锅炉二次风控制系统改造.pdf

第 3 5卷 第 7期 2 0 1 3年 7月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 3 5 No 7 J u 1 2 0 1 3 锅炉 二次风控 制 系统改造 许俊永 ( 华电国际莱城发电厂， 山东 莱芜2 7 1 1 0 0 ) 摘要： 以华电国际莱城发电厂 3 0 0MW机组锅炉二次风控制系统为例， 针对低氮燃烧要求进行了优化， 根据运行过程 中出现的问题 ， 进行了二次风门执行器改造， 并对改造后二次风门控制系统的控制策略进行了调整， 供同类机组低氮燃 烧改造 时参 考。 关键词 ： 二次风； 控制系统； 低氮燃烧 ； 智能定位器 ； 控制策略 中图分类号 ： T K 2 2 3 2 6 文献标志码 ： B 文章编 号 ： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 3 ) 0 7 0 0 0 1 0 5 0 引言 二次风提供煤粉及燃油所需 的助燃 空气 ， 优化 燃烧室内热力场 的风粉配 比， 提高锅炉稳定燃烧能 力和入炉燃料 的燃尽程度 ， 减少物理和化学热损失 ， 所以要根据锅炉负荷情况 ， 对二次风挡板进行控制 ， 改善锅炉燃烧特性以适应 负荷 的变化 ， 避免锅炉灭 火现象的发生 。二次风的调整对锅炉运行也起着非 常关键的作用 ， 燃烧风 、 二次风的配比与锅炉燃烧效 率有很大关系。 为满足 国家环 保要 求 ， 华 电国际莱 城 发 电厂 ( 以下简称莱城 电厂) 对 3机组进行了低氮燃烧改 造 ， 在燃烧初期采用上 、 下浓淡相分离技术 ， 有效降 低 了氮氧化物 的排放。 由于二次风系统风 门存在执行机构经常卡涩和 损坏导致不能调节的问题 ， 并且二次风门为层操 ， 不 能单操 ， 造成炉膛 中燃料 燃烧不充分 、 烟量大、 排烟 温度高、 检修维护费用高等问题 ， 为此对二次风系统 风 门执行机构进行了同步改造。 1 锅炉二次风系统概述 莱城发电厂锅炉 由上海锅炉厂制造 ， 采用美国 C E燃烧工程公 司技术 ， 型号 为 S G一1 0 2 5 1 7 4 4一 M8 4 4 ， 配置 3台 B B D 4 0 6 0型双进 双出磨煤机 ， 为正 压直吹式制粉系统。每台磨煤机带2层煤燃烧器喷 嘴 ， 每层喷嘴对应 1 层煤燃烧器 ， 2层煤燃烧器 中间 带 1 层油燃烧器 ， 3台磨煤机共带 6层煤燃烧器 喷 嘴 ， 正常工况下投 3台磨煤机带锅炉最大连续蒸发 量( MC R) 工况。燃烧器布置在 四角上 ， 为 四角切 圆 燃烧系统 ， 四角切 圆采用二次风 +燃尽风 ( C F S+ O F A) 消旋 。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 22 0 根据各部分风所起 的作用 ， 二次风又分为辅助 风 、 燃料风和过燃风 ， 每角燃烧器共布置 l 7层 喷 口 和 1 组控制装置 ， 风室从上到下 的配置依次为 O F A 2 层一0 F A1 层一C C层一C 2层一C层一C 1 层一 B C 2 层一B C 1 层一B 2层一B层一 B 1 层一A B 2层一A B 1 层一A 2层一A层一A1 层一A A层。A A， A B 1 ， A B 2 ， B E 1 ， B C 2， c c为 6层辅助风 ， A1 ， A 2 ， B 1 ， B 2 ， c 1 ， c 2 为 6层 燃 料风 ， A， B， C为 3层 油 辅 助风 ， O F A1 ， O F A 2为 2层过燃风 。 采用全摆动燃烧器 ， 热态运行时一次 、 二次风喷 口均可上下摆动 ， 最大摆角为 3 0 。 ， 喷 口的摆动 由 气动执行器来实现 ， 1 组燃烧器配 1台气动执行器 ， 每角 1台 ， 1台锅炉共配 4台。各层 风室均设 有控 制挡板 ， 每个挡板配有 1个气动执行器 ， 用于控制挡 板开度 。风室挡板开度采用“ 层控制” ， 即在 同一标 高上的执行器同步动作。 锅炉低 N O 燃烧器改造的基本方向为： 稳燃功 能燃烧器 +浓淡燃烧器 +偏置周界风 +分离燃尽风 ( S O F A) 燃烧器 。对原有燃 烧器一次 、 二次 风喷 口 进行改进 。A 2层为 微油点 火燃烧 器 ， A 1 ， B 1 ， B 2 ， C 1 ， C 2层一次风燃烧器均为浓淡燃烧器。