湿法烟气脱硫气动旁路挡板门控制方案的设计及调试.pdf

火电厂烟气脱硫脱硝技术研讨会论文集湿法烟气脱硫气动旁路挡板门控制方案的设计及调试马汉军(北京国电龙源环保工程有限公司电控部，北京1 0 0 7 6 1)摘要：奉文结合山东黄台火力发电厂7、8 号机组国内第一个2 x 3 0 0 M W 机组烟气脱硫技改工程，螺据湿法烟气脱硫旁路挡板门的特殊工艺控制要求，详细介绍了国内首次使用的F G D 气动旁路挡板门在控制方案设计和调试中遇到的主要问题，并提出了圆满的解决方法和建议，对今后同类烟气脱硫工程中气动旁路挡板门的应用具有一定的参考作用)关键词：火力发电厂：湿法烟气脱硫；气动旁路挡板门控制随着国家环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大，今后所有火电机组的烟气脱硫(F G D)新建或技改工程都将陆续投入建设。烟气脱硫旁路挡板门作为F G D 装置和锅炉主机组之间直接联系的关键重要设备，其控制方案的正确、适当与否，直接关系到锅炉主机的可靠稳定运行和F G D 装置的安全。文中结合北京国电龙源环保工程有限公司所承担的济南黄台电厂脱硫技改工程，就国内首次使用的F G D 气动旁路挡板门控制方2 1 8案，在设计和调试方面的探索和经验作一介绍总结，以供参考。1烟气脱硫旁路挡板门工艺烟风系统概况目前在我国新建和老机组技术改造烟气脱硫工程中，为保证脱硫系统故障或不投时，不影响锅炉的正常运行，一般均采取1 0 0 旁路烟道方式。其脱硫烟风系统简图和工艺运行流程如图l 3 所示。图1 脱硫烟风系统简图马汉军：湿法烟气脱硫气动旁路挡板门控制方案的设计及调试卧匦歪卜匦盈咽匿南I!型I 茹斜+；l母l 野卧囝蓠l 翌圈圈阿网1 些竺!兰If 圈图圈圈图3F G D 切除时烟气工艺流程j7 关闭旁路挡板旁路挡板手动逐步关闭过程，即F G D 投入，烟气切换到烟气脱硫装置的过程，需协调控制烟气旁路挡板门及增压风机导向叶片的开度，保证增压风机入口压力稳定；在旁路挡板门关闭到一定程度后，压力控制闭环投入，关闭旁路挡板门。囡事关锅炉稳定运行，详细过程步骤说明如下：当G G H、增压风机启动，并打开F G D 的原烟气挡板和净烟气挡板后，“烟道系统”顺控功能组启动程序步序将会自动停止，等待关闭旁路挡板，此时操作员将手动步进关闭旁路挡板，并手动增大增压风机静叶开度。在关闭旁路挡板将烟气切换到F G D 系统内时，F G D 系统内的压力将逐步提高，当增压风机入口压力提高到一l m b a r时，“烟道系统”功能组会将增压风机静调执行机构投入闭环自动控制。压力设定值为0 m b a r。之后，继续手动步进关闭旁路挡板，直到旁路挡板完全关闭。每当操作员完成一步关闭旁路挡板的动作后，应当等候直到增压风机入口压力恢复到设定值，压力恢复是通过增压风机静叶的自动调整来实现的。调整过程见表1。裹1F G D 投运调整过程步疆说明动作手动将旁路挡板关闭至5 0 开启位置婷持时间手动增大增压风机静叶开度手动将旁路挡板关 I l 至约2 0 开启位置等待时阃手动增大增压风机静叶开度手动将旁路挡板关闭至约2 0 开启位置等特时阃检查增压风机负荷条件增压风机入口烟气压力调节闭环控制回站投入自动模式手动将旁路挡板关闭约1 0 开启位置等特时问，增压风机入口压力自动恢复至设定值手动将旁路挡板基本关闭至关闭位簟等特时间，增压风机入r a 压力自动恢复至设定值关闭约(x)s关闭约(x)秒关闭关闭约(x)s关闭约(x)s注：等待肘间的延迟值将在调试时调定1 2 打开旁路挡板旁路挡板开启过程，即F G D 切除隔离，烟气通过旁路挡板直接排往烟囱的过程。此种情况一般多为紧急事故状态下，为不影响机组锅炉的正常运行和保护脱硫设备安全，需旁路挡板在要求的时间内快速打开(详见表2)。