一、概述

　　燃燒器是鍋爐的燃燒設(shè)備，其作用是保證燃料和空氣的充分混合、及時(shí)著火和穩(wěn)定燃燒。通過燃燒器送入鍋爐的空氣是按對(duì)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(fēng)、二次風(fēng)等，其中二次風(fēng)是煤粉著火后再送入的空氣，又分為輔助風(fēng)、燃料風(fēng)和燃盡風(fēng)。

　　輔助風(fēng)是二次風(fēng)的主體部分，其作用是維持爐膛和二次風(fēng)箱之間所需的靜壓差。風(fēng)箱與爐膛之間的壓差設(shè)定值是負(fù)荷的函數(shù)。輔助風(fēng)控制系統(tǒng)為一單沖量多輸出控制系統(tǒng)，它根據(jù)風(fēng)箱與爐膛之間的壓差以及燃燒器管理系統(tǒng)BMS來的指令，并行控制多層輔助風(fēng)擋板，以維持爐膛和二次風(fēng)箱之間的壓差在設(shè)定值上。運(yùn)行時(shí)根據(jù)各層磨煤機(jī)負(fù)荷的不同而需要不同的配風(fēng)，每層輔助風(fēng)擋板都設(shè)有操作員偏置站。當(dāng)油槍處于程控點(diǎn)火位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的輔助風(fēng)擋板處于“油槍點(diǎn)火”位置。當(dāng)鍋爐處于啟動(dòng)階段吹掃之前或停爐后，輔助風(fēng)擋板應(yīng)全開。鍋爐吹掃完成后，輔助風(fēng)擋板應(yīng)處于“壓差控制方式”。

　　燃料風(fēng)又稱周界風(fēng)，其作用是供給一次風(fēng)煤粉氣流以適當(dāng)?shù)目諝�，補(bǔ)充由于煤粉高度集中在燃燒初期可能出現(xiàn)的氧量不足。調(diào)整好燃料風(fēng)以利于煤粉氣流著火和燃燒的擴(kuò)展。燃料風(fēng)通常與給粉量成正比，燃料風(fēng)擋板一般不設(shè)計(jì)操作器。每層燃料風(fēng)擋板的開度信號(hào)由對(duì)應(yīng)的給煤機(jī)速度信號(hào)經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出。如某臺(tái)給煤機(jī)速度小于最小允許給煤量時(shí)，相應(yīng)層燃料風(fēng)擋板應(yīng)全關(guān)。當(dāng)BMS發(fā)來“關(guān)閉燃料風(fēng)擋板”信號(hào)時(shí)，燃料風(fēng)擋板應(yīng)全關(guān)。當(dāng)輔助風(fēng)控制系統(tǒng)發(fā)來“打開燃料風(fēng)擋板信號(hào)”或BMS發(fā)來“打開燃料風(fēng)擋板”信號(hào)時(shí)，燃料風(fēng)擋板應(yīng)強(qiáng)制全開。

　　燃盡風(fēng)又稱頂二次風(fēng)。它從燃燒器的最上層的一個(gè)二次風(fēng)噴口引入爐膛。其作用是降低爐膛火焰中心的溫度，在爐內(nèi)形成分段燃燒，減少煙氣中NOX的生成量。同時(shí)，也為煤粉顆粒的后期燃燒提供適量的空氣。燃盡風(fēng)風(fēng)量隨負(fù)荷變化而變化。燃盡風(fēng)風(fēng)量控制系統(tǒng)為一比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)。燃盡風(fēng)擋板開度為鍋爐負(fù)荷的函數(shù)。

　　二、金山電廠二次風(fēng)控制裝置簡(jiǎn)介

　　呼和浩特金山電廠采用東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)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(fēng)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(fēng)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(fēng)，E層、D層、C層、B層、A層為燃料風(fēng)，OFA層為燃盡風(fēng)。DE層、BC層、AB層布置油燃燒器。燃燒器上組噴口能上下擺動(dòng)±30℃，下組噴口能上下擺動(dòng)±15℃，噴口的擺動(dòng)由氣動(dòng)執(zhí)行器完成。每組燃燒器配一個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行器，每角2臺(tái)，一臺(tái)爐8臺(tái)。各層風(fēng)室均設(shè)有控制擋板，每個(gè)風(fēng)室擋板配有一個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行器，用以控制擋板開度, 每角13臺(tái)，一臺(tái)爐52臺(tái)。風(fēng)室擋板開度采用“層控制”，即在同一標(biāo)高上的執(zhí)行器同步動(dòng)作，風(fēng)室擋板的作用是合理地分配燃燒器各層噴口之間的配風(fēng)，維持穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)燃燒。

