【摘 要】本文介绍某电厂4×660MW机组锅炉摆动燃烧器执行器改造工程，论述了原系统存在问题并提出了改造方案，并加以实施。改造后的系统运行情况良好，达到机组安全稳定运行的目标。
【关键词】燃烧器；执行器；气动控制装置
0 引言
某厂4×660MW机组锅炉为HG-2000/26.15-YM3超超临界参数变压运行直流锅炉，锅炉为单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢结构、全悬吊结构∏型布置，再热汽温采用燃烧器摆动调节。
该锅炉摆动燃烧器就地控制系统为气动设备，由于控制系统核心部分经常出现问题，如调节精度较低、放大器损坏、定位器故障、反馈信号不稳定、四个角燃烧器摆动偏差较大以及火嘴摆动机构卡涩不灵活等现象存在，难以实现合理的锅炉再热汽温调节，影响锅炉稳定燃烧。自机组投产以来，再热汽温的调整缺乏有效手段，直接影响机组的经济运行。
1 现场设备存在的问题
锅炉所配的4台摆动燃烧器执行器为意大利STI公司生产的SC260/280型执行器；配备ABB公司生产的一体化电气转换器TEIP11系列和STI公司生产的2030-4M机械式定位器。执行器机械式定位器固定在执行器上，一体化电气转换器安装在就地控制箱内。从机组投产运行以来，摆动燃烧器执行器出现如下问题：
（1）电气转换器损坏，导致执行器不能正常工作，燃烧器不能定位。
（2）执行器反馈频繁故障，执行器不能定位；更换新的执行器反馈装置。
（3）执行器对输入信号的响应非常慢，在指令给出后需要一段时间才能达到要求的开度。
（4）现场调试复杂、繁琐，自动化程度低。
（5）运行中执行器行程和指令不对应以及在控制信号相同时四个执行器开度不同步等现象，调节精度低，曾找厂家多次调整，现在还有不一致现象。
2 原因分析
（1）ABB一体化电气转换器控制精度不够，电气转换器在接收到DCS控制系统4-20mA信号后将电信号转换为气缸进气量，然而由于气缸内阻力不同，造成执行器反馈并未达到指令要求的开度。而燃烧器反馈装置没有跟踪指令的能力，导致燃烧器执行器调节精度不够。
（2）使用的STI公司的2030-4M机械式定位器调节复杂，操作繁琐，造成执行器反馈不准。同时该反馈装置对环境要求较高，在长时间高温环境下极易发生损坏。
（3）使用的ABB定位器对工作气源质量要求高，在气源带水或带油等情况下工作不正常。
3 系统改造方案
结合本厂摆动燃烧器的实际情况，通过本次改造将实现燃烧器执行器单独控制，将原有两层摆动燃烧器的执行器原一路信号更改为两层各一路信号单独控制以提高控制的精度及准确性。
具体改造方案为每个摆动燃烧器对应一个独立的控制箱，共安放控制柜8台，其中上层摆动燃烧器控制柜安放在执行器就近平台，下层执行器控制柜安放在执行器正下方锅炉17米平台，通过电缆及管路将执行器上的位置反馈器及气动执行器与控制柜连接。
3.1 改造方案中主要技术指标
（1）控制信号及位置反馈：4～20mADC，采用智能定位器；
（2）动力气源压力：0.4～0.70MPa.g，温度：≤50℃；电源220VAC/110 VDC；
（3）同一标高层的四个执行器单独控制，该四个执行器组成一个控制回路，按一套控制柜配1个回路设计；
（4）每个回路的执行器、控制柜系统具有电源、气源、信号故障时保位功能；
（5）控制信号、位置反馈信号和气缸活塞行程之间的相互关系如下：
（6）单只执行器静态耗气量：气源压力为0.45MPa.g时，≤1m3/h；
（7）执行器基本误差：≤0.5%；死区：≤输入信号量程的0.5%；回差：≤额定行程的0.3%；
（8）环境温度：-20～+80℃，产品露天布置，具有防尘、防雨、放晒、防冻功能；
（9）执行器垂直布置，分左右型两种形式；
（10）防护等级要求：IP56。
3.2 系统结构及特性
摆动燃烧器气动控制装置由现场气动执行机构和就地控制柜两部分组成，控制柜中包括定位器、气源处理单元及三断保护装置，位置检测器安装在现场的一台执行机构上，位置反馈功能可通过定位器内部可选插件来实现，执行机构行程可根据用户要求选择，整个系统结构设计追求简洁美观，性能稳定可靠。
就地控制柜包含智能定位器、气源处理单元及三断保护装置。采用分体式安装，控制柜安装位置远离锅炉恶劣环境，控制柜密封性能好，抗干扰、防尘、防水、防爆、对设备保护性强。现场设备主要集中于控制柜中，工作人员现场工作安全、便利，易于日常检修维护。
3.2.1 智能定位器
采用SIEMENS智能阀门定位器，它性能稳定、调节精度高、反应快，是带有高度集成微处理器芯片的智能现场设备，在现场组态，可视化手动操作，智能定位器直接接收4-20mA 控制信号，无需电气转换器及其它一些繁杂的机械结构，可以做到免维护运行。
定位器分体安装示意图如下：
主要特点：
1）可自由的安装在直行程或角行程执行机构上；