在燃烧器 上部水冷壁上的设计位置 开孑 L ， 根据低氮燃烧的要 求 ， 低氮燃烧器风 门布置位置不变 ， 增加 4层分离燃 尽风 S O F A喷嘴， 燃尽 风具有足够的穿透深度 和覆 盖广度。燃尽风配置单独的执行机构， 能使喷嘴在 垂直方 向上 自由摆动。 2 设备控 制系统 改造说明 原二次风 门执行机构为 A B B公司生产的 1 1 2 0 0 系列机械式执行 机构 ( 如 图 l所示 ) ， 由于环 境恶 劣 、 压缩空气含水及杂质等 ， 导致定位器性能不好 ， 经常出现定位器卡涩、 响应时间不等情况， 还有部分 气动执行机构在全关指令 时关不到位 ， 运行中向炉 d 华 电技 术 第 3 5卷 与其他辅助风控制一样 ， 控制燃油辅助风挡板开度。 当出现下列情况之一 时， 辅助风挡板 P I D控制 器强制切到手动方式 ： ( 1 ) 风箱与炉膛压差测量值和给定值偏差大； ( 2 ) 风箱与炉膛压差信号坏 。 当出现下列情况之一时 ， 辅助风挡板全开： ( 1 ) 锅炉主燃料跳闸信号触发6 0 S 脉冲； ( 2 ) B M S 来超弛全开辅助风挡板信号延时3 0 S 。 自动关信号的前提条件是 ： 机组负荷小于 3 5 且无锅炉主燃料跳 闸信号的情况下 ， A层燃油辅助 风挡板在 A磨煤机停运 4 mi n后或 A1 ， A 2层燃烧器 粉管关断挡板全关且 A层油角阀全关时 自动全关 ； B层燃 油辅助风挡板在 B磨煤机停运 4 mi n后或 B 1 ， B 2层燃烧 器粉管关断挡板全关且 B层油角 阀 全关时 自动全关 ； C层燃 油辅助风挡板在 C磨煤机 停运 4 mi n后或 c 1 ， c 2层 的燃烧器粉管关 断挡板全 关且 C层油角阀全关的情况下 自动全关 。 3 2 燃料风控制 在一次风喷 口的四周布置有燃料风喷 口， 该风 又称周界风 ， 燃料风 比辅助风能更早地参与锅炉燃 料燃烧， 其作用是供给一次风粉气流以适当的空气， 补充由于煤粉高度集中在燃烧初期可能出现 的氧量 不足 ， 以利于煤粉气流着火和燃烧 的扩展 ， 防止一次 风偏斜和煤粉离析 ， 避免气流 冲刷炉墙形成大量还 原性气体而结焦， 高速周界风还可以增强卷吸高温 烟气的能力， 有利于煤粉气流着火 ， 对一次风喷 口还 起到冷却和保护作用 。 燃料风使用不当， 如风速太低或风量太大， 将使 一 次风射流和高温烟气隔绝 ， 对炉内燃烧不利 ， 燃料 风通常应与磨煤机对应侧容量风成函数关系。 燃料风挡板控制系统如 图 7所示 ， 在 自动方式 时 ， 每层燃料风挡板开度是相应侧磨煤机容量风量 的函数 ， 惯性环节是风烟系统常用环节。同样 ， 当侧 的容量风量经过惯性环节后通过 函数 厂 ( )运算输 出至 P I D控制 器。在 自动方 式时 ， 运行 人员 通过 P I D控制器适 当调整本层控制指令偏置， 在手动方 式时直接控制各角燃料风挡板开度 。 燃料 风挡板手 自动 由运行人员手动投用 和解 除， 当出现下列情况之一时 ， 燃料风挡板全开 ： ( 1 ) 锅炉主燃料跳闸信号触发 6 0 S 脉冲； ( 2 ) B MS来超弛全开辅助风挡板信号延时 3 0 s 。 燃料风挡板的 自动关条件取决于该层燃料风挡 板对应 的磨煤机和燃烧器煤粉关断挡板 ， 当该层燃 料风挡板对应的磨煤机停运或者对应侧的燃烧器煤 粉关断 挡板 全关 1 mi n后 ， 该层 燃料 风挡 板 自动 关 闭。 EI 正VA1 F UE L A I R DA MP E R 3l 5 A C 2 6 EL E V A2 F UE L A I R D AMP E R 31 5 AC 2 4 图 7 燃料风挡板控制逻辑 3 3 O F A过燃风控制 过燃风从燃烧器最顶层辅助风的上面 2层二次 风喷。口引入炉膛， 其作用是降低炉膛火焰中心的 温度 ， 减少烟气 中 N O 的生成量 ， 为煤粉颗粒后期 燃烧提供适量 的空气 ， 过燃风风量随机组负荷 的变 化而变化 ， 过燃风挡板开度为机组负荷 的函数。 过燃风挡板控制系统如 图 8所示。代表锅炉负 荷 的蒸汽流量函数 ， 通过加法块 ， 加上运行人员可以 调整偏置 ， 经放大作用后进人 P I D控制器 ， 然后作用 于相应 执行机构 ， 实现对 O F A 1和 O F A 2层过燃风 挡板开度的控制； 函数厂 ( )实现 O F A 1和 O F A 2层 过燃风挡板开度与蒸汽流量之间的对应关系。 