二次風擋板電動執(zhí)行器的應用和分體式改進

介紹了電動執(zhí)行機構(gòu)作為熱工自動調(diào)節(jié)裝置在火力發(fā)電廠鍋爐燃燒自動控制中的重要作用。本文以徐塘發(fā)電公司4*300MW機組二次風擋板電動執(zhí)行機構(gòu)為例，詳細闡述了Jordan型執(zhí)行機構(gòu)分體改造過程，可滿足各項安裝、調(diào)試質(zhì)量標準的高要求，有利于機組運行后的安全穩(wěn)定，并減少維護成本。

現(xiàn)代燃煤機組已經(jīng)發(fā)展到了高容量、高參數(shù)的階段，對熱工控制的自動化水平提出了更高的要求。AGC（Auto Generator Control自動發(fā)電控制）控制是一種先進的熱工控制系統(tǒng)，它對機組能否正常投入?yún)f(xié)調(diào)控制提出了很高的要求，并要求機組對負荷調(diào)整有良好的響應。因此，熱工控制自動化系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性，準確性就顯得十分重要。而電動執(zhí)行機構(gòu)作為自動化調(diào)節(jié)系統(tǒng)中重要的終端控制部分，它的性能好壞，對機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的安全運轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣有著直接的影響。特別是在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，直接控制風、粉配比的各類執(zhí)行器，對機組的經(jīng)濟、安全運行起到了關(guān)鍵作用。

Jordan型電動執(zhí)行機構(gòu)在徐塘發(fā)電廠4*300MW機組燃燒系統(tǒng)中的應用及存在問題

本文所介紹Jordan型電動執(zhí)行機構(gòu)作為鍋爐燃燒器二次風門擋板開度調(diào)整設(shè)備，用于二次風的自動調(diào)節(jié)。

鍋爐燃燒系統(tǒng)簡介

燃燒器是鍋爐的燃燒設(shè)備，使燃料和空氣混合充分、并及時著火、穩(wěn)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，其中二次風為煤粉的燃燒提供氧氣，助燃料完全燃燒，調(diào)節(jié)二次風量大小來優(yōu)化鍋爐內(nèi)熱力場的風量和煤粉量的比例，提高鍋爐穩(wěn)定燃燒能力，促進可燃物的完全燃燒，減少物理和化學類的熱損失。

二次風門電動控制裝置根據(jù)鍋爐負荷變化和燃料的變化來控制二次風擋板開度。接受DCS控制信號，并反饋開度信號至DCS。

Jordan執(zhí)行器配置方式

以徐塘發(fā)電公司六號機組所用上鍋產(chǎn)300MW鍋爐為例，其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，一組控制，從上到下風室的配置依次為OFA層—OFB層—EE層—E層—DE層—D層—CD層—C層—BC層—B層—AB層—A層—AA層。其中EE層、DE層、CD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、OFB層為燃盡風。

每層風道出口處裝有擋板以控制開度，各層風道擋板由一個電動執(zhí)行機構(gòu)控制。風道擋板開度采用層控制，即在同一標高上的執(zhí)行機構(gòu)接受同一指令同步進行動作。每角13臺，一臺爐52臺。電動執(zhí)行器采用的是Jordan LA-2450型電控、雙向直行程、調(diào)節(jié)型執(zhí)行機構(gòu)。其最大行程為152mm（6英寸），最大推力為6672牛頓（1500磅力），并有一個非離合式的手輪。電機為單相交流，帶AD-8130型伺服放大器。接受4～20ma控制信號。安裝方式為懸掛于爐壁，通過拐臂實現(xiàn)角行程控制。

存在問題

然而該電動執(zhí)行機構(gòu)在應用中存在實際動作和指令位置有誤差，甚至拒動，導致四角二次風門配風不均，影響爐內(nèi)空氣動力場。分析原因主要有如下幾點。

1）二次風門本身緊貼爐壁，環(huán)境溫度比較高，控制卡件等電路板正常使用溫度在70℃以下，環(huán)境溫度在夏天的時候經(jīng)常會在70℃以上，長期使用造成電子元件老化，控制偏差增大甚至無法控制。還有在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)二次風門內(nèi)部電氣元件燒壞的情況，使得風量無法控制在正常范圍之內(nèi)，給機組正常運行造成隱患。

2）Jordan型執(zhí)行機構(gòu)原為一體式，伺服放大器控制卡在執(zhí)行器內(nèi)部，且調(diào)整按鈕均附于卡件上， 檢修人員在定位，復位調(diào)試等動作時，需開蓋操作，容易發(fā)生觸電事故。而且執(zhí)行器位置高懸，空間狹窄，檢修人員需要高空操作，危險性大。

3）頻繁揭蓋檢修，導致執(zhí)行機構(gòu)本身密封破壞，在遇到漏雨和清潔人員沖水清洗時出現(xiàn)滲水情況，卡件遇水短路，燒壞。

4）二次風管道內(nèi)外溫差大，擋板機械部分因受熱不均出現(xiàn)變形，造成擋板動作卡澀，甚至卡死，燒毀電機。

上述問題的存在，使Jordan一體式執(zhí)行機構(gòu)的故障率很高，使得檢修維護工作量增大，給運行人員監(jiān)控和調(diào)整二次風配風帶來諸多不便，直接影響到鍋爐的安全和經(jīng)濟運行。

