就地气控柜控制，气控柜每台炉4面，其中1面控制4层气动执行器，其余3面柜分别控制3层气动执行器，共13层52台气动执行器。气控柜由电气转换器、继动放大器、三通电磁阀、位置发送器、断信号保护装置、机械定位器、自锁阀等组成。由DCS 来的4～20mA DC层控信号经电/气转换器变成气信号，再经继动放大器放大后通过机械定位器去控制同层4台二次风执行器。执行机构的位移由位置发送器转换为4～20mA DC反馈信号至DCS。由断信号保护装置、三通电磁阀、自锁阀等组成同层4台执行器的三断保护装置，当断信号、断电、断气源时，执行器保持原位。

　　气动执行器采用φ8×2的不锈钢管配气，每台二次风气动执行器需要3路气源，分别为驱动气源、信号气源、保位气源，执行器除了驱动气源就近取气源外，信号气源、保位气源都是从气控箱到执行器。本工程气控箱布置在#1、#2角燃烧器中间炉右12米层，#1、#2角执行器信号气源、保位气源配管共约20m×2×13×2=1040m, #1、#2角执行器驱动气源配管共约10m×1×13×2=260m, #3、#4角执行器信号气源、保位气源配管共约50m×2×13×2=2600m, #3、#4角执行器驱动气源配管共约10m×1×13×2=260m, 四角二次风执行器(不含摆动燃烧器)φ8×2的气源配管共约4160m。二次风执行器气源配管用量较大，安装成本较高，焊点多，工作量大，工期长，而且容易泄漏。

　　金山电厂二次风门在运行中发现部分二次风门关不严，还有部分气动执行机构关不到位，导致四角二次风门配风不均，向炉膛内漏风，影响炉内空气动力场。

　　究其原因是由于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，如果控制同一层的电/气转换器或继动放大器故障，将造成同层的4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。

三、华润金能热电二次风控制系统简介

　　华润金能热电采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG-1176/17.5-YM型锅炉，燃烧方式为四角切圆，燃烧器为水平浓淡燃烧器，四角布置，每角燃烧器共布置14层喷口，一组控制，从上到下风室的配置依次为OFA2层—OFA1层—EE层—E层—DE层—D层—DD层—CC层—C层—BC层—B层—AB层—A层—AA层。其中EE层、DE层、DD层、CC层、BC层、AB层、AA层为辅助风，E层、D层、C层、B层、A层为燃料风，OFA2、OFA1层为燃尽风。DE层、BC层、AB层布置油燃烧器。燃烧器采用全摆动燃烧器，热态运行时，一、二次风喷口均可上下摆动，最大摆角约±30°，喷口的摆动由气动执行器来实现，一组燃烧器配一台气动执行器，每角1台，一台炉4台。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器，用以控制挡板开度, 每角14台，一台炉56台。风室挡板开度采用“层控制”，即在同一标高上的执行器同步动作。

　　气动执行器采用φ8×2的不锈钢管配气，取消了就地气控柜，每台二次风气动执行器仅需1路气源，驱动气源、信号气源、保位气源由执行器内部转换。所以本工程#1、#2角执行器气源配管共约10m×1×14×2=280m, #3、#4角执行器气源配管共约10m×1×14×2=280m, 四角二次风执行器(不含摆动燃烧器)φ8×2的气源配管共约560m。二次风执行器气源配管用量较小，安装成本较低，焊点少，工作量小。

　　华润金能热电二次风气动执行器均采用智能一体化产品，阀门定位器采用ABB TZID-C系列智能定位器。TZID-C系列智能定位器其核心是微处理器CPU,所有程序的处理和运算都由它来完成，输入信号和反馈信号都经过4000步12位20ms采样的A/D转换器进行处理，从而保证了信号处理的精度及快速性。CPU的供电直接取自输入信号。操作程序包括用于自动调整参数的自整定过程及自适用控制程序，该程序用于精确定位和优化控制操作，通过带三位三通放大器的电/气转换器驱动气动执行器。从CPU发出的定位电信号成比例地转换成气信号，去调节3/3气动开关，气体从定位器输出至气动执行器，当达到设定位置时，3/3气动开关锁定在中间状态。TZID定位器配有内置的操作键盘，包括一排LCD显示和3个按键。操作键盘的设计是基于在操作过程中优化就地组态、调试及监视。此外，TZID是一标准双线制装置，供电电压产生4～20mA信号，不需要外界电源。当定位器采用工厂设定值工作时，可在无任何数字通讯的情况下使用。如需要通讯，可以通过RS232接口和LKS适配器进行通讯或在4～20mA信号上调制通讯。

