鍋爐二次風門控制方式探討

　　一、概述

　　燃燒器是鍋爐的燃燒設備，其作用是保證燃料和空氣的充分混合、及時著火和穩定燃燒。通過燃燒器送入鍋爐的空氣是按對著火、燃燒有利的原則合理組織，分別送入的。按送入空氣作用的不同，可以將送入的空氣分為一次風、二次風等，其中二次風是煤粉著火后再送入的空氣，又分為輔助風、燃料風和燃盡風。

　　輔助風是二次風的主體部分，其作用是維持爐膛和二次風箱之間所需的靜壓差。風箱與爐膛之間的壓差設定值是負荷的函數。輔助風控制系統為一單沖量多輸出控制系統，它根據風箱與爐膛之間的壓差以及燃燒器管理系統BMS來的指令，并行控制多層輔助風擋板，以維持爐膛和二次風箱之間的壓差在設定值上。運行時根據各層磨煤機負荷的不同而需要不同的配風，每層輔助風擋板都設有操作員偏置站。當油槍處于程控點火位置時，對應的輔助風擋板處于“油槍點火”位置。當鍋爐處于啟動階段吹掃之前或停爐后，輔助風擋板應全開。鍋爐吹掃完成后，輔助風擋板應處于“壓差控制方式”。

　　燃料風又稱周界風，其作用是供給一次風煤粉氣流以適當的空氣，補充由于煤粉高度集中在燃燒初期可能出現的氧量不足。調整好燃料風以利于煤粉氣流著火和燃燒的擴展。燃料風通常與給粉量成正比，燃料風擋板一般不設計操作器。每層燃料風擋板的開度信號由對應的給煤機速度信號經函數發生器給出。如某臺給煤機速度小于最小允許給煤量時，相應層燃料風擋板應全關。當BMS發來“關閉燃料風擋板”信號時，燃料風擋板應全關。當輔助風控制系統發來“打開燃料風擋板信號”或BMS發來“打開燃料風擋板”信號時，燃料風擋板應強制全開。

　　燃盡風又稱頂二次風。它從燃燒器的最上層的一個二次風噴口引入爐膛。其作用是降低爐膛火焰中心的溫度，在爐內形成分段燃燒，減少煙氣中NOX的生成量。同時，也為煤粉顆粒的后期燃燒提供適量的空氣。燃盡風風量隨負荷變化而變化。燃盡風風量控制系統為一比例調節系統。燃盡風擋板開度為鍋爐負荷的函數。

　　二、金山電廠二次風控制裝置簡介

　　呼和浩特金山電廠采用東方鍋爐股份有限公司生產的DG1065/18.2-Ⅱ6鍋爐，燃燒方式為四角切圓，燃燒器為水平濃淡燃燒器，四角布置，每角燃燒器共布置13層噴口，分上下兩組，上組從上到下風室的配置依次為OFA層—EE層—E層—DE層—D層—DD層，下組從上到下風室的配置依次為CC層—C層—BC層—B層—AB層—A層—AA層。其中EE層、DE層、DD層、CC層、BC層、AB層、AA層為輔助風，E層、D層、C層、B層、A層為燃料風，OFA層為燃盡風。DE層、BC層、AB層布置油燃燒器。燃燒器上組噴口能上下擺動±30℃，下組噴口能上下擺動±15℃，噴口的擺動由氣動執行器完成。每組燃燒器配一個氣動執行器，每角2臺，一臺爐8臺。各層風室均設有控制擋板，每個風室擋板配有一個氣動執行器，用以控制擋板開度, 每角13臺，一臺爐52臺。風室擋板開度采用“層控制”，即在同一標高上的執行器同步動作，風室擋板的作用是合理地分配燃燒器各層噴口之間的配風，維持穩定經濟燃燒。

　　金山電廠二次風氣動執行器由就地氣控柜控制，氣控柜每臺爐4面，其中1面控制4層氣動執行器，其余3面柜分別控制3層氣動執行器，共13層52臺氣動執行器。氣控柜由電氣轉換器、繼動放大器、三通電磁閥、位置發送器、斷信號保護裝置、機械定位器、自鎖閥等組成。由DCS 來的4～20mA DC層控信號經電/氣轉換器變成氣信號，再經繼動放大器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發送器轉換為4～20mA DC反饋信號至DCS。由斷信號保護裝置、三通電磁閥、自鎖閥等組成同層4臺執行器的三斷保護裝置，當斷信號、斷電、斷氣源時，執行器保持原位。