圖1　分體改造示意圖

圖2　控制部分改造前后對比

圖3　分體改造后執(zhí)行機構(gòu)外觀

Jordan型電動執(zhí)行機構(gòu)的分體式改造

分體式改進方案

針對前述難題，一個有效的解決途徑就是對電動執(zhí)行機構(gòu)進行分體式改裝。主要是將電控部分與齒輪箱、推力開關(guān)、行程檢測單元等機械部分開布置，并安裝在環(huán)境較好的地方，杜絕惡劣工況的影響。

本次對Jordan型二次風門執(zhí)行機構(gòu)所做的改進主要是：將原機內(nèi)伺服放大器控制卡件置換為上海儀集儀表生產(chǎn)的ZPK-3000型外置智能控制盒，并通過電纜連接。并將控制盒移位，改善執(zhí)行機構(gòu)電控部分工況。

方案實施及技術(shù)措施

原Jordan執(zhí)行器內(nèi)部的AD-8130型伺服放大器控制卡通過兩個條形連接器連接了12根接線，分別是2根動力線，3根電動機線圈接線，3根導電塑料電位計出線，2根指令信號線，2根反饋信號線。這些接線將控制卡件與單相電動機、電位計、上位DCS等裝置相連，實現(xiàn)控制和反饋功能。

拆除掉控制卡件后，需要將接線和智能控制盒相連。由于存在顏色重復的接線，要用萬用表和信號發(fā)生器，利用各元器件不同特性加以測量，來確定各接線的作用并加以標記。接下來拆除伺服放大器控制卡件，將上述12根導線通過接線端子排和控制盒電纜相連。接線時注意線路類型，一一對應。接線完成后將端子排妥善固定于執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)，保證接線可靠，防止因振動松脫。連接執(zhí)行器和控制盒后，固定好分體控制盒，并做好電纜保護套管和執(zhí)行機構(gòu)連接處的密封，防止灰塵，雨水滲入。至此改造完成。

改造之后，智能控制盒將替代原控制卡件直接連續(xù)接受指令信號，控制動作桿位移。并接受行程檢測單元的行程信號，轉(zhuǎn)換成線性的4～20mA標準信號并反饋至DCS。

改造后的優(yōu)勢

1）改造后的Jordan執(zhí)行器拆除了控制卡件 ，執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)只保留雙向推力開關(guān)，限位開關(guān)和位置檢測單元等機械部件，增強了可靠性。

2）將外置控制盒集中安裝在遠離鍋爐的一個防雨箱內(nèi)，避免了高溫、雨淋現(xiàn)象對電子元器件的影響，工作環(huán)境較好。

3）智能控制盒控制精度好，動作平穩(wěn)，操作簡單，安裝維護簡易，具有通訊和現(xiàn)場顯示功能，便于維修人員對執(zhí)行器工作情況進行檢查維修。且具有自動調(diào)校功能，能方便地設(shè)定擋板的開度的零位，滿位和復位等操作。

改造后效分析

由于執(zhí)行器數(shù)量眾多，改造采取壞一臺，修一臺，改造一臺的方式，消缺的同時進行改造。全廠4臺鍋爐共200臺Jordan執(zhí)行器，至2014年11月，已完成改造75臺，更換率為37.5%。更換控制器之后，執(zhí)行器依然保持了調(diào)節(jié)靈敏、反應迅速、開度控制精確的優(yōu)點，同時系統(tǒng)故障率降低，改造兩年多來，新型智能分體控制器故障情況占整體二次風擋板故障率不足1%。達到了預期改造目的，創(chuàng)造了良好的直接，間接經(jīng)濟效益和社會效益。

直接經(jīng)濟效益：分體改造的成功，減少了日常運行維護量，節(jié)約了備件費用。原裝控制卡件價格昂貴，一塊卡件價值1.5萬元，而分體控制器僅4000元，且改造后故障率下降，一年一臺執(zhí)行器能節(jié)約檢修成本1.1萬元，考慮到執(zhí)行器數(shù)量眾多，改造整體產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益十分可觀。

間接經(jīng)濟效益：二次風門的穩(wěn)定，使鍋爐氧量更容易控制，風粉比更精確，有效降低了發(fā)電煤耗，保證了鍋爐穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

社會效益：發(fā)電煤耗降低了，污染物排放減少，減輕了環(huán)境污染。

隨著熱工自動化技術(shù)創(chuàng)新的不斷發(fā)展，新的技術(shù)、新的工藝不斷出現(xiàn)，使技術(shù)改造貫穿著機組的整個生產(chǎn)運行周期。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的可靠性關(guān)系到運行安全，因而燃燒器控制執(zhí)行器的改進已成為各方研究的課題。徐塘發(fā)電有限責任公司鍋爐二次風擋板執(zhí)行器分體改造的成功實施，提高了設(shè)備的利用率，保障了機組的經(jīng)濟運行，為國內(nèi)發(fā)電企業(yè)同類型問題的解決提供了借鑒。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.18.011