寰2F G D 切除调整步骤说明动作旁路挡板开启o 1 0 0 时间开启9 1 5 s2 烟气脱硫旁路挡板门工艺控制要求从以E 脱硫烟风系统投入运行和切除过程可以总结看出旁路挡板门必须达到以下特殊工艺控制要求：(1)相当于连续模拟量的慢速定位关闭操作：以有利于在脱硫投入过程中保持引风机出口，即增压风机入口压力的稳定，从而保证旁路烟道和脱硫装置之间平稳的过渡切换，而不影响机组锅炉的正常运行。(2)相当于开关二位式的紧急快速打开操作：当脱硫系统出现故障时(如原、净烟气挡板关闭，增压风机、G G H 故障停机等)。应联锁保护切除脱硫，快速打开旁路挡板门，速度过慢则可能憋跳锅炉主机组。从实际的投运调试过程来看。也不能一味追求打开速度越快越好，因为过快的打开速度，会造成引风机出口和锅炉炉膛压力的一个较大波动2 1 9甲甲圆火电厂烟气脱硫脱硝技术研讨会论文集(如果引风机调节速度跟不上的话，还有可能引起炉膛负压M F T)，从已有的投运调试经验，全关到全开的全行程时间要求在9 1 5 s 为宜，具体到每个工程，应根据锅炉燃烧烟风特性，现场调试整定在不影响锅炉燃烧稳定运行为准。(3)应装设独立于D C S 之外的硬接线紧急后备手操：目前脱硫控制系统均采用D C S 集中控制方式，不设常规控制仪表，如果在运行过程中D C S 出现故障，则运行人员可通过设在控制台上的后备硬手操快速打开旁路挡板门，切除F G D。(4)旁路挡板门的控制电源、气源必须可靠：如果在运行过程中电源、气源故障，则旁路挡板门应处于故障安全的打开位置(即F G D 切除，以不会对锅炉主机组的稳定运行和设备安全产生影响)。(5)应装设阀门位置变送器：以方便运行人员精确了解和控制旁路挡板门的开度位置，有利于在脱硫投入过程中保持引风机出口，即增压风机入口压力的稳定。(6)应装设质量和数量足够的位置行程开关：因为旁路挡板门的开关位置状态信号属于脱硫联锁保护逻辑中的重要信号，应充分保证其安全可靠性。(7)旁路挡板关闭时应尽量严密：如果旁路挡板在运行中不能关闭或关严，将会造成未脱硫原烟气的泄漏，影响脱硫效率，并有可能导致厂用电率上升(深圳妈湾电厂4 号机组海水烟气脱硫下挡板不能关闭，当机组负荷在额定负荷时，增压风机电流将上升约1 1 0 A)。(8)应设置增压冈机 口烟气压力调节闭环控制回路，当旁路挡板门关闭至约2 0 开启位置，F G D投入正常后，该闭环控制回路将投入自动，将F G D系统入口的静压自动控制在引风机出口要求的压力定值上，以不影响引风机和锅炉的正常运行。压力控制通过调整增压风机 口导叶的开度来实现，为优化增压风机控制环路的特性。引入锅炉的负荷信号和总送风量信号作为前馈信号，以适应锅炉负荷变动控制。目前旁路挡板门执行机构的驱动方式一般是按照电厂全厂统一的形式和要求采用电动或气动。对于电动执行机构，实现以上旁路挡板门控制要求相对比较简单设计时可按快速动作的开一关型电动装置选型，而在控制接线时，不管是智能一体化式电动头，还是配电箱分体式电动头，均按可调整电动门(开、关、停)的方式作控制接线即可，其中为了保证旁路挡板门关闭严密，当旁路挡板门关到头后，可采用力矩开关动作关停电动执行机构，其控制原理接线和调试已属常规典设(参见电规总院的电动门典设)，此处不再详述。而对于电厂要求旁路挡板门采用气动执行机构，其控制方案实现以上旁路挡板f-J I 艺控制要求相对来说要复杂的多，而且比较少见和特殊。下面结合山东黄台电厂7、8 号机组2 3 0 0 M W 烟气脱硫技改工程中首次使用的气动旁路挡板门，在设计和调试方面的探索和经验进行详细介绍。3 气动旁路挡板门控制方案设计与调试山东黄台火力发电厂7、8 号机组2 x 3 0 0 M W烟气脱硫技改工程，是国内第一个2 3 0 0 M W 机组烟气脱硫国产化示范项目。该脱硫工程从2 0 0 2 年7月起经过一年半紧张的施工图设计、安装以及调试，7、8 号机组脱硫和公用辅助系统己于2 0 0 3 年和2 0 0 4上半年全部顺利通过了1 6 8 h 试运。该脱硫工程所有远控阀门(包括旁路挡板门)按照电厂的要求全部采用气动执行机构。其中旁路挡板门采用进口德国N E M 公司的百叶窗式双挡板门，每个挡板门配供I 套双气缸气动执行机构。