（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司设备部 江苏 226246）
摘要：本文介绍某电厂4×660MW超超临界机组锅炉二次小风门独立改造，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：二次小风门；闭环控制；反馈
1 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。
该锅炉二次小风门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、四个角二次小风门反馈偏差较大以及小风门动作机构卡涩不灵活等现象存在，难以实现合理的锅炉燃烧调节，影响锅炉稳定燃烧。自机组投产以来，锅炉燃烧的调整缺乏有效手段，直接影响机组的经济运行。
2 设备存在问题
机组共安装小风门112台，采用意大利STI，SC系列直行程气动执行机构，所配定位器为DE/3M系列线性定位器接收的控制信号由DCS输出的4-20mA经电/气转换装置转换为0.02-0.1Mpa的气源信号，就地安装有电/气转换装置控制柜，转换后的控制气信号由仪表管引接至各气动执行机构所配的定位器，控制执行机构的动作，执行机构位置反馈由就地位置变送器送出至DCS显示。
小风门系统由于采用开环控制方式，气动执行机构在动作过程中无法跟踪实际反馈进行动作。实际运行过程中，小风门的反馈与指令偏差大，需要检修人员频繁纠正小风门反馈误差，影响机组锅炉炉膛壁温控制效果。
机组二次小风门改造前，所配定位器为DE/3M系列线性定位器接收的控制信号由DCS输出的4-20mA经电/气转换装置转换为0.02-0.1Mpa的气源信号，就地安装有电/气转换装置控制柜，转换后的控制气信号由仪表管引接至各气动执行机构所配的定位器，控制执行机构的动作，执行机构位置反馈由就地位置变送器送出至DCS显示。机组小风门改造主要解决小风门系统单控单闭环控制要求。通过增加气动控制装置，实现每台小风门气缸的闭环控制。同时，增加DCS卡件及信号电缆，补充AO通道不足的问题。最终实现机组锅炉二次小风门闭环控制效果，提高二次小风门控制精度。
机组二次小风门原设计均为开环控制，且都为一控四模式。不能实时根据阀门实际反馈与控制指令的偏差来修正阀门实际开度，控制偏差较大。对锅炉二次小风门进行改造后，提高了设备控制精度，节省了设备维护费用。提高了小风门运行的可靠性，减少设备故障发生。通过改造可以减少小风门备件储量，降低备件费用，改造后可单独对附加风每个小风门进行操作，控制灵活，值得推广。
3 原因分析
1、小风门执行机构控制指令与反馈未形成闭环，不能实时根据阀门实际反馈与控制指令的偏差来修正阀门实际开度，控制偏差较大；
2、控制指令通过电/气转换器转换为0.02-0.1Mpa控制气源，通过仪表管路接入执行机构定位器，由于管路较长存在信号衰减和漏气现象，导致控制偏差较大；
3、小风门位置反馈装置位于就地执行机构上，长期处于高温环境中，反馈装置故障频繁；
4、通过改造后可以灵活优化锅炉燃烧配风，控制锅炉燃烧火焰位置，防止火焰偏离造成水冷壁局部超温引起锅炉爆管；
5、备件的价格较高，备件储量较大，维护费用高昂。
4 解决方案
机组小风门的控制方式为：a）A辅助风，OFA过燃风，A淡燃烧器，A浓燃烧器，B淡燃烧器，B浓燃烧器，C淡燃烧器，C浓燃烧器，D淡燃烧器，D浓燃烧器，E淡燃烧器，E浓燃烧器，F淡燃烧器，F浓燃烧器，采用一控四的控制方式，也就是DCS为同一标高四台二次风执行机构提供一路经过隔离后的4-20mA控制信号，实现同一标高四台二次风同步控制。b）EF油，AB油采用一控二的控制方式，也就是DCS为两台执行机构提供一路经过隔离后的4-20mA控制信号，锅炉对角1，3角二次风同步控制，2，4角二次风同步控制。c）U，L附加风采用一控二的控制方式，也就是DCS为两台执行机构提供一路经过隔离后的4-20mA控制信号，锅炉1，2角二次风同步控制，3，4角二次风同步控制。d）F辅助风，DE辅助风，BC辅助风，CD油，AB油辅助风-U，AB油辅助风-L，CD油辅助风-U，CD油辅助风-L，EF油辅助风-U，EF油辅助风-L，采用一控一的控制方式，也就是DCS为每台执行机构提供一路经过隔离后的4-20mA控制信号，每台执行机构均可独立控制。
锅炉小风门系统由于采用开环控制方式，气动执行机构在动作过程中无法跟踪实际反馈进行动作。实际运行过程中，小风门的反馈与指令偏差大，需要检修人员频繁纠正小风门反馈误差，影响机组锅炉炉膛壁温控制效果。
机组二次小风门改造后采用智能定位器为主控制设备，定位器控制部分与行程检测部分分体安装，电磁感应式位置反馈安装在原执行器上，定位器、球阀、空气过滤单元、三段保护等控制元件集中放置在控制柜中。根据现场情况对附加风执行器控制部分进行分体改造，实现闭环控制。
