二次风挡板电动执行器的应用和分体式改进

二次风挡板电动执行器的应用和分体式改进

介绍了电动执行机构作为热工自动调节装置在火力发电厂锅炉燃烧自动控制中的重要作用。本文以徐塘发电公司4*300MW机组二次风挡板电动执行机构为例，详细阐述了Jordan型执行机构分体改造过程，可满足各项安装、调试质量标准的高要求，有利于机组运行后的安全稳定，并减少维护成本。

现代燃煤机组已经发展到了高容量、高参数的阶段，对热工控制的自动化水平提出了更高的要求。AGC（Auto Generator Control自动发电控制）控制是一种先进的热工控制系统，它对机组能否正常投入协调控制提出了很高的要求，并要求机组对负荷调整有良好的响应。因此，热工控制自动化系统的快速性、稳定性，准确性就显得十分重要。而电动执行机构作为自动化调节系统中重要的终端控制部分，它的性能好坏，对机组协调控制系统的安全运转，调节品质的优劣有着直接的影响。特别是在锅炉燃烧系统中，直接控制风、粉配比的各类执行器，对机组的经济、安全运行起到了关键作用。

Jordan型电动执行机构在徐塘发电厂4*300MW机组燃烧系统中的应用及存在问题

本文所介绍Jordan型电动执行机构作为锅炉燃烧器二次风门挡板开度调整设备，用于二次风的自动调节。

锅炉燃烧系统简介

燃烧器是锅炉的燃烧设备，使燃料和空气混合充分、并及时着火、稳定燃烧。通过燃烧器送入锅炉的空气是按对着火、燃烧有利的原则合理组织，分别送入的。按送入空气作用的不同，可以将送入的空气分为一次风、二次风等，其中二次风为煤粉的燃烧提供氧气，助燃料完全燃烧，调节二次风量大小来优化锅炉内热力场的风量和煤粉量的比例，提高锅炉稳定燃烧能力，促进可燃物的完全燃烧，减少物理和化学类的热损失。

二次风门电动控制装置根据锅炉负荷变化和燃料的变化来控制二次风挡板开度。接受DCS控制信号，并反馈开度信号至DCS。

Jordan执行器配置方式

以徐塘发电公司六号机组所用上锅产300MW锅炉为例，其燃烧方式为四角切圆，燃烧器为水平浓淡燃烧器，四角布置，每角燃烧器共布置13层喷口，一组控制，从上到下风室的配置依次为OFA层—OFB层—EE层—E层—DE层—D层—CD层—C层—BC层—B层—AB层—A层—AA层。其中EE层、DE层、CD层、BC层、AB层、AA层为辅助风，E层、D层、C层、B层、A层为燃料风，OFA、OFB层为燃尽风。

每层风道出口处装有挡板以控制开度，各层风道挡板由一个电动执行机构控制。风道挡板开度采用层控制，即在同一标高上的执行机构接受同一指令同步进行动作。每角13台，一台炉52台。电动执行器采用的是Jordan LA-2450型电控、双向直行程、调节型执行机构。其最大行程为152mm（6英寸），最大推力为6672牛顿（1500磅力），并有一个非离合式的手轮。电机为单相交流，带AD-8130型伺服放大器。接受4～20ma控制信号。安装方式为悬挂于炉壁，通过拐臂实现角行程控制。

存在问题

然而该电动执行机构在应用中存在实际动作和指令位置有误差，甚至拒动，导致四角二次风门配风不均，影响炉内空气动力场。分析原因主要有如下几点。

1）二次风门本身紧贴炉壁，环境温度比较高，控制卡件等电路板正常使用温度在70℃以下，环境温度在夏天的时候经常会在70℃以上，长期使用造成电子元件老化，控制偏差增大甚至无法控制。还有在使用过程中经常出现二次风门内部电气元件烧坏的情况，使得风量无法控制在正常范围之内，给机组正常运行造成隐患。

2）Jordan型执行机构原为一体式，伺服放大器控制卡在执行器内部，且调整按钮均附于卡件上， 检修人员在定位，复位调试等动作时，需开盖操作，容易发生触电事故。而且执行器位置高悬，空间狭窄，检修人员需要高空操作，危险性大。