　　金山電廠二次風(fēng)氣動(dòng)執(zhí)行器由就地氣控柜控制，氣控柜每臺(tái)爐4面，其中1面控制4層氣動(dòng)執(zhí)行器，其余3面柜分別控制3層氣動(dòng)執(zhí)行器，共13層52臺(tái)氣動(dòng)執(zhí)行器。氣控柜由電氣轉(zhuǎn)換器、繼動(dòng)放大器、三通電磁閥、位置發(fā)送器、斷信號(hào)保護(hù)裝置、機(jī)械定位器、自鎖閥等組成。由DCS 來的4～20mA DC層控信號(hào)經(jīng)電/氣轉(zhuǎn)換器變成氣信號(hào)，再經(jīng)繼動(dòng)放大器放大后通過機(jī)械定位器去控制同層4臺(tái)二次風(fēng)執(zhí)行器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移由位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換為4～20mA DC反饋信號(hào)至DCS。由斷信號(hào)保護(hù)裝置、三通電磁閥、自鎖閥等組成同層4臺(tái)執(zhí)行器的三斷保護(hù)裝置，當(dāng)斷信號(hào)、斷電、斷氣源時(shí)，執(zhí)行器保持原位。

　　氣動(dòng)執(zhí)行器采用φ8×2的不銹鋼管配氣，每臺(tái)二次風(fēng)氣動(dòng)執(zhí)行器需要3路氣源，分別為驅(qū)動(dòng)氣源、信號(hào)氣源、保位氣源，執(zhí)行器除了驅(qū)動(dòng)氣源就近取氣源外，信號(hào)氣源、保位氣源都是從氣控箱到執(zhí)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(zhí)行器信號(hào)氣源、保位氣源配管共約20m×2×13×2=1040m, #1、#2角執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)氣源配管共約10m×1×13×2=260m, #3、#4角執(zhí)行器信號(hào)氣源、保位氣源配管共約50m×2×13×2=2600m, #3、#4角執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)氣源配管共約10m×1×13×2=260m, 四角二次風(fēng)執(zhí)行器(不含擺動(dòng)燃燒器)φ8×2的氣源配管共約4160m。二次風(fēng)執(zhí)行器氣源配管用量較大，安裝成本較高，焊點(diǎn)多，工作量大，工期長(zhǎng)，而且容易泄漏。

　　金山電廠二次風(fēng)門在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)部分二次風(fēng)門關(guān)不嚴(yán)，還有部分氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)不到位，導(dǎo)致四角二次風(fēng)門配風(fēng)不均，向爐膛內(nèi)漏風(fēng)，影響爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)。

　　究其原因是由于二次風(fēng)門氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方式不合理，使用一個(gè)電/氣轉(zhuǎn)換器同時(shí)控制一層四個(gè)二次風(fēng)門，不能滿足安全生產(chǎn)的需要，并帶來較大安全隱患，如果控制同一層的電/氣轉(zhuǎn)換器或繼動(dòng)放大器故障，將造成同層的4個(gè)二次風(fēng)門失控;而且機(jī)械式定位器本身質(zhì)量不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開關(guān)不靈活、開關(guān)線性度不好、定位器卡澀、響應(yīng)時(shí)間不等、反饋信號(hào)漂移等問題，嚴(yán)重影響運(yùn)行人員對(duì)二次風(fēng)配風(fēng)的控制，給鍋爐穩(wěn)定燃燒帶來安全隱患。

三、華潤(rùn)金能熱電二次風(fēng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　華潤(rùn)金能熱電采用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)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(fēng)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(fēng)，E層、D層、C層、B層、A層為燃料風(fēng)，OFA2、OFA1層為燃盡風(fēng)。DE層、BC層、AB層布置油燃燒器。燃燒器采用全擺動(dòng)燃燒器，熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，一、二次風(fēng)噴口均可上下擺動(dòng)，最大擺角約±30°，噴口的擺動(dòng)由氣動(dòng)執(zhí)行器來實(shí)現(xiàn)，一組燃燒器配一臺(tái)氣動(dòng)執(zhí)行器，每角1臺(tái)，一臺(tái)爐4臺(tái)。各層風(fēng)室均設(shè)有控制擋板，每個(gè)風(fēng)室擋板配有一個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行器，用以控制擋板開度, 每角14臺(tái)，一臺(tái)爐56臺(tái)。風(fēng)室擋板開度采用“層控制”，即在同一標(biāo)高上的執(zhí)行器同步動(dòng)作。

　　氣動(dòng)執(zhí)行器采用φ8×2的不銹鋼管配氣，取消了就地氣控柜，每臺(tái)二次風(fēng)氣動(dòng)執(zhí)行器僅需1路氣源，驅(qū)動(dòng)氣源、信號(hào)氣源、保位氣源由執(zhí)行器內(nèi)部轉(zhuǎn)換。所以本工程#1、#2角執(zhí)行器氣源配管共約10m×1×14×2=280m, #3、#4角執(zhí)行器氣源配管共約10m×1×14×2=280m, 四角二次風(fēng)執(zhí)行器(不含擺動(dòng)燃燒器)φ8×2的氣源配管共約560m。二次風(fēng)執(zhí)行器氣源配管用量較小，安裝成本較低，焊點(diǎn)少，工作量小。