　　由于取消了就地气控柜，二次风门既可以由DCS软逻辑实现层控，又可以单独控制，而不影响同层的其它3个风门，方便了调试和检修。辅助风门、燃料风门和燃尽风门的具体控制分别见附图一、附图二和附图三。

　　辅助风控制系统如附图一所示，风箱/炉膛之间的压差设定值是总能流的函数，风箱与炉膛之间的差压信号取其平均值通过SEL选择块至10AUD_PID调节器。自动状态时，调节器并行输出控制指令至各层辅助风门执行器。由于实际运行时各台磨煤机所带的负荷可能不同，所以每层辅助风门均设有软M/A站，运行人员可以在站上手动增减偏置的大小。这对于调试和检修是非常方便的。

　　燃料风控制系统如附图二所示，锅炉指令作为设定值，热量信号作为反馈，燃烧调节器的输出经过分层算法，作为给煤机指令，控制给煤机转速，从而实现对燃料量的控制。由于燃料量与锅炉负荷之间存在增益有一定变化范围的比例关系，所以可以将锅炉指令的比例微分(P+D)用作调节器的前馈，以加快锅炉的响应。每层燃料风门的开度信号由对应的给煤机速度信号经函数发生器给出，每层燃料风门均设有软M/A站，运行人员可以在站上手动增减偏置的大小。

　　燃尽风控制系统如附图三所示，每层燃尽风门的开度信号由对总能流信号经函数发生器给出，每层燃尽风门均设有软M/A站，运行人员可以在站上手动增减偏置的大小。

　　四、结束语

　　随着科技进步，产品更新，原有控制方法也应不断优化改进。新型智能定位器的出现为传统二次风门控制方式的改进提供了一种切实可行的方法。

　　传统定位器的喷嘴、挡板系统是连续耗气型元件。由于智能定位器采用脉冲压电阀替代了传统定位器的喷嘴、挡板系统,而且五步脉冲压电阀控制方式可实现阀门的快速、精确定位。只有在减小输出压力时，定位器才向外排气，大部分时间内处于非耗气状态，相对于传统定位器来说耗气量可以忽略不计，所以智能定位器的性能与传统阀门定位器相比有了一个大的飞跃，定位精度更高，寿命更长，耗气量极小，适用范围更广，而且使用更加简便和可靠。

　　智能定位器安装维护简易，具有智能通讯和现场显示功能，便于维修人员对定位器工作情况进行检查维修;而且可以进行自动调校，组态简单、灵活，可以非常方便地设定阀门正反作用，流量特性，行程限定或分程操作等功能。

　　锅炉二次风门采用传统的就地气控柜控制，不仅气源配管用量大，安装工期长，而且控制精度低，给安全燃烧带来隐患。取消就地气控柜，采用新型智能定位器不仅气源配管用量小，安装工期短，综合成本较低，而且二次风门由硬件实现的层控变为由软逻辑实现，既可以单独控制又可以组合起来控制，不再像气控柜固化的那样，风门控制方式不能随意变化，不利于检修和维护。

　　另外，锅炉二次风门所处的位置空间狭小，采用气控柜需气源管路环绕四角，安装难度加大，由于φ8×2气源管路硬度较软，容易受到磕碰，施工工艺水平难以保证。

　　经过多年的发展，不论进口DCS还是国产DCS性能都非常稳定，故障几率很低，所以二次风门取消就地气控柜，直接由DCS控制是大势所趋。