过燃风挡板手 自动 由运行人员手 动投用 和解 除 ， 锅炉主燃料跳闸信号触发 6 0 s 脉冲使过燃风挡 板全 开 。 改造后通过负荷试验论证 ， 在正常运行情况下保 持 2层 O F A风处于关闭状态 ， 只开 S O F A风门就可实 现正常参数调整且效果良好 ， 所以， 将用于 O F A风门 控制的蒸汽流量 函数调整为输 出 0 。一般情况下 ， O F A层不再参与调节， 不随负荷变化调整 ， 若高负荷 烟温偏差大、 壁温高 ， 利用 2层 S O F A调不过来 时， 运 行人员可利用偏置参数调节 O F A风。 3 4新增 S O F A控制 新增分离燃尽风的作用是降低 N O 排放 ， 从而 第 7期 许俊永： 锅炉二次风控制 系统改造 5 有效防止炉内结渣、 高温腐蚀 ， 降低炉膛出口的烟温 偏差 ， 分离燃尽风风量随机组负荷的变化而变化 ， 分 离燃尽风挡板开度为机组负荷的函数 。 S T E AM F L O W 3 2 9 C F 0 1 X QO l E L E V OF A1 E L E V 0 F A2 OV ER F I R E AI R D AMP ER 0 VE RF I RE A I R DAMP E R 3 1 5 ACl 2 3 1 5 A C1 1 图 8 过燃风挡板控制逻辑 新增分离燃尽风挡板控制系统如 图9所示 。代 表锅炉负荷 的蒸汽流量函数 ， 通过加法块 ， 加上运行 人员可以调整偏置， 经放大作用后进入P I D控制器， S T E AM F L O W 3 2 9 C F 0 1 X Q O l I NO T E： WHEN DA MP E R I N MANU AL MODE j B I A S T R A C K T H E D E V I A T I O N O F D A M P E R 1 D A MA N DO U T P U T O F ) 【2 三 叫 【 b b 日 i 日 擅 日 i 日 趣j 颦 赢 勰 嘲 S E 札 L S OF Al ， 3 S OF A2 ， 3 S O F A3 l l S OF A3 3 王 4 ELEV 0FA1 EI 正V OFA2 ELEV OFA3 ELEV OFA4 S E 队 R A T E 0 V E RF I RE S E P A R AT E 0 V E RF I RE S E P A R AT E 0 V ER F I RE S E P A R AT E O V ER F I RE AI R DAMPER AI R DAMPER AI R DAMPER AI R DAMPER 3 1 5AC61 3 l 5AC62 3 l 5AC63 3 15 AC64 图 9 分离燃尽风挡板控 制逻辑 然后作用于相应执行 机构 ， 实现对 4层过燃风挡板 开度的控制 ； 函数 )实现 4层过燃风挡板开度与 蒸汽流量之间的对应关 系 ， 各层 S O F A风设置 的函 数厂 ( )均不相 同。每层 S O F A风在 D C S上预设 2 套利用蒸汽流量作为参考的 自动函数 ， 对应 2种煤 质 ， 在画面上设置 自动切换按钮 ， 煤质变化后 由运行 人员切换 自 动系统控制函数， 具体函数数值由热态 试验给出。 分离燃尽风挡板手 自动由运行人员手动投用和 解除 ， 锅炉主燃料跳 闸信号触发 6 0 S 脉冲 ， 使分离燃 尽风挡板全开。 煤质变化大 ， 自动函数控制不能满足 N O 排放 及飞灰 、 大渣含碳量指标要求时 ， 运行人员可以利用 偏置进行干预。 4结束 语 锅炉二次风控制 系统改造完成后 ， N O 排放量 在机组负荷 、 汽温 、 排烟温度 、 飞灰含量等参数优化 的情况下， 由原来的均值4 5 0 m g m 降低到均值3 2 0 m g m ， 随着新增选择性催化还原 ( S C R) 脱硝装置 的投入使用， 完全能保证机组脱硫净烟气 N O 排放 值达到 G B 1 3 2 2 3 -2 0 1 1 火电厂大气污染物排放标 准 的要求。当然 有利就有弊 ， 由于低氮燃 烧器 的 使用， 改造后极低负荷下稳燃的能力下降， 使得机组 低负荷时不得不尽量避免磨煤机隔层运行 ； 不得不 隔层运行时， 则采取单独配煤、 提高磨煤机出口温度 等强化燃烧稳燃措施。所以 ， 二次风门控制 系统在 低负荷下控制参数的优化将会是一个全新的课题 。 参考文献 ： 1 张玲， 赵文栋， 张建刚 二次风系统风 门执行机构改造 J 内蒙古电力技术 ， 2 0