工业锅炉汽包水位给水自动调节系统优化改进.pdf

第 2 9 卷第 3 期 2 0 0 8 年 6 月 能源技术 ENERGY TE CHNOl OGY VO 1 ． 2 9 No ． 3 J u n ． 2 0 0 8 成果与经验 峙 ， 工业锅炉汽包水位给水 自动调节系统优化改进 任安婷 ， 贺军全 ( 延 安 卷烟 厂 ，陕西 7 1 6 0 0 0 ) 摘要 ： 把 变频器应用到 串级三冲量汽 包给水 自动调节 系统中， 通过调节给水泵频率进而调节 其转速 以改变给水流量 ， 从而迭到改变汽 包水位的 目的。此 系统解决 了传统 串级 三冲量汽 包水位 给水 自动调节系统在锅炉启动 、 停炉、 低 负荷时产生较大的节流损失、 调节阀承受压力大， 容易磨损 和损坏等缺点， 并且降低 了 厂用电， 也使汽包水位 自 动调节系统得到了简化， 锅炉运行加安全可靠。 关键词： 汽 包水位 ； 调节器；变频器 中图分类号： T K2 2 3 ． 7 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 5 — 7 4 3 9 ( 2 0 0 8 ) 0 3 — 0 1 8 0 - 0 2 I mp r o v e me n t o f Au t o ma t i c Co nt r o l S y s t e m f o r Dr u m Fe e d W a t e r REN An - t i n g ，HE J u n - q u a n ( Y a n a n C i g a r e t t e F a c t o r y o f C h i n a T o b a c c o S h a a n x i I n d u s t r i a l C o r p o r a t io n ， S h a a n x i 7 1 6 0 0 0 ， C h i n a ) 陕西延安卷烟厂 2 O t ／ h工业锅炉热控 系统汽 包水位调节是通过传统串级三冲量给水调节系统调 节给水阀门来实现的， 但是系统自运行以来效果不 理想， 汽包水位很不稳定， 不能保持在设定的范围 内， 而且在运行中阀门、 管道及调节 阀振动严重 、 噪 声很大 ， 尽管一年内换了两次调节 阀， 锅炉安全运行 得不到保障， 汽包水位也不能很好地投入 自动。 根据卷烟厂的用汽特点 ， 调节 阀一年中开度虽 然不同但都在 3 0 9 ／6 以下， 其中 3 个月时间阀门开度 为 0 ～5 ， 6个月为 2 0 ～3 0 ％， 3个月为 5 0 ％ ～ 6 0 ； 不过由于生产用汽变化很大调节阀的动作 比较频繁。但是由于过去的给水泵采用连续恒速的 运行方法， 阀门的开度小， 水泵的振动大磨损严重， 寿命短 ， 而且节流损失很大 ， 能量浪费很严重 。因此 决定对汽包水位给水 自动调节系统进行改造。 项 目的改造重点， 首先是修改原调节器的程序， 使之满足自 动调节系统的需要， 其次是利用变频器 代替原调节系统中的手操器、 伺服放大器、 执行器和 调节阀等设备， 改造原线路。 该锅炉的汽包水位给水采用串级三冲量给水自 动调节， 控制系统有主副两个调节器。其中副调节 器 P I D2的任务是在给水侧发生扰动时迅速消除内 扰 ， 蒸汽侧发生扰动时迅速改变给水流量， 保持给水 1 80 和蒸汽流量基本平衡 ； 而主调节器 P I D1的任务是 校正汽包水位保证汽包水位主信号无静差。在运行 中， 主调节器的输出、 蒸汽流量信号与给水流量信号 被送到副调节器 P I D 2 的输入端， 副调节器的输出 经限幅后送到变频器 ， 根据具体情况改变变频器的 频率从而改变电机转速和给水流量， 达到调节水位 的目的。由于副调节器接受了 3个信号 ， 因此存在 信号问的静态配合问题， 而系统的静态特性是由主 调节器决定的， 蒸汽流量信号并不需要与给水流量 信号相等， 分流系数可以根据锅炉虚假水位的严重 程度在给调节器编程时具体设定。这样， 在负荷变 化时， 可使蒸汽流量信号更好地补偿虚假水位影响， 从而改善负荷扰动下的调节品质 。 