快速分体改造智能阀门定位器在锅炉二次风门中的应用

丁建立

厦门华夏国际电力发展有限公司

摘    要：

火力发电厂锅炉的二次风门 (或称小风门) 是锅炉燃烧控制配风量的重要子系统。以ABB TZID-C系列或西门子SIPART PS2系列为代表的气动智能阀门定位器广泛应用于电站锅炉的二次风门控制。但大多数二次风门安装位置过于狭窄或面临高空, 检修维护危险或十分不便。高温环境容易导致定位器端盖变形, 强制割开端盖后, 定位器防水防尘效果大打折扣。同时供定位器使用的仪用气品质差, 带油带水严重。将一体化的ABB TZID-C系列或西门子SIPART PS2系列智能定位器进行快速分体化改造, 保留原来的定位器外壳及位置传感器, 但不拆卸原来的指令、反馈电缆, 能最大程度地减少工作量, 降低整体改造成本, 有效地解决上述问题。

关键词：

锅炉二次风门; 快速分体改造; ABB TZID-C; 智能阀门定位器; 仪用气;

1 锅炉概况

厦门华夏国际电力发展有限公司4台300 MW机组锅炉均为上海锅炉厂产1025 t/h亚临界、汽包循环单炉膛锅炉, 配置5套制粉系统, 四角切圆燃烧。锅炉二次风门为四角布置, 低氮燃烧改造后, 共有14层二次风门及2层摆角。这16层风量控制采用一体化的ABB TZID-C系列 (以下简称ABB智能定位器) 或西门子SIPART PS2系列智能定位器来实现。以ABB智能定位器为例来说明智能定位器的快速分体改造。

2 二次风门控制系统概述

(1) 二次风门的作用。锅炉二次风是煤粉及燃油燃烧所需的助燃空气。二次风门气动控制装置根据机组负荷及锅炉燃烧情况对二次风门挡板进行控制。DCS控制系统发出4~20m A指令, 由现场的ABB智能定位器驱动气缸活塞运动, 再带动风门挡板旋转来控制二次风量, 从而保证燃烧的稳定性, 维持一定的炉膛负压, 保证烟气中NOx浓度在合理范围内, 达到日益严格的环保要求。

(2) 300MW机组二次风门的布置。锅炉二次风量控制设备布置情况:每个角共14层二次风控制装置、5层燃料风、6层辅助风、4层SOFA燃尽风。另外, 每个角还有1个主燃烧器摆角及1个SOFA风摆角控制装置。

(3) 二次风门控制装置现有的问题。 (1) 环境温度高。二次风门控制装置的智能定位器离炉膛壁约20cm, 炉膛散发的热量大, 夏季晴天时环境温度经常处于50~80℃, 短时热浪甚至高达90℃以上。定位器的密封圈、IP模块、电路板均面临严峻的高温考验。 (2) 仪用气品质差, 带油带水严重。仪用气是仪用压缩空气的简称, 是仅次于电力的第二大动力能源, 正常供气压力0.6MPa左右。本公司仪用气品质差, 无法达到定位器要求的品质。严重带油带水的仪用气对智能定位器腐蚀严重, 且会积累在定位器壳体内长期存在。泄漏出的油污混合煤粉、粉尘, 会形成大团或长条污垢。因相邻层工作区域相隔较近, 稍有触碰则有掉落, 大大地影响维护人员的心情, 清理污垢的工作又增加了不少工作量。 (3) 面临高空作业或者受限空间作业。锅炉#2、#3角最为糟糕, 此2个角90%以上二次风门执行机构处于临空环境或者狭小空间, 整体约70%二次风量设备属于此类情况, 检修维护不便, 拆装时容易损坏电路板, 存在定位器密封不严等隐患。 (4) 二次风门执行器结构复杂、难以拆装。二次风门执行器采用背板固定、带3个压力表的多组件设计, 结构复杂, 零件多达15个。因空间狭小, 零件之间相互牵制, 难以拆卸, 定位器整体拆装更换颇为不便, 耗时耗力。

      3 ABB TZID-C系列智能阀门定位器简介

ABB TZID-C智能阀门定位器是安装在气动执行器上的具有丰富功能的定位器, 智能化程度高, 调节方便。定位器的核心是微处理器CPU, 采用4~20m A输入信号电流, 24VDC供电反馈4~20m A信号。ABB (或西门子) 定位器内部的位置传感器稳定可靠, 从未发生故障。