机组小风门改造前执行机构控制指令与反馈未形成闭环，不能实时根据阀门实际反馈与控制指令的偏差来修正阀门实际开度，小风门指令与反馈偏差较大；控制指令通过电/气转换器转换为0.02-0.1Mpa控制气源，通过仪表管路接入执行机构定位器，由于管路较长存在信号衰减和漏气现象，导致小风门指令与反馈偏差较大；小风门位置反馈装置位于就地执行机构上，长期处于高温环境中，极易发生故障，导致小风门显示不准；通过改造后可以灵活优化锅炉燃烧配风，控制锅炉燃烧火焰位置，防止火焰偏离造成水冷壁局部超温引起锅炉爆管；小风门反馈装置备件的价格较高，由于反馈装置故障率高导致维护费用高昂；对机组小风门进行改造可以改变小风门的控制方式，由原来开环控制系统升级为闭环控制系统，消除小风门调节过程中的静态偏差，保证小风门指令与反馈偏差在1%以内；对机组小风门进行改造，小风门反馈装置采用西门子定位器，提高位置反馈的测量精度。由于西门子反馈装置使用连杆装置检测气缸位置，保证反馈装置远离锅炉外层，防止高温损坏设备。
机组二次小风门改造主要包括以下几个方面。1、二次小风门气动控制柜安装。机组二次小风门系统共装有小风门112台，共28层。本次改造的二次小风门气动控制柜可容纳7台小风门气动控制装置（包括定位器、闭锁阀、过滤器、信号分配器、信号隔离器等配件）。根据锅炉二次小风门安装位置，将气动控制柜布置在锅炉平台。2、二次小风门就地反馈装置安装。将机组112台二次小风门STI气缸原有反馈装置拆下，安装西门子反馈装置，并固定在气缸支架上。3、二次小风门气动控制柜与气缸间仪表管路敷设。二次小风门气源管路采用不锈钢316L材质的仪表管，管道尺寸为8mm*2mm。4、二次小风门气动控制柜定位器与气缸反馈装置间电缆敷设。5、二次小风门位置反馈信号电缆敷设。二次小风门反馈信号电缆共112根，原小风门控制柜有反馈信号端子。此次二次小风门改造，仍使用原有二次小风门控制柜间电缆，不需要再放新的电缆。6、二次小风门指令信号电缆敷设。机组二次小风门现有控制系统分为三种控制方式：一控一、一控二和一控四。一控一小风门包括（14层）：A-3层、A淡、A浓、B浓、B淡、C淡、C浓、D浓、D淡、E淡、E浓、F浓、F淡、OFA层。一控二小风门包括（4层）：AB油层、EF油层、附加-L层、附加-U层。一控四小风门包括（10层）：AB-L层、AB-U层、BC-2层、CD-L层、CD油层、CD-U层、DE-2层、EF-L层、EF-U层、F-4层。二次小风门系统原设计共有6个控制柜，机组112台二次小风门原设计AO指令共62个。为了满足112台二次小风门单控单控制要求，需要增加50个AO指令。原有62个AO指令信号在改造后继续使用，对应62个二次小风门指令信号电缆从原有二次小风门控制柜敷设至新安装的16面二次小风门气动控制柜。电缆敷设长度约为5000米。新增50个AO指令信号电缆，需要从机组DCS控制系统3号控制器敷设至新安装的16面二次小风门气动控制柜。电缆长度约为4000米。6、DCS系统机柜增加AO卡件。为满足机组二次小风门单控单控制要求，需要增加50个AO指令。原有二次小风门控制系统逻辑集中在3号控制器，输入输出卡件集中在DROP3、EXT3-1、EXT3-2三面控制柜中。由于每块AO卡件包含4个AO通道，所以新增加的50个AO 指令需要增加13块AO卡和10个卡件基座。7、DCS系统二次小风门系统逻辑及画面编辑。为满足机组二次小风门单控单控制要求， 需要对每个二次小风门逻辑进行重新编辑。在二次小风门画面中，重新定义操作端。改造后，每个小风门均可以单独操作，每层小风门可以同时动作，满足运行操作要求。8、二次小风门系统调试。对机组112个小风门重新进行定位操作，并在DCS画面中进行远方传动操作。
5 方案应用实施
机组二次小风门改造前，所配定位器为DE/3M系列线性定位器接收的控制信号由DCS输出的4-20mA经电/气转换装置转换为0.02-0.1Mpa的气源信号，就地安装有电/气转换装置控制柜，转换后的控制气信号由仪表管引接至各气动执行机构所配的定位器，控制执行机构的动作，执行机构位置反馈由就地位置变送器送出至DCS显示。小风门执行机构控制指令与反馈未形成闭环，每层小风门由一个指令控制四个风门，指令与反馈最大偏差大于10%；信号衰减和漏气现象严重；小风门位置反馈装置位于就地执行机构上，长期处于高温环境中，极易发生故障，导致小风门显示不准。改造前图片如下图所示：
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机组二次小风门改造后，改造主要解决小风门系统单控单闭环控制要求。通过增加气动控制装置，实现每台小风门气缸的闭环控制。同时，增加DCS卡件及信号电缆，补充AO通道不足的问题。最终实现机组锅炉二次小风门闭环控制效果，提高二次小风门控制精度。通过增加气动定位器实现每个小风门独立指令控制，控制精度在1%以内；通过改造后可以灵活优化锅炉燃烧配风，控制锅炉燃烧火焰位置，防止火焰偏离造成水冷壁局部超温引起锅炉爆管；节省了小风门反馈装置备件更换频繁造成的经济损失。
改造后如下图所示：
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6 结论
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。改造完成后可实现：
1、提高小风门的控制精度；
2、提高小风门运行的可靠性，减少设备故障；
3、减少备件储量，降低备件费用，降低维护费用；
4、改造后可单独对每个小风门进行操作，控制灵活，更好的控制炉膛内部温度场的分布。