由于原控制系统 采用的是 YS 1 7 0可编程型调 节器， 它可以用简单的语言进行编程 ， 实现多种所需 的控制功 能。】台 Y S 1 7 0仪表 可对两个 独立 的回 路实现控制( 这两个独立回路可当作两个调节器使 用， 一个用做主回路， 即主调节器， 一个用做副回路， 即副调节器) ， 采用 串级控制( 对两个 回路进行 串级 ， 实现串级控制) ， 可实现 P I D控制或可变增益控制 等， 并且还具有 自整定功能和改善修 改给定值时影 响性能的滤波功能。因此改造工作只需在原程序基 础上进行修改， 使之符合三冲量串级调节系统变频 维普资讯 任安婷等： 工业锅炉汽包水位给水 自动调节系统优化改进 调节水位的要求即可。为此删去原程序中为跟踪信 号及 A ／ M 开关切换的状态输入信号所编的程序， 并对整个程序做了全面修改， 修改后程序如下： I D Xl 输入信号 Xl ( 汽包水位) I D X2 输入信号( 给水流量) I D P 2 读入 比率( 相当于分流系数 ， 此参数可 在调节器前面板上操作设定) I D X3 输入信号( 蒸汽流量) I D P3 读入比率( 相 当于分流系数 ， 此参数可 在调节器前面板上操作设定) * 一 I D P 4 读入比率( 相当于修正参数， 此参数可 在调节器前面板上操作设定) + C S C 串级控制的执行 S T Y1 输出的模拟信号 I D PHF1 上限报警读入( 测量值上限报警) S T DO1 状态量输出 1 L D P L F1 下限报警读入 ( 测量值下限报警) S T D O2 状态量输出 2 END 程序在个人计算机上修改生成， 采用“ Y S ” 监视 软件包， 将包括运算函数在内的简单指令进行组合 ( 生成从简单控制到高级控制程序) ， 生成的程序通 过计算机与仪表的连接电缆输入到仪表中。 变频器选用的型号 为 F RN4 5 P 9 4 C E( 富士 品 牌) ， 改造工作根据要求对变频器 的转 矩提 升、 电机 加减速时间 、 额定 电流 、 起动频率、 偏置频率等参数 进行设定 ， 其 中变频器的转矩提升设置为 自动( 出厂 默认为手动) ， 目的是在加速时改变电压自动补偿转 矩 ， 额定电流 、 电机加减速时间 、 起动频率等参数根 据锅炉给水泵电机型号及其实际运行情况设置为 5 6 A， 1 5 S ， 2 5 Hz ， 偏置频率为 2 5 Hz 。变频器调节 部分的接线见图 1 。 由于调节器具有手操器的功能， 可在前面板上 进行手动操作， 液晶显示器上显示输出量。所 以汽 包水位 自动系统 内就不需再要其他专门的手工操作 器， 改造前后的 自动调节系统方框 图见 图 2和图 3 。 系统改进后， 经过现场测试电动机的运行参数 见表 1 。 经过一年的运行观察， 发现调节器的平均输出 约为 2 6 ． 8 8 ， 接近 3 0 ， 根据表 1 电动机的运行电 A／ M 切换 输入 汽包水 位主蒸汽流 量 给水流 量 4~20 mA 4～2 0 mA 4—2 ( )mA 4～2 0mA 图 1 调节器的接线图 给水流量 汽包水位 蒸汽流量 -．一一一一⋯一．一一一．．⋯ 一一一-J 图 2 改造前汽包水位给水 自 动调节系统 给水流量 汽包水位 蒸汽流量 图 3 改造后汽包水位给水 自动调节系统 表 1 电动机运行现场测度结果 电动机 负荷率／ 参数项 目—— O 2 O 4 O 6 O 8 0 1 0 0 调节器输出电流／ mA 4 7 ． 2 1 O ． 4 1 3 ． 6 1 6 ． 8 2 0 变频器输出频率／ Hz 2 5 ． O O 2 9 ． 8 1 3 4 ． 7 5 3 9 ． 7 4 4 4 ． 7 3 4 9 ． 7 6 电动机电流／ A 1 ． 0 5 ． 5 1 2 ． 5 2 2 ． 0 2 9 ． 5 3 9 ． 0 流 约 为9 A， 消耗 功率 约 3 ． 4 2 k W 。 而在改 造前 电 ( 下转第 1 8 3页) 维普资讯 巩建华等 ： 流化床锅炉运行故障及分析处理 更加不均 ， 最后影 响到锅炉的安全运行。