WNS 型燃?xì)庹羝仩t控制原理及維護(hù)實(shí)例

蔡科濤，王 雪

（1.川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，四川廣漢 618300；2.四川宏大安全技術(shù)服務(wù)有限公司，四川廣漢 618300）

0 引言

鍋爐能為工業(yè)生產(chǎn)提供熱源，是石油化工行業(yè)不可缺少的重要設(shè)備。其安全、平穩(wěn)運(yùn)行，為工業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定熱源，才能保證工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)。

1 鍋爐控制原理

鍋爐控制系統(tǒng)是一個大慣性、大滯后且互相影響的復(fù)雜系統(tǒng)。本系統(tǒng)由一次儀表、二次儀表、手自動切換操作部分、程序控制器、PLC、觸摸屏、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、燃燒器等組成[1]。WNS 型蒸汽鍋爐在電控柜中同時配有PLC、觸摸屏、程序控制器、水位控制器、壓力控制器及負(fù)荷控制器等監(jiān)測、控制、顯示裝置，控制原理如圖1 所示。

各控制元件功能說明:

（1）水位控制器：采用歐姆龍61F-G3 型，在工頻狀態(tài)下，用于控制鍋爐位式進(jìn)水，以確保鍋爐水位在正常范圍內(nèi)，同時，輸出信號到PLC 進(jìn)行工頻時水位顯示，并輸出水位極低連鎖信號至程序控制器連鎖停爐。

（2）程序控制器：采用西門子LFL1.322 型，用于控制和監(jiān)測燃燒器工作狀況，以實(shí)現(xiàn)整個燃燒過程的自動運(yùn)行。程序控制器主要是對燃燒機(jī)的控制，對汽包液位不做控制，只作低液位連鎖停爐，是鍋爐控制系統(tǒng)的核心元件。

（3）負(fù)荷控制器：采用西門子RWF40 型數(shù)字調(diào)節(jié)器，用于不斷檢測壓力傳感器檢測的鍋爐壓力，將壓力信號與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)運(yùn)算輸出開關(guān)信號到燃燒機(jī)，控制風(fēng)門大小，調(diào)節(jié)空燃比，進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，從而進(jìn)行大小火的轉(zhuǎn)換，達(dá)到鍋爐蒸汽壓力的平穩(wěn)控制。

（4）壓力控制器：用于實(shí)時監(jiān)測鍋爐蒸汽壓力，設(shè)置汽壓超高報警，采用常開觸點(diǎn)，報警時觸點(diǎn)閉合，以配合程序控制器、PLC 及時控制鍋爐啟停，保障鍋爐的安全運(yùn)行。同時，壓力控制器的設(shè)定值要在安全閥設(shè)定值以下，以確保在超壓情況下，安全閥作為最后一道保護(hù)屏障，不需經(jīng)常起跳，減少故障的發(fā)生。

（5）液位調(diào)節(jié)器：采用歐姆龍E5EK 型數(shù)字控制器，將液位變送器檢測的實(shí)時水位模擬信號（4～20）mA 與給定值進(jìn)行比較，經(jīng)PID 運(yùn)算，輸出（4～20）mA 的電流信號給變頻器，控制水泵的運(yùn)行頻率。同時，變頻器輸出兩組觸點(diǎn)信號給PLC 完成變頻器故障和水泵啟停的檢測。液位變送器采用EJA110A 與雙室平衡容器配套檢測。

（6）PLC：采用歐姆龍SYSMAC CPMZAH 型號，以上各控制元件同時都有信號傳入PLC，PLC 對接收的信號不斷進(jìn)行分析、判斷，對以上各控制元件有監(jiān)控作用，將處理信號傳給觸摸屏，通過觸摸屏將鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)及時顯示出來。同時，可通過觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對話，對鍋爐進(jìn)行控制操作。

（7）觸摸屏：采用歐姆龍NT31-ST122-EV2 型，是鍋爐當(dāng)前所處狀態(tài)的實(shí)時顯示裝置，也是對鍋爐實(shí)施操作控制的面板。

圖1 鍋爐控制原理

2 維護(hù)實(shí)例

2.1 鍋爐上水時水泵頻繁啟停處理

該鍋爐的水位監(jiān)測，主要采取現(xiàn)場玻板顯示、液位變送器顯示及水位電極控制三種方式。雙色、平板玻璃液位計，主要用于司爐工及現(xiàn)場巡檢直觀觀察[2]。由于鍋爐進(jìn)水使用裝置上返回的冷凝水，含雜質(zhì)較多，經(jīng)常導(dǎo)致液面計結(jié)垢臟污，需經(jīng)常排污和清洗。

汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)[3]：水位過高或急劇波動，會破壞汽水分離器的正常工作，嚴(yán)重時會導(dǎo)致蒸汽帶水過多，增加在管壁上的結(jié)垢進(jìn)而影響蒸汽質(zhì)量。水位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴(yán)重時更可能導(dǎo)致干鍋，損壞鍋爐，造成人員傷亡或重大安全事故。水位控制器通過檢測水位電極信號判斷鍋筒內(nèi)水位狀態(tài)，并據(jù)此控制水泵的啟停[4-5]?？刂圃砣绫? 所示。

表1 水位控制原理

經(jīng)仔細(xì)檢查，水位測量、電極邏輯都正常，將電極棒整體取出后發(fā)現(xiàn)，“低水位”與“高水位”兩支電極棒長度相差只有1 cm。因低液位電極棒不可能調(diào)整，根據(jù)工況考慮后將高水位電極棒截短，泵的頻繁啟停得到有效解決[6]。

2.2 水位電極邏輯錯誤的處理

對水位電極邏輯錯誤的故障原因分析及處理措施：

水位控制器工作原理：水位控制器加在電極棒上是8 V的交流電源，接地線與鍋殼相連。當(dāng)水電極兩端的電阻低于50 kΩ 時，控制器即認(rèn)為水面已高于電極，當(dāng)水電極兩端的電阻升至200 kΩ 以上時，控制器即認(rèn)為水面已高于電極。

由于鍋爐進(jìn)水使用裝置上回來的冷凝水，含雜質(zhì)較多容易結(jié)垢，經(jīng)停爐取出電極棒發(fā)現(xiàn)，電極棒上果然結(jié)垢嚴(yán)重從而導(dǎo)致電阻值升高，使水位檢測精度降低，出現(xiàn)電極水位邏輯錯誤，經(jīng)清洗電極棒后，故障消除。

2.3 液位變送器測量值在固定范圍內(nèi)變化的處理

該鍋爐汽包液位檢測采用的是雙室平衡容器配差壓變送器的原理。雙室平衡容器是一種結(jié)構(gòu)巧妙具有一定自我補(bǔ)償能力的汽包水位測量裝置，他能最大限度的削弱汽水密度變化對常規(guī)運(yùn)行水位差壓的影響，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，測量精度高，效果明顯[7-8]。

而該鍋爐在運(yùn)行的過程中，出現(xiàn)變送器檢測的液位在固定的范圍內(nèi)變化，與現(xiàn)場玻璃板液位計的顯示偏差很大的現(xiàn)象。結(jié)合雙室平衡容器的工作原理，經(jīng)分析、檢查發(fā)現(xiàn)此故障為雙室平衡容器穿漏，導(dǎo)致正、負(fù)壓側(cè)差壓發(fā)生變化所致。經(jīng)停爐更換雙室平衡容器，投運(yùn)后，液位顯示正常，與現(xiàn)場玻璃板液位計相符，故障得到解決。

2.4 負(fù)荷控制調(diào)節(jié)不合理的處理

該鍋爐負(fù)荷控制器采用的是西門子RWF40 控制器。RWF40 接收壓力傳感器西門子QBE2002 傳輸?shù)模?～10）V 信號，對應(yīng)量程為（0～2.5）MPa，通過運(yùn)算，輸出開關(guān)量信號去控制燃燒器閥門開度，進(jìn)而控制火焰大小，達(dá)到負(fù)荷調(diào)節(jié)的目的。在實(shí)際運(yùn)行中，因數(shù)顯表控制參數(shù)的設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致燃燒器閥門開度頻繁變化，火力變化也就很大，導(dǎo)致汽包壓力波動大，裝置蒸汽供氣不平穩(wěn)，對后工段工藝控制造成不穩(wěn)定。經(jīng)查閱使用說明書，根據(jù)現(xiàn)場工況采用經(jīng)驗(yàn)法和實(shí)踐跟蹤法，對部分控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如表2 所示。

表2 參數(shù)調(diào)節(jié)前后對比

經(jīng)修改設(shè)定值后，燃燒器運(yùn)行平穩(wěn)，鍋爐的壓力、負(fù)荷也相對很平穩(wěn)。

2.5 燃燒器故障處理

燃燒器是鍋爐控制系統(tǒng)的核心部件，燃燒器故障引起的鍋爐不能啟爐、故障停爐，是鍋爐運(yùn)行中最常見，也是較為復(fù)雜的難點(diǎn)問題[9]。

2.5.1 鍋爐不能啟爐

鍋爐壓力、液位、各種連鎖信號等一切正常，但不能啟爐。啟爐時出現(xiàn)故障報警，不能啟爐，根據(jù)程序控制器上的故障停留位置，參考故障說明，根據(jù)程序控制器故障顯示窗口上的符號，發(fā)現(xiàn)如果在啟動至點(diǎn)火之間發(fā)生未用任何符號說明的故障停機(jī)，那么通常是由于超前的（即錯誤的）火焰信號所致。經(jīng)認(rèn)真細(xì)致的排查，發(fā)現(xiàn)火焰檢測電眼有燒壞痕跡，更換火焰檢測電眼后，恢復(fù)正常。