　　華潤(rùn)金能熱電二次風(fēng)氣動(dòng)執(zhí)行器均采用智能一體化產(chǎn)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(yùn)算都由它來完成，輸入信號(hào)和反饋信號(hào)都經(jīng)過4000步12位20ms采樣的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理，從而保證了信號(hào)處理的精度及快速性。CPU的供電直接取自輸入信號(hào)。操作程序包括用于自動(dòng)調(diào)整參數(shù)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(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(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行器。從CPU發(fā)出的定位電信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)，去調(diào)節(jié)3/3氣動(dòng)開關(guān)，氣體從定位器輸出至氣動(dòng)執(zhí)行器，當(dāng)達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，3/3氣動(dòng)開關(guān)鎖定在中間狀態(tài)。TZID定位器配有內(nèi)置的操作鍵盤，包括一排LCD顯示和3個(gè)按鍵。操作鍵盤的設(shè)計(jì)是基于在操作過程中優(yōu)化就地組態(tài)、調(diào)試及監(jiān)視。此外，TZID是一標(biāo)準(zhǔn)雙線制裝置，供電電壓產(chǎn)生4～20mA信號(hào)，不需要外界電源。當(dāng)定位器采用工廠設(shè)定值工作時(shí)，可在無任何數(shù)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(jìn)行通訊或在4～20mA信號(hào)上調(diào)制通訊。

　　由于取消了就地氣控柜，二次風(fēng)門既可以由DCS軟邏輯實(shí)現(xiàn)層控，又可以單獨(dú)控制，而不影響同層的其它3個(gè)風(fēng)門，方便了調(diào)試和檢修。輔助風(fēng)門、燃料風(fēng)門和燃盡風(fēng)門的具體控制分別見附圖一、附圖二和附圖三。

　　輔助風(fēng)控制系統(tǒng)如附圖一所示，風(fēng)箱/爐膛之間的壓差設(shè)定值是總能流的函數(shù)，風(fēng)箱與爐膛之間的差壓信號(hào)取其平均值通過SEL選擇塊至10AUD_PID調(diào)節(jié)器。自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器并行輸出控制指令至各層輔助風(fēng)門執(zhí)行器。由于實(shí)際運(yùn)行時(shí)各臺(tái)磨煤機(jī)所帶的負(fù)荷可能不同，所以每層輔助風(fēng)門均設(shè)有軟M/A站，運(yùn)行人員可以在站上手動(dòng)增減偏置的大小。這對(duì)于調(diào)試和檢修是非常方便的。

　　燃料風(fēng)控制系統(tǒng)如附圖二所示，鍋爐指令作為設(shè)定值，熱量信號(hào)作為反饋，燃燒調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過分層算法，作為給煤機(jī)指令，控制給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料量的控制。由于燃料量與鍋爐負(fù)荷之間存在增益有一定變化范圍的比例關(guān)系，所以可以將鍋爐指令的比例微分(P+D)用作調(diào)節(jié)器的前饋，以加快鍋爐的響應(yīng)。每層燃料風(fēng)門的開度信號(hào)由對(duì)應(yīng)的給煤機(jī)速度信號(hào)經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出，每層燃料風(fēng)門均設(shè)有軟M/A站，運(yùn)行人員可以在站上手動(dòng)增減偏置的大小。

　　燃盡風(fēng)控制系統(tǒng)如附圖三所示，每層燃盡風(fēng)門的開度信號(hào)由對(duì)總能流信號(hào)經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出，每層燃盡風(fēng)門均設(shè)有軟M/A站，運(yùn)行人員可以在站上手動(dòng)增減偏置的大小。

　　四、結(jié)束語

　　隨著科技進(jìn)步，產(chǎn)品更新，原有控制方法也應(yīng)不斷優(yōu)化改進(jìn)。新型智能定位器的出現(xiàn)為傳統(tǒng)二次風(fēng)門控制方式的改進(jìn)提供了一種切實(shí)可行的方法。

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

　　智能定位器安裝維護(hù)簡(jiǎn)易，具有智能通訊和現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，便于維修人員對(duì)定位器工作情況進(jìn)行檢查維修;而且可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)校，組態(tài)簡(jiǎn)單、靈活，可以非常方便地設(shè)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(fēng)門采用傳統(tǒng)的就地氣控柜控制，不僅氣源配管用量大，安裝工期長(zhǎng)，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(fēng)門由硬件實(shí)現(xiàn)的層控變?yōu)橛绍涍壿媽?shí)現(xiàn)，既可以單獨(dú)控制又可以組合起來控制，不再像氣控柜固化的那樣，風(fēng)門控制方式不能隨意變化，不利于檢修和維護(hù)。

　　另外，鍋爐二次風(fēng)門所處的位置空間狹小，采用氣控柜需氣源管路環(huán)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(jīng)過多年的發(fā)展，不論進(jìn)口DCS還是國(guó)產(chǎn)DCS性能都非常穩(wěn)定，故障幾率很低，所以二次風(fēng)門取消就地氣控柜，直接由DCS控制是大勢(shì)所趨。