2）按键和LCD显示可实现简捷的操作和编程；
3）具有零位和行程范围自动调整功能；
4）具有可选的或可编程的输出特性；
5）具有自诊断功能；
6）设定值和控制变量极限值可进行选择；
7）可编程设置阀门“紧密关闭”功能；
8）具有位置反馈、报警和通信功能；
9）反馈、限位等功能分别由各自的功能模块来实现，可根据需要来进行选择；
10）工作时消耗的压缩空气量为3.6×10-2m3/h与传统定位器相比可以忽略；
11）工作环境温度-30至+80℃；
12）可自由选择自动/手动方式；
13）抗震10g，100Hz；
14）极高的快速启动性；
15）精度高，误差≤0.2%；
16）可分离安装以克服现场恶劣环境；
17）安装简单，自动初始化；
18）免维护运行。
3.2.2 气源处理单元
气源处理单元包括气源净化装置与压力调节装置：
1）气源净化装置
大多数情况下气动控制系统日常出现的故障都是由于气源质量问题造成的，所以对气动控制元件所用的压缩空气需要净化处理满足精密控制设备的要求，以降低设备的故障率，提高运行使用寿命。三合一多功能干燥过滤器可以完全满足其要求，它可以连续清除油雾99.9% 以上，将油份浓度过滤到0.01ppm w/w以下，清除100%的液态水，清除0.01微米以上的固体颗粒。它的内部装有根据过滤目的而设计的3级滤芯，对不同的工艺环节采用不同的特殊材质，第一滤芯采用特殊不锈钢网状结构，通过凝聚作用来达到过滤效果；第二滤芯采用特殊棉质材料，精密过滤水分与杂质；第三滤芯是油雾滤芯，采用七层构造，可滤除油雾与固体颗粒，提供干净的空气。排水方式为手自动排水相结合，当排水积存到一定量即上升浮球打开自动排水阀进行排水。由于以塑料网保护自动排水阀内部，因此解决了传统自动排水经常不排水的现象，也可通过打开旋阀进行手动排水，以防止寒冷地区未排尽的水发生冻结而损坏设备。
2）压力调节装置
新型精密调压阀，调压范围0.05～0.85MPa，灵敏度0.2%，具有灵敏度高、重复精度高、耗气量小、调压稳定等优点，适用于精密气动元件使用压力的调节。
3）三断保护装置
三断保护装置由压力开关、信号检测装置、闭锁阀、电磁阀等组成。
原理：
（1）断信号保护：使用信号检测装置，当电流小于4mA时通过动作电磁阀，启动闭锁阀，实现断信号保位功能。
（2）断气源保护：当压力信号低于0.3MPa（或任意一设定值）时，压力开关动作，使电磁阀失电动作，启动闭锁阀，实现断气保位功能。
（3）断电保护：断电时电磁阀失电动作，启动闭锁阀，实现断电保位功能。
3.3 系统工作原理
现场控制柜接收DCS系统给出的4-20mA指令信号，通过控制柜中的定位器转换成相应的压力信号调节分配气缸上下缸的进气压力，对气缸进行连续的线性调节，能实现组控和层控，通过定位器内部的反馈功能模块把4-20mA反馈信号输出给DCS。
摆动燃烧器控制系统以改变燃烧器倾角的方法来改变火焰中心沿炉膛高度的位置，达到调节汽温的目的。在高负荷时，将燃烧器向下倾斜某一角度，让火焰中心位置下移，使进入过热器区域的烟温降低，减少过热器的传热温差使汽温降低，而在低负荷时，将燃烧器向上倾斜一定角度，则可使火焰中心位置提高，使汽温升高。
为克服锅炉现场环境温度过高对控制元件的影响，ECB系列摆动燃烧器气动控制装置采用分体安装形式，将智能控制部分与位置检测部分分离安装。控制柜中的三断保护装置，在系统断气、断电、断信号时能够实现安全定位，当机械出现卡涩时，具有安全保护功能，保障整个系统的安全。
4 结束语
采用的SIEMENS智能阀门定位器，它性能稳定，调节精度高，反应快，是带有高度集成微处理器的智能现场设备，改造后做到免维护，定位器控制精度达到0.2%以下，一组摆动燃烧器反馈信号相互误差≤1.0%，静态耗气量<20NL/min。
为了克服现场恶劣环境将定位器控制部分与位置检测部分分体安装，定位器控制部份安装在距炉体一定距离的控制箱内，位置测器通过一根电缆与控制箱中的控制器相连，位置测器可耐温100℃，防护等级IP65，达到无需日常维护的效果。
定位器分体安装能够克服现场过高的环境温度，保证了定位器长期稳定精确的运行，另外为维护人员调试提供了便利条件。
三合一多功能干燥过滤器它可以连续清除油雾99.9%以上，将油份浓度过滤到0.01ppm w/w以下，清除100%的液态水，清除0.01微米以上的固体颗粒，杜绝压缩空气质量问题造成的控制故障。
总之，改造后每台炉的摆动燃烧器在本体无卡涩情况下保证能够正常投入运行，系统控制精度≤0.5%，三断保护闭锁时位移漂移量≤2%每小时，摆动范围±30°，执行器响应时间小于25S，保证合理的再热汽温调节，稳定锅炉燃烧，提高机组的经济效益。
【参考文献】
[1]电厂锅炉运行[M].中国电力出版社.
[2]过程控制[M].清华大学出版社，2001.
[责任编辑：王静]