3 1 设计设计思想和原则：目前对气动执行机构的控制一般采取连续模拟量的I P 阀门定位器和开关量的电磁阍2 种方式，如果单一地采用其中一种，显然不能满足脱硫旁路挡板门“慢关快开”的控制功能要求。因为I P 定位器虽然可以实现旁路挡板门慢速定位关闭操作，但其全行程的动作速度过慢。满足不了旁路挡板快开的熏要要求；而电磁阀却相反，其动作阀门速度较快，但实现慢速精确定位操作却相对困难。显然如果能将二者有机组合起来，优势互补，就完全可以满足脱硫旁路挡板门“慢关快开”的控制功能要求。气动旁路挡板门控制方案设计原理如图4 所示。马汉军：湿法烟气脱硫气动旁路挡板门控制方案的设计及调试2 2 1匝刚睡+t掣帐恹磊裂C晕迥普胀播旷龋婆扩骚罩，唰寸匦火电厂烟气脱硫脱硝技术研讨会论文集具体的气动旁路挡板门控制方案设计细节如下：(1 1 慢速定位关闭操作的实现：首先把这种运行过程作为旁路挡板门最基本的正常操作方式，设计使用：rS I E M E N SS I P A R TP S 2 的两线制智能电气阀门定位器与D C S 采用连续模拟量4 2 0 m A 的信号接口，即可在D C S 内实现远方精确定位操作。(2 j 紧急快速打开操作的实现：在I P 阀门定位器输出至气缸的控制气源管路上并接开方向的直通旁路，当需要快速打开旁路时，通过紧急打开电磁阀将气缸的动作气源切换至直通旁路，越过I P阀门定位器，从而实现旁路挡板门的超快开动作。(3)独立于D C S 之外的硬接线紧急后备手操的实现：在操作员控制台上仅设置了紧急快开电磁阀的硬手操旋钮开关(自保持)，其常闭接点通过硬接线和D C S 输出D O 常闭接点串接(采用掉电打开逻辑)。(4)控制电源，气源的配置：由于旁路挡板门对锅炉稳定运行的特殊重要性，所以在其控制电源，气源的提供上采取了力求万无一失的安全性措施。aI P 电气阀门定位器电源通过两线制4 2 0 m A 输入指令信号由D C S 系统内的U P S 供电。b 紧急快开电磁阀直接由U P S 电源供电，并采用掉电打开逻辑，一旦脱硫系统电源故障消失，旁路挡板门将自动打开，处于对锅炉运行安全的位置。C 旁路挡板门所用压缩气源，取自电厂仪用空压站出口储气罐，储气量可用l O 1 5 m i n，足够满足旁路挡板门的安全动作时间和用气量。(5)位置变送器的设置：S I E M E N SS I P A R TP S 2 智能电气阀门定位器可选配非接触式位置传感器(N C S)，N C S(非接触传感器)是由一个内黄于I P 定位器内的一个固定感应器和一个安装在直行程执行机构阀杆或角行程执行机构转轴上的磁性体组成，并可以两线制方式工作，不需外加供给电源。s lP A R TP S 2 中的微处理器一方面根据偏差(给定值信号和N C S 位置反馈信号)的大小和方向输出一个气动位移增量至气缸正确定位。同时输出一路4 2 0 m A 位置反馈信号至远方集控室D C S，以方便运行人员精确了解和控制旁路挡板门的开度位置。(6)位置行程开关的设置：在旁路挡板门的全开全关位置分别装设3 对机械行程开关，将状态信号送入D C S 用作脱硫状态指示报警，联锁保护和S o E。(7)就地控制柜的设置：为了方便就地安装和调试，每个旁路挡板门就地设置了一个8 0 0 X 6 0 0 3 0 0 m m(H X W X D)的就地控制柜，所有相关的I P阀门定位器，快开电磁阀，气动阀，手动阀，消音器，接线箱等全部集中放置于柜内，起到安全保护作用。本工程的气动旁路挡板门就地控制柜如图5所示。图5 气动旁路挡板门就地控制柜3 2 调试和完善S I P A R TP S 2 智能I P 阀门定位器的调试(组态初始化)分为手动和自动2 种方式。在自动方式下，基本上是完全自动进行的，在初始化时，微处理器自动确定气缸执行机构的零点，最大行程，作用方向和执行机构的定位速度，用这些来确定最小脉冲时间和死区，从而使控制达到最佳。