为 了减少 风帽磨损和避免风室漏渣， 改造工作在风室下部增 加一个放灰装置， 以便定期进行放灰排渣； 所采取的 措施是停炉后对损坏风帽及时更换， 在上底料前对 堵死的风帽彻底进行清理确保畅通 ， 尽量控制煤粒 颗度以及 把床温控制在 9 0 0℃左右 ； 另外调节负荷 时必需控制一次风量的加减不能太快 。经验表明合 理选择风帽型号也非常重要 ， 最好采用较好的材质 ， 风帽小孑 L 要有一定的角度； 如果有条件的话还可以 加装 防磨装置。 3 屡次压火失败 当系统因小事故维修或厂用电中断等需要临时 停炉时 ， 锅炉必须进行压火操作 ， 另外因运行不 当或 其他不明原因导致床温持续下降至 7 0 0℃以下时也 需要压火处理。但是循环流化床锅炉的床料蓄热量 大 ， 压火过程存在结渣或结焦的隐患 ， 很可能导致压 火失败。事实上该锅炉在运行实践中压火屡次遭到 失败， 导致锅炉重新启动时床温太低， 被迫投油枪重 新点火造成了不必要的经济损失。影响压火失败的 原因主要是没有按照操作规程执行。例如在压火时 过分担心结焦 ， 在压火后期撒煤时 间晚 ， 撒煤 量少 ； 布风板为水冷壁结构 ， 给水温度控制在 1 0 0℃远小 于设定值 1 5 0℃， 造成床料降 温较 快 ； 另 外底 料较 薄 、 风机挡板没有及时关闭或者关闭不严 、 炉膛漏风 都会造成压火失败 。实践经验表 明， 只要严 格按照 规程进行压火操作， 压火一般不会失败。所采取的 措施是压火时严格控制床温的变化； 压火前不断调 节给煤量把负荷降至最低， 让床温平稳变化进人一 定的温度 区间( 9 2 0℃左 右) ， 然后再 停止给煤 和二 次风 ， 待底料温度 出现下降趋 势 、 氧量指示升高时 ， ( 上接 第 1 8 1页) 动机满负荷运行消耗功率为 1 4 ． 8 2 k W ， 由于水泵全 年不间断运行， 因此在一年中( 比改造前) 可节约用 电约 1 O万 k Wh 。 另外由于汽包水位自动调节系统的简化还给维 护带来了很大的方便， 系统经过改进后维护点少、 问 题容易查清， 而且调节对象由控制调节阀改变锅炉 给水量进而控制汽包水位变为调节给水泵转速来调 节锅炉给水量控制汽包水位， 使调节过程更加直接； 应依次停止一次风机和引风机 的运行 ， 并迅速关 闭 各风机挡板防止漏风结焦。压火时尽可能维持较高 的料层温度 ， 以便锅炉的再次启动 。 4 旋风分离器耐磨材料脱落及回料腿、 膨胀 节烧红 布置在炉膛出 口与尾部对 流烟道之间的旋风分 离器 ， 可以使含灰气流在筒内快速旋转 ， 让固体颗粒 在离心力和惯性力的作用下逐渐贴近壁面并向下呈 螺旋运动， 最后被分离下来。炉膛出口烟气携带的 固体颗粒有 9 5 是通过旋风分离器分离下来的， 这 些颗粒通过返料器送入炉膛进行循环燃烧 ， 烟气和 无法分离下来的细小颗粒从中心筒排出， 送到尾部 受热面。在实际运行 中经 常发现 ， 旋 风分离器料腿 及膨胀节发生烧红漏灰和耐磨材料脱落现象 ， 不得 不停炉检修 。旋风分离器回料腿及膨胀节烧红是进 入旋风分离器的物料进行了二次燃烧引起； 回料阀 返料风量控制不好造成的料腿内流化不良或者高温 烟气的反窜 ， 严重时 引起 回料腿结焦 以及分离器 耐 磨材料脱落， 使得循环灰量不能正常返回炉膛 。为 了预防此现象的发生， 改造工作在分离器回料腿下 安装紧急排灰管， 以便锅炉停炉或压火时及时放掉 立管和返料器内的物料； 采取的措施是冷态启动时 严格控制温升率和返 料装 置的投用 时间， 避免浇注 料受热不均引起脱落 。 5 结论 循环流化床锅炉运行时经常会遇到上述问题， 根据运行经验采取了相应的解决措施， 得到了良好 效果。 避免 了锅炉启动 、 停 炉、 低负荷时的节 流损失大 ， 调 节阀承受压力大、 容易磨损和损坏等缺点。自动调 节系统 自改造后运行了 4 年效果很好， 运行中即使 负荷变化很大 ， 也能保持稳定 。 工业锅炉汽包水位自动调节系统的改造达到了 预期目的， 经改造后， 不但节能效果显著， 而且大大 的减少 了系统 的维 护量 ， 起 到减轻热工人员劳动量 的作用 ； 并使锅炉的安全运行得到 了保障。 维普资讯