3）频繁揭盖检修，导致执行机构本身密封破坏，在遇到漏雨和清洁人员冲水清洗时出现渗水情况，卡件遇水短路，烧坏。

4）二次风管道内外温差大，挡板机械部分因受热不均出现变形，造成挡板动作卡涩，甚至卡死，烧毁电机。

上述问题的存在，使Jordan一体式执行机构的故障率很高，使得检修维护工作量增大，给运行人员监控和调整二次风配风带来诸多不便，直接影响到锅炉的安全和经济运行。

图1　分体改造示意图

图2　控制部分改造前后对比

图3　分体改造后执行机构外观

Jordan型电动执行机构的分体式改造

分体式改进方案

针对前述难题，一个有效的解决途径就是对电动执行机构进行分体式改装。主要是将电控部分与齿轮箱、推力开关、行程检测单元等机械部分开布置，并安装在环境较好的地方，杜绝恶劣工况的影响。

本次对Jordan型二次风门执行机构所做的改进主要是：将原机内伺服放大器控制卡件置换为上海仪集仪表生产的ZPK-3000型外置智能控制盒，并通过电缆连接。并将控制盒移位，改善执行机构电控部分工况。

方案实施及技术措施

原Jordan执行器内部的AD-8130型伺服放大器控制卡通过两个条形连接器连接了12根接线，分别是2根动力线，3根电动机线圈接线，3根导电塑料电位计出线，2根指令信号线，2根反馈信号线。这些接线将控制卡件与单相电动机、电位计、上位DCS等装置相连，实现控制和反馈功能。

拆除掉控制卡件后，需要将接线和智能控制盒相连。由于存在颜色重复的接线，要用万用表和信号发生器，利用各元器件不同特性加以测量，来确定各接线的作用并加以标记。接下来拆除伺服放大器控制卡件，将上述12根导线通过接线端子排和控制盒电缆相连。接线时注意线路类型，一一对应。接线完成后将端子排妥善固定于执行机构内，保证接线可靠，防止因振动松脱。连接执行器和控制盒后，固定好分体控制盒，并做好电缆保护套管和执行机构连接处的密封，防止灰尘，雨水渗入。至此改造完成。

改造之后，智能控制盒将替代原控制卡件直接连续接受指令信号，控制动作杆位移。并接受行程检测单元的行程信号，转换成线性的4～20mA标准信号并反馈至DCS。

改造后的优势

1）改造后的Jordan执行器拆除了控制卡件 ，执行机构内只保留双向推力开关，限位开关和位置检测单元等机械部件，增强了可靠性。

2）将外置控制盒集中安装在远离锅炉的一个防雨箱内，避免了高温、雨淋现象对电子元器件的影响，工作环境较好。

3）智能控制盒控制精度好，动作平稳，操作简单，安装维护简易，具有通讯和现场显示功能，便于维修人员对执行器工作情况进行检查维修。且具有自动调校功能，能方便地设定挡板的开度的零位，满位和复位等操作。

改造后效分析

由于执行器数量众多，改造采取坏一台，修一台，改造一台的方式，消缺的同时进行改造。全厂4台锅炉共200台Jordan执行器，至2014年11月，已完成改造75台，更换率为37.5%。更换控制器之后，执行器依然保持了调节灵敏、反应迅速、开度控制精确的优点，同时系统故障率降低，改造两年多来，新型智能分体控制器故障情况占整体二次风挡板故障率不足1%。达到了预期改造目的，创造了良好的直接，间接经济效益和社会效益。

直接经济效益：分体改造的成功，减少了日常运行维护量，节约了备件费用。原装控制卡件价格昂贵，一块卡件价值1.5万元，而分体控制器仅4000元，且改造后故障率下降，一年一台执行器能节约检修成本1.1万元，考虑到执行器数量众多，改造整体产生的直接经济效益十分可观。

间接经济效益：二次风门的稳定，使锅炉氧量更容易控制，风粉比更精确，有效降低了发电煤耗，保证了锅炉稳定经济运行。

社会效益：发电煤耗降低了，污染物排放减少，减轻了环境污染。

随着热工自动化技术创新的不断发展，新的技术、新的工艺不断出现，使技术改造贯穿着机组的整个生产运行周期。锅炉燃烧控制系统的可靠性关系到运行安全，因而燃烧器控制执行器的改进已成为各方研究的课题。徐塘发电有限责任公司锅炉二次风挡板执行器分体改造的成功实施，提高了设备的利用率，保障了机组的经济运行，为国内发电企业同类型问题的解决提供了借鉴。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.18.011