定位器自动调整参数的自整定程序, 用于精确定位的优化控制操作, 通过带三位三通放大器的电气转换器驱动气动执行机构。从CPU发出的定位电信号比例地转换成气信号, 再成比例地调节气动开关的流道截面, 气体从定位器输出至气动执行器及气体的排放量均成比例地调节。当达到设定定位值时, 气动开关锁在中间状态, 因此耗气量很少。ABB智能定位器配置的主控电路板操作面板, 包括两排LCD显示器及4个按键。操作键盘的优化设计适用于就地组态, 调校及监测。采用模块化的设计, 可以后期增减附加功能模件, 有故障只需更换相应模块即可。可以安装专业设计的位置传感器反馈板将气缸的角度位置信号反馈给主控板。现采用的有双作用、故障闭锁型V18345-10105**及双作用、故障安全型V18345-10104**两种ABB智能定位器。两者内部IP模块不同, 但主控板可以通用 (需调整参数) 。仪表气源品质要求。无油、无尘、无水, 符合DIN/ISO8573-1污及含油符合三级标准 (最大颗粒直径<5μm, 且含量<5mg/m³, 油滴<1mg/m³) 。但实际供气品质无法满足此要求。

4 快速分体改造ABB智能定位器

(1) 快速分体改造施工。鉴于二次风门的安装现状, 锅炉本体已不可能进行大的改造, 为了尽量减少工作量, 特别是减少指令、反馈电缆的大范围变动, 采用了快速分体改造定位器的方案。即将ABB智能定位器的主控板、模拟量输出板以及IP模块从定位器中转移到新配套的分体控制箱 (1个箱体改2个ABB智能定位器) , 就地保留原来的定位器外壳及反馈传感器, 原来的指令、反馈电缆保留在定位器壳体内部。分体控制箱安装于既方便检修又能观察到二次风门执行器运行的位置, 采用拼接安装或者焊接安装。箱内安装有IP模块底座及电路板固定组件。在就地定位器壳体中安装一块转接远控板A, 将位置传感器信号、指令信号、反馈信号通过专用分体电缆接到分体控制箱内的转接远控板B, 各信号再分别接到主控板及模拟量输出板。

从现场过滤减压阀后引出一路仪用气接至分体控制箱, 再分成两路接到2个IP模块底座, 各自的OUT1, OUT2输出气路接到二次风门气缸进出气口。气管选择软性的金属管或者PU气管, 快速完成布管。西门子SIPART PS2系列智能定位器的快速分体改造也类似, 可以利用原来的定位器壳体及传感器, 但分体箱内需安装完整的一台定位器。

(2) ABB智能定位器快速分体改造后的信号工作流程。DCS控制系统发出的4~20m A指令信号先发到新安装的定位器内的转接远控板A, 指令信号和位置传感器信号同时通过专用分体电缆传输到转接远控板B, 再接到定位器主控板, 主控板经过分析判断后形成控制指令控制IP模块输出气路信号, 通过气管Out1、气管Out2控制气缸运动, 位置传感器信号随之变化, 定位器不断修正偏差。同时主控板通过模拟量输出板将4~20m A反馈信号通过专用分体电缆传回转接远控板A, 进而返回DCS系统, 完成一个完整的控制回路。

5 ABB智能定位器快速分体改造的优点

(1) 结构简单、便于安装。整体方案只需加一个箱体、接好一条线、配好2条气管即可。同时最大程度地保留了原来的电缆管线, 减少了对电缆桥架的拆装工作, 大大节约了时间精力, 减少了差错。

(2) 调试方便、减少了大量的高空维护工作。对就地ABB智能定位器快速分体改造后, 大大方便了调试和检查工作。原装的位置传感器及新加的转接远控板A基本没有维护量, 减少了大量的高空维护工作。自动化工程师无需再面对肮脏的油腻污垢与粉尘。

(3) 有利于提高定位器的整体寿命。改造后, 主要的电路板及IP模块安装于安全可靠的分体控制箱内, 空间相比原装定位器扩大10倍以上。即使仪用气品质差, IP模块排出的水分及油分也可以迅速排出扩散, 避免了之前的积油积水现象, 既有利于IP模块的长周期运行, 也不会出现电路板被腐蚀的情况。在分体控制箱固定的前提下, 采用PU管及快速接头在半小时内即可完成一套定位器的分体改造工作。甚至对于运行的机组, 在碰到有定位器故障时, 也可在最快的时间内完成改造, 比整体更换单体定位器还更为便捷高效。

6 结语

快速分体改造后的ABB等智能阀门定位器完全可以满足对锅炉二次风门的精确控制, 二次风量与锅炉负荷及燃料投切匹配可达到最优值, 锅炉的燃烧更加充分, 同时降低了NOx浓度, 提高了锅炉的燃烧效率, 使锅炉更加经济、环保地运行。避免了高温、粉尘、受限空间等恶劣环境的影响, 减少了仪用气品质差带来的不利影响, 提高了定位器的可靠性, 有利于机组的安全运行。大幅度降低了二次风门控制系统的故障率, 减少了维护量及高空作业时间, 节约了企业成本。