2.5.2 無法啟爐

啟爐過程中，風(fēng)壓無顯示，無法啟爐。由于該鍋爐動力電采用雙電源形式，在一次切換電源之后，啟運(yùn)鍋爐發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)卻無風(fēng)壓顯示，導(dǎo)致無法啟爐。參照鍋爐電路圖對“風(fēng)壓開關(guān)S10”電位點(diǎn)檢查，硬件是良好的，線路也無故障。再查，發(fā)現(xiàn)在切換電源時，電源相序接反了，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，無風(fēng)量進(jìn)入回路。更正后，恢復(fù)正常。

2.5.3 火焰燃燒狀況不好

只有燃料和空氣的混合比例匹配時，才能達(dá)到完全燃燒。配風(fēng)比不當(dāng)，引起火焰燃燒狀況不好。完全燃燒既可以提高鍋爐的燃燒效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，對鍋爐本體也有很好的保護(hù)作用。燃?xì)忮仩t正常的燃燒狀況判斷[10]：①火焰呈紅黃色，煙囪冒黑煙，表示空氣量過小；②火焰中心帶紅黃色，邊緣帶藍(lán)色，爐內(nèi)充滿火焰，煙無色透明，表示燃燒充分；③火焰呈明顯藍(lán)色，煙囪冒白煙，表示空氣量過大。

該鍋爐在運(yùn)行一段時間后，通過后視鏡觀察火焰燃燒狀況，發(fā)現(xiàn)火焰呈紅黃色，煙囪冒黑煙。經(jīng)停爐將風(fēng)機(jī)過濾網(wǎng)拆下徹底清洗，并調(diào)整伺服機(jī)構(gòu)的風(fēng)、氣閥配比開度，使火焰的燃燒狀況達(dá)到了最佳狀態(tài)。因風(fēng)機(jī)離地面高度不到60 cm，長期運(yùn)行，過濾網(wǎng)容易堵塞，導(dǎo)致風(fēng)量減小，影響燃燒效果，所以要定期清除燃燒器里面的灰塵。

2.5.4 啟爐時點(diǎn)火失敗

在啟爐過程中，點(diǎn)火時，主氣閥打開的一瞬間，通過后視鏡觀察，有點(diǎn)火火焰出現(xiàn)，有瞬間的燃燒，但因點(diǎn)火負(fù)荷時燃?xì)忾y開度較小，相對風(fēng)量稍大，空燃比瞬間無法跟蹤匹配，點(diǎn)火失敗。通過調(diào)節(jié)伺服機(jī)構(gòu)凸輪限制開關(guān)的開度，空燃比正常，啟爐正常。調(diào)整數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 空燃比伺服機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)

2.6 其他維護(hù)處理[11]

2.6.1 鍋爐周期性停爐

在沒有任何報警及異常的情況下，鍋爐連續(xù)多天在同一時刻無故障停爐。經(jīng)查驗(yàn)，系面板控制器上系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置有誤，設(shè)置了定時啟停功能，改動后一切正常。本次情況點(diǎn)也對鍋爐日常操作提出了較高要求。

2.6.2 其他維護(hù)點(diǎn)

鍋爐維護(hù)的其他關(guān)鍵點(diǎn)主要有零部件、安全附件的檢查、日常保養(yǎng)及調(diào)整，包括燃?xì)鈮毫φ{(diào)節(jié)等，是鍋爐維護(hù)的常規(guī)也是重要的操作點(diǎn)。

3 結(jié)束語

鍋爐的日常維護(hù)保養(yǎng)非常重要。水位電極、雙室平衡容器與變送器的配套使用，以及直觀的玻璃板液位計的利用，保障鍋爐水位控制的平穩(wěn)。液位控制PID 參數(shù)整定、負(fù)荷控制參數(shù)整定，優(yōu)化鍋爐的控制方式，提高鍋爐控制水平，保障蒸汽的平穩(wěn)供應(yīng)，進(jìn)而為裝置的平穩(wěn)安全生產(chǎn)提供重要保障。燃燒機(jī)作為日常維護(hù)保養(yǎng)的重點(diǎn)，特別是空燃比的調(diào)節(jié)，是保障鍋爐正常高效運(yùn)行的重要前提。通過對WNS 燃?xì)庹羝仩t的控制原理的分析，結(jié)合實(shí)際維護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)對鍋爐的整體維護(hù)達(dá)到很好的效果。