　　氣動執行器采用φ8×2的不銹鋼管配氣，每臺二次風氣動執行器需要3路氣源，分別為驅動氣源、信號氣源、保位氣源，執行器除了驅動氣源就近取氣源外，信號氣源、保位氣源都是從氣控箱到執行器。本工程氣控箱布置在#1、#2角燃燒器中間爐右12米層，#1、#2角執行器信號氣源、保位氣源配管共約20m×2×13×2=1040m, #1、#2角執行器驅動氣源配管共約10m×1×13×2=260m, #3、#4角執行器信號氣源、保位氣源配管共約50m×2×13×2=2600m, #3、#4角執行器驅動氣源配管共約10m×1×13×2=260m, 四角二次風執行器(不含擺動燃燒器)φ8×2的氣源配管共約4160m。二次風執行器氣源配管用量較大，安裝成本較高，焊點多，工作量大，工期長，而且容易泄漏。

　　金山電廠二次風門在運行中發現部分二次風門關不嚴，還有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。

　　究其原因是由于二次風門氣動執行機構控制方式不合理，使用一個電/氣轉換器同時控制一層四個二次風門，不能滿足安全生產的需要，并帶來較大安全隱患，如果控制同一層的電/氣轉換器或繼動放大器故障，將造成同層的4個二次風門失控;而且機械式定位器本身質量不可靠，經常出現執行機構開關不靈活、開關線性度不好、定位器卡澀、響應時間不等、反饋信號漂移等問題，嚴重影響運行人員對二次風配風的控制，給鍋爐穩定燃燒帶來安全隱患。

三、華潤金能熱電二次風控制系統簡介

　　華潤金能熱電采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的HG-1176/17.5-YM型鍋爐，燃燒方式為四角切圓，燃燒器為水平濃淡燃燒器，四角布置，每角燃燒器共布置14層噴口，一組控制，從上到下風室的配置依次為OFA2層—OFA1層—EE層—E層—DE層—D層—DD層—CC層—C層—BC層—B層—AB層—A層—AA層。其中EE層、DE層、DD層、CC層、BC層、AB層、AA層為輔助風，E層、D層、C層、B層、A層為燃料風，OFA2、OFA1層為燃盡風。DE層、BC層、AB層布置油燃燒器。燃燒器采用全擺動燃燒器，熱態運行時，一、二次風噴口均可上下擺動，最大擺角約±30°，噴口的擺動由氣動執行器來實現，一組燃燒器配一臺氣動執行器，每角1臺，一臺爐4臺。各層風室均設有控制擋板，每個風室擋板配有一個氣動執行器，用以控制擋板開度, 每角14臺，一臺爐56臺。風室擋板開度采用“層控制”，即在同一標高上的執行器同步動作。

　　氣動執行器采用φ8×2的不銹鋼管配氣，取消了就地氣控柜，每臺二次風氣動執行器僅需1路氣源，驅動氣源、信號氣源、保位氣源由執行器內部轉換。所以本工程#1、#2角執行器氣源配管共約10m×1×14×2=280m, #3、#4角執行器氣源配管共約10m×1×14×2=280m, 四角二次風執行器(不含擺動燃燒器)φ8×2的氣源配管共約560m。二次風執行器氣源配管用量較小，安裝成本較低，焊點少，工作量小。

