快速分體改造智能閥門定位器在鍋爐二次風(fēng)門中的應(yīng)用

丁建立

（廈門華夏國際電力發(fā)展有限公司，福建 廈門 361026）

1 鍋爐概況

廈門華夏國際電力發(fā)展有限公司4臺300 MW機(jī)組鍋爐均為上海鍋爐廠產(chǎn)1025 t/h亞臨界、汽包循環(huán)單爐膛鍋爐，配置 5 套制粉系統(tǒng)，四角切圓燃燒。鍋爐二次風(fēng)門為四角布置，低氮燃燒改造后，共有14層二次風(fēng)門及2層擺角。這16層風(fēng)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(shí)現(xiàn)。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(fēng)門控制系統(tǒng)概述

（1）二次風(fēng)門的作用。鍋爐二次風(fēng)是煤粉及燃油燃燒所需的助燃空氣。二次風(fēng)門氣動控制裝置根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及鍋爐燃燒情況對二次風(fēng)門擋板進(jìn)行控制。DCS控制系統(tǒng)發(fā)出4～20mA指令，由現(xiàn)場的ABB智能定位器驅(qū)動氣缸活塞運(yùn)動，再帶動風(fēng)門擋板旋轉(zhuǎn)來控制二次風(fēng)量，從而保證燃燒的穩(wěn)定性，維持一定的爐膛負(fù)壓，保證煙氣中NOx濃度在合理范圍內(nèi)，達(dá)到日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

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

（3）二次風(fēng)門控制裝置現(xiàn)有的問題。①環(huán)境溫度高。二次風(fēng)門控制裝置的智能定位器離爐膛壁約20cm，爐膛散發(fā)的熱量大，夏季晴天時環(huán)境溫度經(jīng)常處于50～80℃，短時熱浪甚至高達(dá)90℃以上。定位器的密封圈、IP模塊、電路板均面臨嚴(yán)峻的高溫考驗(yàn)。②儀用氣品質(zhì)差，帶油帶水嚴(yán)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(zhì)差，無法達(dá)到定位器要求的品質(zhì)。嚴(yán)重帶油帶水的儀用氣對智能定位器腐蝕嚴(yán)重，且會積累在定位器殼體內(nèi)長期存在。泄漏出的油污混合煤粉、粉塵，會形成大團(tuán)或長條污垢。因相鄰層工作區(qū)域相隔較近，稍有觸碰則有掉落，大大地影響維護(hù)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(yè)或者受限空間作業(yè)。鍋爐#2、#3角最為糟糕，此2個角90%以上二次風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于臨空環(huán)境或者狹小空間，整體約70%二次風(fēng)量設(shè)備屬于此類情況，檢修維護(hù)不便，拆裝時容易損壞電路板，存在定位器密封不嚴(yán)等隱患。④二次風(fēng)門執(zhí)行器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以拆裝。二次風(fēng)門執(zhí)行器采用背板固定、帶3個壓力表的多組件設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多達(dá)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(zhí)行器上的具有豐富功能的定位器，智能化程度高，調(diào)節(jié)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(nèi)部的位置傳感器穩(wěn)定可靠，從未發(fā)生故障。

定位器自動調(diào)整參數(shù)的自整定程序，用于精確定位的優(yōu)化控制操作，通過帶三位三通放大器的電氣轉(zhuǎn)換器驅(qū)動氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從CPU發(fā)出的定位電信號比例地轉(zhuǎn)換成氣信號，再成比例地調(diào)節(jié)氣動開關(guān)的流道截面，氣體從定位器輸出至氣動執(zhí)行器及氣體的排放量均成比例地調(diào)節(jié)。當(dāng)達(dá)到設(shè)定定位值時，氣動開關(guān)鎖在中間狀態(tài)，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(yōu)化設(shè)計(jì)適用于就地組態(tài)，調(diào)校及監(jiān)測。采用模塊化的設(shè)計(jì)，可以后期增減附加功能模件，有故障只需更換相應(yīng)模塊即可。可以安裝專業(yè)設(shè)計(jì)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?，F(xiàn)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(nèi)部IP模塊不同，但主控板可以通用（需調(diào)整參數(shù)）。儀表氣源品質(zhì)要求。無油、無塵、無水，符合DIN/ISO8573-1污及含油符合三級標(biāo)準(zhǔn)（最大顆粒直徑＜5μm，且含量＜5mg/m3，油滴＜1mg/m3）。但實(shí)際供氣品質(zhì)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(fēng)門的安裝現(xiàn)狀，鍋爐本體已不可能進(jìn)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(zhuǎn)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(nèi)部。分體控制箱安裝于既方便檢修又能觀察到二次風(fēng)門執(zhí)行器運(yùn)行的位置，采用拼接安裝或者焊接安裝。箱內(nèi)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(zhuǎn)接遠(yuǎn)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(nèi)的轉(zhuǎn)接遠(yuǎn)控板B，各信號再分別接到主控板及模擬量輸出板。

從現(xiàn)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(fēng)門氣缸進(jìn)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(nèi)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(tǒng)發(fā)出的4～20mA指令信號先發(fā)到新安裝的定位器內(nèi)的轉(zhuǎn)接遠(yuǎn)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?shù)睫D(zhuǎn)接遠(yuǎn)控板B，再接到定位器主控板，主控板經(jīng)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(yùn)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(zhuǎn)接遠(yuǎn)控板A，進(jìn)而返回DCS系統(tǒng)，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(yōu)點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)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(jié)約了時間精力，減少了差錯。

（2）調(diào)試方便、減少了大量的高空維護(hù)工作。對就地ABB智能定位器快速分體改造后，大大方便了調(diào)試和檢查工作。原裝的位置傳感器及新加的轉(zhuǎn)接遠(yuǎn)控板A基本沒有維護(hù)量，減少了大量的高空維護(hù)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(nèi)，空間相比原裝定位器擴(kuò)大10倍以上。即使儀用氣品質(zhì)差，IP模塊排出的水分及油分也可以迅速排出擴(kuò)散，避免了之前的積油積水現(xiàn)象，既有利于IP模塊的長周期運(yùn)行，也不會出現(xiàn)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(nèi)即可完成一套定位器的分體改造工作。甚至對于運(yùn)行的機(jī)組，在碰到有定位器故障時，也可在最快的時間內(nèi)完成改造，比整體更換單體定位器還更為便捷高效。

6 結(jié)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(fēng)門的精確控制，二次風(fēng)量與鍋爐負(fù)荷及燃料投切匹配可達(dá)到最優(yōu)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(jīng)濟(jì)、環(huán)保地運(yùn)行。避免了高溫、粉塵、受限空間等惡劣環(huán)境的影響，減少了儀用氣品質(zhì)差帶來的不利影響，提高了定位器的可靠性，有利于機(jī)組的安全運(yùn)行。大幅度降低了二次風(fēng)門控制系統(tǒng)的故障率，減少了維護(hù)量及高空作業(yè)時間，節(jié)約了企業(yè)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]王俊杰，銀偉.智能定位器在二次風(fēng)門氣動分體控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2007，25（3）.

[2]張玲，趙文棟，張建剛.二次風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2010，28（2）.

[3]ABB(中國)有限公司自動化產(chǎn)品部.ABB定位器操作手冊.