同时也可在手动方式下，通过S I P A R TP S 2 定位器上的按键和L C D 手动设定和操作气动执行机构。一般如无特殊或复杂的情况，如气缸卡塞等，均可先选择自动方式让智能阀门定位器进行冲程初始化，然后再切换至手动方式，根据实际的工艺条件，手动设定或调整部分变量或参数，如报警功能和参数等，以使控制达到最佳。组态初始化完成以后，即可通过D C S 输出指令和输入阀位反馈来验证挡板门的控制定位精度。下面是旁路挡板门安装接线完成后进行单体设备调试期间所遇到的问题及完善解决办法：马汉军：湿法烟气脱硫气动旁路挡板门控制方案的设计及调试(1)N C S 阀门位置变送器的安装和角度调整：N C S(非接触传感器)是基于磁体感应原理来测量物位移的，其正常工作的前提是阀门全行程必须位于其磁体线性工作区位的5 9 5，因此在“P 阔门定位器组态初始化之前应仔细调整好旋转磁体和挡板门转轴之间的初始角度，否则将会导致I P 阀门定位器组态初始化的失败。(2)刚开始对旁路挡板门的紧急快开功能有个直观认识误区，都认为打开速度越快越好，但调试中发现，远控指令快开电磁阀动作后，旁路挡板门从全关到全开的紧急快速打开速度过快(约4 s)，对锅炉引风机和炉膛压力的波动影响较明显，而且对旁路烟风道有较剧烈的机械冲击震动，反而有必要降慢旁路挡板门的快开速度。于是在气缸打开排气路上加装了一手动排气阔(图4 中阔7)，通过调整快开排气管阀的开度，可达到控制旁路挡板门的开启速度。经过多次试验，最终将旁路挡板门的开启速度整定在最佳值9 1 5 s。(3)为了保证旁路挡板门关闭严密性，在调试中摸索出了以下2 项措施：一是确保气缸和挡板门在关闭位置的动作灵活性，不应有卡塞，这不仅是为了使挡板门在关闭位置能尽量关到位，更主要的是在l P 阀门定位器的组态初始化中，如果存在挡板门卡塞，则阀门定位器就会误定挡板门的起、终点位置，扶而导致不能准确定位使挡板门关不严密；第二项措施是充分利用S I P A R TP S 2 智能I P 阀门定位器提供的“紧密关闭”功能，将智能 P 转换器中参数第2 6 项紧闭功能参数“Y C L S”设定在“d w”，即可在输出指令值在o 5 以下时起到紧密关闭功能。(4)虽然在设计中采取了用U P S 电源来保证旁路挡板门的供电可靠性，但在调试中还是发现了一个比较特殊的情况：S I P A R TP S 2 智能I，P 阔门定位器采用两线制连接，其工作电源完全从4 2 0 m A 给定信号中获取电源，一旦该电源消失(A O 模件损坏，电缆断线，接线不牢等)，旁路挡板门将会自动关闭!这无疑对锅炉安全运行是个巨大安全隐息。经过反复修改尝试，并向德国S I E M E N S 厂商专家咨询后，调挨了I P 定位器气源输出和气缸开关所对应的2 个Y l、Y 2 信号口，修改后，如果上述电源消失的情况发生，旁路挡板门将会自动打开，而这正是我们所期望的对锅炉运行安全的位置，隐患问题便顺利得到解决。(5)由于旁路挡板所处的烟风道一般属于有震动的场合，所以有必要对I P 阀门定位器进行死区设置，否则，由于西门子S|P A R TP S 2 智能定位器采用微处理器对给定值和位置反馈作比较，如果检测到偏差，就进行精确调节。所以由于震动会使位置反馈信号存在抖动，从而使阀门定位器进行无休止的精确调节动作。这势必影响气缸和挡板门的使用寿命，死区设置将使上述问题得到很好解决。经过以上调试中的修改和完善，上述气动旁路挡板门控制设计方案在最后的单体设备试验和1 6 8 h整体试运中均取得了令人满意的结果，完全满足了脱硫工艺运行投入和切除过程中的特殊功能要求。4 结语我国电力行业的烟气脱硫建设还刚刚处于国产化起步阶段，有关F G D 旁路挡板门的控制方案，特别是气动旁路挡板门，目前在国内尚未有大规模成熟应用的经验，本文也仅是工程实践初期阶段的简单摸索，目的是对今后同类烟气脱硫工程中旁路挡板门的使用具有一定的参考作用，如有不足，欢迎批评指正。同时更希望广大同行在今后的工程实践中探索设计出更佳的控制方案。