　　華潤金能熱電二次風氣動執行器均采用智能一體化產品，閥門定位器采用ABB TZID-C系列智能定位器。TZID-C系列智能定位器其核心是微處理器CPU,所有程序的處理和運算都由它來完成，輸入信號和反饋信號都經過4000步12位20ms采樣的A/D轉換器進行處理，從而保證了信號處理的精度及快速性。CPU的供電直接取自輸入信號。操作程序包括用于自動調整參數的自整定過程及自適用控制程序，該程序用于精確定位和優化控制操作，通過帶三位三通放大器的電/氣轉換器驅動氣動執行器。從CPU發出的定位電信號成比例地轉換成氣信號，去調節3/3氣動開關，氣體從定位器輸出至氣動執行器，當達到設定位置時，3/3氣動開關鎖定在中間狀態。TZID定位器配有內置的操作鍵盤，包括一排LCD顯示和3個按鍵。操作鍵盤的設計是基于在操作過程中優化就地組態、調試及監視。此外，TZID是一標準雙線制裝置，供電電壓產生4～20mA信號，不需要外界電源。當定位器采用工廠設定值工作時，可在無任何數字通訊的情況下使用。如需要通訊，可以通過RS232接口和LKS適配器進行通訊或在4～20mA信號上調制通訊。

　　由于取消了就地氣控柜，二次風門既可以由DCS軟邏輯實現層控，又可以單獨控制，而不影響同層的其它3個風門，方便了調試和檢修。輔助風門、燃料風門和燃盡風門的具體控制分別見附圖一、附圖二和附圖三。

　　輔助風控制系統如附圖一所示，風箱/爐膛之間的壓差設定值是總能流的函數，風箱與爐膛之間的差壓信號取其平均值通過SEL選擇塊至10AUD_PID調節器。自動狀態時，調節器并行輸出控制指令至各層輔助風門執行器。由于實際運行時各臺磨煤機所帶的負荷可能不同，所以每層輔助風門均設有軟M/A站，運行人員可以在站上手動增減偏置的大小。這對于調試和檢修是非常方便的。

　　燃料風控制系統如附圖二所示，鍋爐指令作為設定值，熱量信號作為反饋，燃燒調節器的輸出經過分層算法，作為給煤機指令，控制給煤機轉速，從而實現對燃料量的控制。由于燃料量與鍋爐負荷之間存在增益有一定變化范圍的比例關系，所以可以將鍋爐指令的比例微分(P+D)用作調節器的前饋，以加快鍋爐的響應。每層燃料風門的開度信號由對應的給煤機速度信號經函數發生器給出，每層燃料風門均設有軟M/A站，運行人員可以在站上手動增減偏置的大小。

　　燃盡風控制系統如附圖三所示，每層燃盡風門的開度信號由對總能流信號經函數發生器給出，每層燃盡風門均設有軟M/A站，運行人員可以在站上手動增減偏置的大小。

　　四、結束語

　　隨著科技進步，產品更新，原有控制方法也應不斷優化改進。新型智能定位器的出現為傳統二次風門控制方式的改進提供了一種切實可行的方法。

　　傳統定位器的噴嘴、擋板系統是連續耗氣型元件。由于智能定位器采用脈沖壓電閥替代了傳統定位器的噴嘴、擋板系統,而且五步脈沖壓電閥控制方式可實現閥門的快速、精確定位。只有在減小輸出壓力時，定位器才向外排氣，大部分時間內處于非耗氣狀態，相對于傳統定位器來說耗氣量可以忽略不計，所以智能定位器的性能與傳統閥門定位器相比有了一個大的飛躍，定位精度更高，壽命更長，耗氣量極小，適用范圍更廣，而且使用更加簡便和可靠。

　　智能定位器安裝維護簡易，具有智能通訊和現場顯示功能，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。

　　鍋爐二次風門采用傳統的就地氣控柜控制，不僅氣源配管用量大，安裝工期長，而且控制精度低，給安全燃燒帶來隱患。取消就地氣控柜，采用新型智能定位器不僅氣源配管用量小，安裝工期短，綜合成本較低，而且二次風門由硬件實現的層控變為由軟邏輯實現，既可以單獨控制又可以組合起來控制，不再像氣控柜固化的那樣，風門控制方式不能隨意變化，不利于檢修和維護。

　　另外，鍋爐二次風門所處的位置空間狹小，采用氣控柜需氣源管路環繞四角，安裝難度加大，由于φ8×2氣源管路硬度較軟，容易受到磕碰，施工工藝水平難以保證。

　　經過多年的發展，不論進口DCS還是國產DCS性能都非常穩定，故障幾率很低，所以二次風門取消就地氣控柜，直接由DCS控制是大勢所趨。